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、左主軸和右主軸三個進(jìn)給方向。拖動系統(tǒng)是交磁放大機(jī)的調(diào)壓調(diào)磁閉環(huán)系統(tǒng)。控制元件多且煩雜,元器件型勢老化,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)速傳動的控制已廣范實用化,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)速傳動得到飛速的發(fā)展。繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串級調(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)速等依次實用化,完成了以變頗調(diào)速為主流的交流調(diào)速傳動的基礎(chǔ)。現(xiàn)代矢量技術(shù)的應(yīng)用,使交流調(diào)速傳動也具備直流調(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)速傳動中的籠型異步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、運行可靠、維修方便、傳動慣動量小、動態(tài)性能好,其單擊容量、電壓等級和最高轉(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),變頻器的價格大幅度降低,經(jīng)濟(jì)性價比不斷上升,也給它的應(yīng)用提供了日益廣闊的市場。我們詳細(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,采用變頻技術(shù)改造原調(diào)速系統(tǒng)。其優(yōu)點在于: 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)計各種保護(hù)電路。由于變頻器的正反向運行是通過控制端子來改變逆變器的輸出相位來實現(xiàn).因此,可以比原直流調(diào)速系統(tǒng)少兩個大型直流接觸器。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、堅固耐用、運行可靠、維修方便、價格低廉的優(yōu)勢,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)試等多項參數(shù)的綜合統(tǒng)條調(diào),調(diào)試難度大、時間長,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于機(jī)械設(shè)備電控系統(tǒng)的正常運行是至關(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)備的實際工藝生產(chǎn)要求和使用場合的前提下,實現(xiàn)變頻器應(yīng)用的最佳性價比。 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)行獨立的瞬時控制,同時將二者合成后的定子電流供給電機(jī)。原理上因為以矢量控制決定變頻器的輸出功率,所以需要檢測電機(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現(xiàn)了實用化。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算來推算電機(jī)的轉(zhuǎn)速,是必會帶來推算誤差。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)備的容量計算 5.1 變頻器容量計算:由于有原直流電機(jī)作依據(jù),不必進(jìn)行詳細(xì)的轉(zhuǎn)距計算。而工作臺進(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算以工作臺進(jìn)給電機(jī)為依據(jù)。
工作臺進(jìn)給傳動交流電機(jī)參數(shù)為:型號:J82-4;功率:Pn=55Kw ;轉(zhuǎn)速:n=l460rpm;額定電流:Ie=l03A 變頻器連續(xù)運行的場合,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,這種方式稱為動力制動;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。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、成本低的動力控制方式。 5.3 變頻器低速運行時的特點及對策:處于變頻調(diào)速系統(tǒng)中的自冷式異步電機(jī)在20Hz以下運行時,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,長期運行,勢必造成電機(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)在低頻運行且拖動恒轉(zhuǎn)距負(fù)載時,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)過運行證明,整個調(diào)速系統(tǒng)的可靠性、可維修性得到大幅度提高。