摘要：國營大型企業(yè)有許多原蘇聯(lián)產(chǎn)的由發(fā)電機(jī)組、交磁擴(kuò)大機(jī)組、直流電動(dòng)機(jī)等組成的直流伺服系統(tǒng)設(shè)備，該控制方式故障多、穩(wěn)定性差，原基礎(chǔ)改造費(fèi)用大等缺點(diǎn)，本文用變頻器對蘇式T6160鏜床原直流伺服系統(tǒng)實(shí)施改造，實(shí)現(xiàn)交流變頻器無極調(diào)速控制。
關(guān)鍵詞：蘇式鏜床；電氣改造；變頻無級調(diào)速
0 前言
我公司2006年初購進(jìn)一臺原蘇聯(lián)生產(chǎn)的T6160鏜床，在多次轉(zhuǎn)運(yùn)過程中致使電氣元件及部件大量丟失或損壞，其中發(fā)電機(jī)組、交磁擴(kuò)大機(jī)組、電氣控制柜、按鈕站、直流電動(dòng)機(jī)等均丟失或損壞，根據(jù)上述設(shè)備現(xiàn)有狀況，提出三種電氣改造方案如下：
a．采用直流傳動(dòng)控制系統(tǒng)，用V5系統(tǒng)對設(shè)備進(jìn)行改造，經(jīng)預(yù)算改造費(fèi)用為6．5～7萬元；
b．采用PLC一變頻器控制系統(tǒng)，用PLC做中央數(shù)據(jù)處理，用普通變頻器做調(diào)速，經(jīng)預(yù)算改造費(fèi)用為4—4．5萬元；
c．采用性能先進(jìn)的變頻器一繼電器控制系統(tǒng)，用變頻器做中央數(shù)據(jù)處理及調(diào)速，用繼電器做控制執(zhí)行元件，經(jīng)預(yù)算改造費(fèi)用為2．5—2．8萬元。
T6160鏜床對伺服系統(tǒng)的要求是：調(diào)速范圍寬（100：1）；速度控制精度高（在整個(gè)調(diào)速范圍，起制動(dòng)及運(yùn)行過程要求運(yùn)行穩(wěn)定）；定位準(zhǔn)確（當(dāng)快速進(jìn)給后定位時(shí)間短、定位行程快，從而可提高加工效率）。
針對上述特點(diǎn)，比較三種方案，考慮到現(xiàn)有維修電工的實(shí)際能力，我們選擇了方案三，用性能先進(jìn)的西門子MicroMaster440變頻器驅(qū)動(dòng)一般異步電動(dòng)機(jī)，對T6160鏜床的原直流伺服系統(tǒng)實(shí)施改造，實(shí)現(xiàn)鏜床的主軸箱上下移動(dòng)、鏜桿進(jìn)出、工作臺前后左右及上工作臺旋轉(zhuǎn)移動(dòng)實(shí)現(xiàn)交流變頻無級調(diào)速。
1 交流變頻器無極調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
1．1 西門子MicroMaster440變頻器（7．5 kW）是多功能全數(shù)字式性能先進(jìn)變頻器，它主要負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的中央數(shù)據(jù)處理及調(diào)速，它和交流驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、調(diào)速電位器（航空精調(diào)電位器）、制動(dòng)電阻等一起構(gòu)成典型的開環(huán)無極調(diào)速控11制系統(tǒng)。
1．2 由于原T6160鏜床由三臺4．2 kW 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，分別驅(qū)動(dòng)主軸箱上下移動(dòng)、鏜桿進(jìn)出、工作臺前后、左右及上工作臺旋轉(zhuǎn)移動(dòng)。根據(jù)T6160鏜床的工作特點(diǎn)，三臺電機(jī)只允許一臺工作，故本臺T6160鏜床選用臺變頻器即可滿足工作。為彌補(bǔ)低速運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱和低速運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)功率減小，通過計(jì)算將三臺4．2 kW 直流電機(jī)更換為7．5 kW 交流異步電動(dòng)機(jī)（Y160M1-4型，7．5 kW、380 V、1 450 r／min）；更換理由是為滿足1．3 由于選用一臺變頻器拖動(dòng)三臺7．5 kW 交流異步電動(dòng)機(jī)，且三臺電動(dòng)機(jī)都要求調(diào)速，使控制回路線路更加復(fù)雜，為簡化操作和降低操作難度，在控制回路設(shè)計(jì)中選用一個(gè)組合轉(zhuǎn)換開關(guān)切換三臺電動(dòng)機(jī)，并用繼電器作連鎖保護(hù)，降低了操作難度，滿足設(shè)備的工藝要求。
1．4 根據(jù)T6160鏜床的工作要求，在設(shè)計(jì)電氣線路時(shí)，變頻器有兩種工作狀態(tài)，即低速運(yùn)行和高速運(yùn)行狀態(tài)，低速運(yùn)行和高速運(yùn)行通過轉(zhuǎn)換開關(guān)一繼電器自由切換，從而滿足了T6160鏜床的自動(dòng)走刀（低速運(yùn)行）及快速移動(dòng)（高速運(yùn)行）。通過變頻器外制調(diào)速電位器（10圈航空精調(diào)電位器）即低速電位器前端串聯(lián)調(diào)節(jié)固定電阻、高速電位器后端串聯(lián)調(diào)節(jié)固定電阻，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)低速無級調(diào)速（0～7．5 Hz；0～225 r／min）和電動(dòng)機(jī)高速無級調(diào)速（25～50 Hz；750～1 500 r／min），從而滿足T6160鏜床自動(dòng)走刀（低速運(yùn)行）及快速移動(dòng)（高速運(yùn)行）的工作要求。
1．5 變頻器制動(dòng)電阻的加入可以滿足電動(dòng)機(jī)快速停止和電動(dòng)機(jī)制動(dòng)，從而解決了電動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)行，滿足了設(shè)備的工藝要求。
1．6 轉(zhuǎn)速表是由一塊正負(fù)10 V的直流電壓表改制的，通過變頻器內(nèi)部參數(shù)設(shè)定使外部D／A端子輸出0～ 20mA電流，0～20mA電流的輸出與變頻器頻率輸出成正比，通過對直流電壓表表盤改制，并在電壓表兩端并聯(lián)一個(gè)適當(dāng)電阻，使電壓表轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速表，并將轉(zhuǎn)速表安裝在懸掛按鈕站上端，使操作工及時(shí)觀察到轉(zhuǎn)速情況。
2 運(yùn)行效果及試運(yùn)行思路
運(yùn)行時(shí)，在無PG矢量控制的條件下，其調(diào)速范圍是100：1，即在50 Hz的條件下，其最低運(yùn)行頻率是0．5 Hz，加之對應(yīng)電動(dòng)機(jī)輸出端有減速齒輪，最低速度是15 r／min，完全滿足T6160鏜床設(shè)備的工藝要求，實(shí)現(xiàn)了變頻無級調(diào)速的效果。當(dāng)在無PG矢量控制的條件下，最低運(yùn)行頻率0．5 Hz，對應(yīng)電動(dòng)機(jī)最低速度是15 r／min時(shí)，如果試車發(fā)現(xiàn)存在停車不穩(wěn)定和低速運(yùn)行速度不穩(wěn)定等問題，可以在變頻器上加入PG速度控制卡，在電動(dòng)機(jī)后軸上加入脈沖編碼器，由脈沖編碼器輸出信號反饋到變頻器上的PG速度控制卡，使之構(gòu)成典型的帶PG反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。使系統(tǒng)變?yōu)橛蠵G矢量控制系統(tǒng)，在磁通矢量控制方式下，其調(diào)速范圍可以達(dá)到1000：1，變頻器的輸出頻率剛好為0．05Hz，此時(shí)對應(yīng)于電動(dòng)機(jī)最低速度，完全滿足T6160鏜床設(shè)備工藝要求。
經(jīng)過改造，在不加PG矢量控制的條件下組成的交流變頻器無極調(diào)速系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，操作習(xí)慣與同類設(shè)備基本相同，經(jīng)試車未發(fā)現(xiàn)停車不穩(wěn)定和低速運(yùn)行速度不穩(wěn)定等現(xiàn)象，動(dòng)作可靠。
3 結(jié)束語
3．1 采用變頻調(diào)速系統(tǒng)方案，全部投資僅為2．8萬元。節(jié)約直接投資費(fèi)用1．7—4．2萬元。
3．2 采用原直流傳動(dòng)系統(tǒng)，每小時(shí)實(shí)際功耗約16．2kW，而改造后交流變頻調(diào)速系統(tǒng)僅每小時(shí)實(shí)際功耗約2．5 kW 到3．5 kW，按0．6：TrJkwh計(jì)算，每臺班工作14 h（兩班），全年按300個(gè)臺班計(jì)算，每天節(jié)約電費(fèi)約f 16．2～3．5）X 14×0。6=106．68元，年節(jié)約電費(fèi)約106．68 X 350=32 004元。
通過以上改造，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的實(shí)現(xiàn)了老式原蘇聯(lián)產(chǎn)設(shè)備的國產(chǎn)化改造。經(jīng)過2年的使用，大大降低了故障率和使用成本，效果良好。