摘 要:分析了變頻器的控制特性,,提出了無速度傳感器矢貴控制變頻器改造B2012A龍門創(chuàng)床的可行性,、必要性,,給出了變頻器選擇的滿足條件。 關(guān)鍵詞:調(diào)速;交流變預(yù);控制特性;矢童控制變頻器 1 龍門刨床調(diào)速系統(tǒng)改造的必要性 龍門刨床是制造重型機(jī)械設(shè)備不可缺少的工作母機(jī),,它的加工范圍非常廣泛,。主要用來加工各種平面、斜面,、槽,,特別適宜加工大型的、狹長的機(jī)械零件,。我廠使用兩臺(tái)B2012A龍門刨床加工印刷機(jī)械的機(jī)座,、壓架 以及各種沖床的床身等。其分為主工作臺(tái),、左主軸和右主軸三個(gè)進(jìn)給方向,。拖動(dòng)系統(tǒng)是交磁放大機(jī)的調(diào)壓調(diào)磁閉環(huán)系統(tǒng)??刂圃嗲覠╇s,,元器件型勢(shì)老化,,使用中控制水平及控制精度都較落后,且控制系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)問題,,給維修帶來相當(dāng)大的困難,,維修成本不斷增大。龍門刨床的調(diào)速系統(tǒng)急待改造,。 2 變頻技術(shù)改造龍門刨床的可行性 異步電機(jī)降電壓調(diào)速,,繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速等交流調(diào)速傳動(dòng)的控制已廣范實(shí)用化,但在調(diào)速范圍,、穩(wěn)定性,、可靠性和維修性等方面有些不足。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步,,伴隨著新的控制理論的提出與完善,,性能優(yōu)異的變頻調(diào)速傳動(dòng)得到飛速的發(fā)展。繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串級(jí)調(diào)速,,采用變頻器的無換向器電機(jī)調(diào)速,,籠型異步電機(jī)的變頻調(diào)速等依次實(shí)用化,完成了以變頗調(diào)速為主流的交流調(diào)速傳動(dòng)的基礎(chǔ)?,F(xiàn)代矢量技術(shù)的應(yīng)用,,使交流調(diào)速傳動(dòng)也具備直流調(diào)速的高性能。直流電機(jī)的換向器是它的主要薄弱環(huán)節(jié)它使直流電機(jī)的單機(jī)容量,、過載能力,、最高電壓和最高轉(zhuǎn)速等重要技術(shù)指標(biāo)受到限制,也給直流電機(jī)的制造和維修帶來了不少麻煩,,這些限制了直流電機(jī)的應(yīng)用,。交流變頻調(diào)速傳動(dòng)中的籠型異步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固耐用,、運(yùn)行可靠,、維修方便、傳動(dòng)慣動(dòng)量小,、動(dòng)態(tài)性能好,,其單擊容量、電壓等級(jí)和最高轉(zhuǎn)速等技術(shù)指標(biāo),,均優(yōu)于直流電機(jī),。當(dāng)前,高性能的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)已完全可以和直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美,,而且可以在直流電機(jī)無法應(yīng)用的場合使用,。近年來,交流變頗調(diào)速傳動(dòng)的發(fā)展日新月異,,它的優(yōu)異的調(diào)速性能已能取代傳統(tǒng)的直流調(diào)速系統(tǒng),。伴隨著電子元器件的發(fā)展和集成電路得出現(xiàn),,變頻器的價(jià)格大幅度降低,經(jīng)濟(jì)性價(jià)比不斷上升,,也給它的應(yīng)用提供了日益廣闊的市場,。我們?cè)敿?xì)分析比較了直流調(diào)速系統(tǒng)和變頻調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn),采用變頻技術(shù)改造原調(diào)速系統(tǒng),。其優(yōu)點(diǎn)在于: 2.1 簡化控制線路:變頻器的使用極為方便,、可通過其外圍的少數(shù)幾個(gè)端子進(jìn)行全范圍的控制。變頻器內(nèi)部有完善的保護(hù)措施,,勿需在其外圍線路中設(shè)計(jì)各種保護(hù)電路,。由于變頻器的正反向運(yùn)行是通過控制端子來改變逆變器的輸出相位來實(shí)現(xiàn).因此,可以比原直流調(diào)速系統(tǒng)少兩個(gè)大型直流接觸器,。采用具有無速度傳感器的矢量控制變頻器后,,還可以去掉用作傳速反饋的速度傳感器,使控制線路大為簡化,。
2.2 可以采用標(biāo)準(zhǔn)異步電機(jī):采用籠型異步電機(jī)可以發(fā)揮它結(jié)構(gòu)簡單,、堅(jiān)固耐用、運(yùn)行可靠,、維修方便,、價(jià)格低廉的優(yōu)勢(shì),避免直流電機(jī)定期更換,、維護(hù)電刷和換向器的問題。 2.3 調(diào)試方便:變頻器的各種運(yùn)行參數(shù)調(diào)試通過智能化鍵盤和顯示器來完成,,設(shè)置方便,、更改靈活、調(diào)試時(shí)間短,。傳統(tǒng)的直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試涉及到觸發(fā)脈沖相位調(diào)整,,轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)試等多項(xiàng)參數(shù)的綜合統(tǒng)條調(diào),調(diào)試難度大,、時(shí)間長,,且不易達(dá)到最優(yōu)控制。 3 變頻器的選擇 變頻器的正確選擇對(duì)于機(jī)械設(shè)備電控系統(tǒng)的正常運(yùn)行是至關(guān)重要的,。選擇變頻器,,首先要按照機(jī)械設(shè)備的類型、負(fù)載轉(zhuǎn)距特性,、調(diào)速范圍,、靜態(tài)速度精度、起動(dòng)轉(zhuǎn)距的要求,,然后決定選用何種控制方式的變頻器最合適,。這里的合適是指在滿足機(jī)械設(shè)備的實(shí)際工藝生產(chǎn)要求和使用場合的前提下,,實(shí)現(xiàn)變頻器應(yīng)用的最佳性價(jià)比。 機(jī)械設(shè)備的負(fù)載轉(zhuǎn)距特性通常分為三大類型:恒轉(zhuǎn)距負(fù)載,、恒功率負(fù)載和流體類負(fù)載,。 恒轉(zhuǎn)距負(fù)載是指負(fù)載轉(zhuǎn)距TL與轉(zhuǎn)速n無關(guān),任何轉(zhuǎn)速下總保持恒定或基本恒定,,負(fù)載功率則隨著負(fù)責(zé)功率的增高而線性增加,。轉(zhuǎn)送帶、攪拌機(jī)和機(jī)械設(shè)備的進(jìn)給機(jī)構(gòu)等摩擦類負(fù)載以及起重機(jī),、提升機(jī),、電梯等重力負(fù)載都屬于恒轉(zhuǎn)距負(fù)載。 4 根據(jù)負(fù)載特性選取適當(dāng)控制方式的變頻器 B0212A六米龍門刨床的進(jìn)給機(jī)構(gòu),,工作臺(tái)進(jìn)給和左,、右主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)均屬于恒轉(zhuǎn)距負(fù)載。原來的直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍D=50,,要達(dá)到50:1的調(diào)速比就必須選用帶有矢量控制功能的高性能變頻器,。 異步電機(jī)的矢量控制就是向它勵(lì)直流電機(jī)控制一樣,將電機(jī)定子的輸人電流分解成產(chǎn)生磁通的電流分量和產(chǎn)生轉(zhuǎn)距的電流分量,,分別進(jìn)行獨(dú)立的瞬時(shí)控制,,同時(shí)將二者合成后的定子電流供給電機(jī)。原理上因?yàn)橐允噶靠刂茮Q定變頻器的輸出功率,,所以需要檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速,,即轉(zhuǎn)差型矢量控制。隨著控制理論的發(fā)展和數(shù)字信號(hào)處理器(DSP) 的應(yīng)用,,不用速度傳感器,,只用異步電機(jī)三根線控制的無速度傳感器矢量也實(shí)現(xiàn)了實(shí)用化。市場上出售的無速度傳感器矢量控制變頻器的調(diào)速范圍可達(dá)到100:1,。無速度傳感器矢量控制是通過轉(zhuǎn)距電流的變化量的積分運(yùn)算來推算電機(jī)的轉(zhuǎn)速,,是必會(huì)帶來推算誤差。如要求進(jìn)一步提高調(diào)速范圍和精度,,就要選用帶速度傳感器的矢量控制,。目前,市場上出售的帶速度傳感器矢量控制變頻器的調(diào)速范圍可達(dá)1000:1,。 5 變頻器及其周邊設(shè)備的容量計(jì)算 5.1 變頻器容量計(jì)算:由于有原直流電機(jī)作依據(jù),,不必進(jìn)行詳細(xì)的轉(zhuǎn)距計(jì)算。而工作臺(tái)進(jìn)給電機(jī)容量(55KW)大于左,、右主軸進(jìn)給電機(jī)容量,,所以變頻器容量的計(jì)算以工作臺(tái)進(jìn)給電機(jī)為依據(jù)。
工作臺(tái)進(jìn)給傳動(dòng)交流電機(jī)參數(shù)為:型號(hào):J82-4;功率:Pn=55Kw ;轉(zhuǎn)速:n=l460rpm;額定電流:Ie=l03A 變頻器連續(xù)運(yùn)行的場合,,要求變頻器額定輸出電流大于或等于1.1倍的電機(jī)最大電流,。滿足此條件即可,。 5.2 再生能量的處理:高性能的工程型變頻器中,對(duì)連續(xù)再生能量的處理有以下兩種方案:5.2.1在直流回路設(shè)置電阻器,,讓連續(xù)再生能量通過電阻器的形式耗掉,,這種方式稱為動(dòng)力制動(dòng);5.2.2采用再生整流器方式,將連續(xù)再生能量送回電網(wǎng),,這種方式稱為回饋制動(dòng),。考慮到節(jié)省資金,、提高設(shè)備的可靠性和維修因素,,權(quán)衡利弊,采取控制簡單,、成本低的動(dòng)力控制方式,。 5.3 變頻器低速運(yùn)行時(shí)的特點(diǎn)及對(duì)策:處于變頻調(diào)速系統(tǒng)中的自冷式異步電機(jī)在20Hz以下運(yùn)行時(shí),轉(zhuǎn)子風(fēng)葉的冷卻能力下降,,加之在恒轉(zhuǎn)距負(fù)載條件下,,長期運(yùn)行,勢(shì)必造成電機(jī)溫升加劇,,使調(diào)速系統(tǒng)的特性變壞,。因此當(dāng)自冷式異步電機(jī)在低頻運(yùn)行且拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)距負(fù)載時(shí),必須采用強(qiáng)制冷卻措施,,改善電機(jī)的散熱能力,,保證變頻調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性。限于篇幅,,變頻器的選型,,安裝等,此不贅述,。 分析了變頻器的控制特性,提出了無速度傳感器矢量控制變頻器改造B2012A龍門刨床的可行性,、必要性,,給出了變頻器選擇的滿足條件。經(jīng)過運(yùn)行證明,,整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的可靠性,、可維修性得到大幅度提高。