變頻器在機(jī)床上的應(yīng)用

1．交流伺服系統(tǒng)的組成

由變頻器、異步電動機(jī)、冷卻風(fēng)機(jī)和脈沖編碼器等組成，如圖1所示。
變頻器VS-616G5（CIMR-C5A43P7 3.7kW）為多功能全數(shù)字式。它有四種方式：無PG U/f控制、有PG U/f控制、無PG矢量控制和有PG矢量控制。當(dāng)選用有PG矢量控制方式時，其調(diào)速范圍可以達(dá)到1000：1，并且能夠?qū)崿F(xiàn)零速控制。

（2） 驅(qū)動電動機(jī)采用一般籠型異步電動機(jī)（Y132M1-6型，4kW、380V、9.4A、960r/min），并配備強(qiáng)迫冷卻風(fēng)機(jī)（吵125mm軸流風(fēng)機(jī)）。由于驅(qū)動電動機(jī)主要工作在低速狀態(tài)，在低速長期運(yùn)行時電動機(jī)易發(fā)熱，因此增加冷卻風(fēng)機(jī)是必要的。

（3） 脈沖編碼器采用HLE-1024L-3F）k A型．安裝于電動機(jī)的軸上，其軸徑要與電動機(jī)軸徑相配合。它是構(gòu)成帶PG反饋系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，主要參數(shù)是每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)N_P（變頻器參數(shù)P1-01），由下式計算選擇。

N_P=60f/n_N
式中：f——速度控制卡工作頻率，Hz
n_N——電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速，r/min

當(dāng)選用的電動機(jī)為960r/min，PG-B2速度控制卡的工作頻率是20kHz時，N_P=60X20000/960=1250。實(shí)際選用PG脈沖數(shù)為1024的脈沖編碼器。

2．PG脈沖數(shù)與車銑精度的關(guān)系
XT754型鏜銑床進(jìn)給系統(tǒng)的調(diào)速范圍是μ=10～1120mm/Min，快速進(jìn)給速度是2500mm/min。由于PG脈沖數(shù)與電動機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比，而電動機(jī)的轉(zhuǎn)速又直接反映了伺服裝置的行程。因此，當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速為最低速n=5.14r/min（D10mm/min）時，則：
每個脈沖當(dāng)量=μ/（nXPG脈沖數(shù)）=10/（5.14 X1024）=0.0019（mm）
即每個脈沖行程是1.9lμm。

3．調(diào)速指令電阻網(wǎng)絡(luò)匹配計算

變頻器端子13為主速指令控制端，對應(yīng)10V電壓輸出的頻率是基本頻率，即50Hz。根據(jù)工藝要求，電動機(jī)的調(diào)速范圍是5.14-576r/min。若仍舊采用原調(diào)整控制開關(guān)進(jìn)行控制，其電阻調(diào)整范圍是7512-200k12。為配合這個調(diào)速開關(guān)的設(shè)計，調(diào)速電阻網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。其中，R1、R3、R5均為3.3kΩ可調(diào)電阻。當(dāng)RP在75ll-200k12變化時，對應(yīng)端子13的輸出電壓是6-0.054V。根據(jù)電路原理分析，當(dāng)R3=1.05kΩ時，可以得到一組計算參數(shù)：R1=985Ω，1.05kΩ，R5=2.26kΩ。
正常運(yùn)行時，KA6不動作，端子13對17的輸出范圍在0.054-6V之間，對應(yīng)電動機(jī)速度為5.14-576r/min。當(dāng)快速進(jìn)給時，KA6動作，端子13對17輸出10V的電壓，對應(yīng)輸出電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。

4. 電動機(jī)旋轉(zhuǎn)方向及其控制

電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向只與變頻器的輸出相序有關(guān)，與進(jìn)線電源的相序無關(guān)。因變頻器本身設(shè)計有外接端子，可以進(jìn)行正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及運(yùn)行停止，故設(shè)計正反轉(zhuǎn)繼電器輸出組時，可以直接與變頻器的端子相連，如圖3所示。利用KA7、KA8正反轉(zhuǎn)控制繼電器進(jìn)行控制，接口簡單，控制可靠。

經(jīng)過以上改造組成的變頻調(diào)速伺服控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，動作可靠，操作習(xí)慣與原機(jī)組完全相同。但在不加PG矢量控制的條件下，經(jīng)試車發(fā)現(xiàn)存在：定位不準(zhǔn)確（快速進(jìn)給后工件行程太長，加工定位不好掌握）和低速運(yùn)行速度不穩(wěn)定等問題。

分析原因是：在無PG矢量控制的條件下，其調(diào)速范圍是100：1，即在基本速度50Hz的條件下，其最低運(yùn)行頻率是0.5Hz，對應(yīng)電動機(jī)最低速度是9.6r/min，達(dá)不到機(jī)械設(shè)備工藝要求。

當(dāng)加上PG脈沖編碼器構(gòu)成帶PG反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)后，在磁通矢量控制方式下，其調(diào)速范圍可以達(dá)到1000：1，而此時對應(yīng)于電動機(jī)最低速度（滿足工藝要求），要求變頻器的輸出頻率僅為0.2Hz。

ASR是變頻器有PG矢量控制的自動速度控制器。調(diào)整變頻器的參數(shù)C5-01-04可使速度控制的動態(tài)響應(yīng)在低速至高速的全速度范圍內(nèi)得到良好調(diào)節(jié)。通常C5-06參數(shù)不必調(diào)整，只有在調(diào)整增益而不能消除振動時，可調(diào)整C5-06來消除振動（但是調(diào)整這個參數(shù)會造成降低速度控制響應(yīng)）。

6．經(jīng)濟(jì)效益
經(jīng)過方案比較，如果仍舊采用直流傳動系統(tǒng)，最低投資為2.5萬元，而采用變頻調(diào)速系統(tǒng)方案，全部投資僅為1.8萬元，節(jié)約直接投資費(fèi)用0.7萬元。

采用直流傳動系統(tǒng)，實(shí)際功耗約2kW，而交流變頻調(diào)速系統(tǒng)僅0.18kW，按0.5元／kwh，每臺班工作5h，全年按600個臺班計算，年節(jié)約電費(fèi)約0.27萬元。