M3R全數字直流電動機調速器及其應用

摘要：本文介紹了四川英杰電氣有限公司開發生產的M3R系列全數字式直流電動機調速器產品，通過對產品功能特點、操作使用方法和產品在機床、擠塑機等設備上的應用闡述，較完整地介紹了目前這一款在國產調速器中具有代表性的產品。
關鍵詞：全數字 直流 調速 應用

1．引言
　　近年來，雖然交流變頻調速技術快速發展并不斷在更廣泛的領域得到應用，但實際上在很多場合直流驅動依然擁有大量的用戶，包括舊設備的改造以及新設備上的應用；我們所了解的國內各主要直流電動機廠商這幾年的出產量也在連續增長。但是，目前國內直流調速的市場卻基本被西門子、歐陸、CT等壟斷，尤其是在全數字式的中高端產品領域，國內生產廠家寥寥，近乎是空白。
　　英杰電氣公司是一家專業的電力電子產品研發、制造企業，通過多年的經驗積累和潛心開發，所推出的全數字式直流電動機調速器以其功能齊全、性能穩定，已開始在擠塑機、拉絲機、焊管機以及金屬加工機床等機械設備直流驅動系統上廣泛應用，獲得了良好的反饋和認可。

2．產品功能特點
　　M3R10系列全數字直流電動機調速器,分為M3R10可逆(4Q：4象限驅動)與M3D10不可逆(1Q：1象限驅動)調速器。
　　產品采用全數字化設計,輸入為三相電源，經過AC/DC（交流/直流）變流器提供直流電源輸出，向直流電動機的電樞和勵磁供電，實現直流電動機高性能控制。額定電樞電流從25A至3000A，額定勵磁電流從10A至80A(取決于電樞額定電流)。主要特點如下：
（1） 3D10全數字直流電動機調速器，電樞回路采用三相全控橋結構；
（2） M3R10全數字直流電動機調速器，電樞回路采用三相全控橋邏輯無環流反并聯結構；
（3） 勵磁單元獨立供電，單相全橋可控整流方案，與電樞電源無相位要求，適應不同勵磁的需求；
（4） 主回路、控制一體化，結構緊湊；
（5） 高級單片機作為控制核心, 所有的控制、調節、監視及附加功能都由微處理器來實現，有豐富的軟件功能模塊、完善的檢測和保護功能；
（6） 自帶操作面板、LCD中文顯示，方便的參數設定、監測；
（7） 多種速度給定方式：
i. 模擬量給定：0～＋10 V（M3D）、-10V～＋10V（M3R）；
ii. 開關量給定：通過上升、下降軟件模塊實現；
iii. 通訊給定；
（8） 三種速度反饋方式：
i. 電樞電壓反饋；
ii. 測速機反饋；
iii. 脈沖編碼器反饋；
（9） 具有多路可編程開關量和模擬量輸入、輸出；
（10） 具有標準通訊接口及通訊協議：
　　調速器配置一個RS485通訊接口，采用標準MODBUS通訊協議的RTU模式和ASCII模式，支持標準功能3、4、6、16。其中，RTU模式下的數據格式為8n2、8e1、8o1；ASCII模式下的數據格式為7n2、7e1、7o1。
（11） 開關量輸入、輸出、通訊、晶閘管回路間電氣隔離，抗干擾能力強，安全性能高。
　　M3D10(1Q)：調速器提供一個正向直流電流，在一個象限內實現驅動（正向驅動：轉速和轉矩總是正的），
如圖1。電樞回路為6只晶閘管組成的三相全控橋，如圖2。
　　M3R10(4Q)：調速器既能供給正向直流電流，又能供給負向直流電流，即能提供正直流電壓，又能提供負直流電壓，在四個象限內實現驅動。電樞回路由橋1、橋2兩個三相全控橋反向并聯組成，如圖3。
在制動控制中（正向或反向），把能量從電動機傳輸給交流線路（發電運行）。

3．操作
3.1 操作面板
用操作面板，可對調速器進行參數設定、狀態監控等操作，其外形示意如圖4所示：


指示燈（面板上端）功能說明：
準備好：運行有效、無故障時亮；
運行：運行時亮；
正轉：正轉時亮；
反轉：反轉時亮；
橋1：橋1工作時亮；
橋2：橋2工作時亮；
限流：電樞電流限制時亮；
故障：故障時亮；
按鍵功能如圖5所示。
參數內容如圖6所示。



3.2操作方法
　　M3R10系列調速器設有12個子菜單，每個子菜單下設有數目不等的參數單元，見圖7。


參數操作：圖8以“電樞電壓反饋”更改成“測速機反饋”（3.10由0改至1）為例，說明參數設置方法。

4．工程應用
　　英杰電氣公司10年前曾經推出一體化的模擬式直流調速器產品TS3D，在一些沒有可逆要求、調速范圍和精度不太高的場合曾得到了廣泛應用。M3R是英杰電氣公司跟隨數字化控制技術的發展，通過多年的經驗技術積累，潛心研制，不斷總結改進，于2005年初推出的國產中高端調速器產品。近兩年來該系列產品已經在擠塑機、拉絲機、焊管機以及金屬加工機床等機械設備直流驅動系統上得到廣泛試驗使用，運行情況反饋非常喜人，逐漸被許多質疑國產數字式直流調速器的業內專家和用戶所接受，一些機械設備廠家已開始批量使用以替代進口產品。
4.1在機床上的應用
　　我們在多家機械加工廠的銑床、鏜床、車床改造上使用了M3R來替代國外進口的調速器產品，分別用在主軸旋轉、進給等部位。這之中，進給部位的控制精度要求最高，而主軸旋轉對穩定性有很高的要求。
某機械廠一臺2.8×8m龍門銑床，該銑床為60年代原蘇
　　聯生產的二手設備，電氣控制部分要求予以數顯化改造。在主驅動控制電路上，我們采用了3臺M3R直流調速器分別控制刀具進給、工作臺和主軸部位的直流電機（調速器電樞輸出電流規格分別為45A、25A、210A），并且采用光電編碼器作為反饋信號的傳感器（M3R具有測速機及編碼器等測速信號反饋接線端子，可以直接連線，充分滿足控制需要）。
　　M3R具有速度環PID數字調節功能，通過相應的參數設定窗口可以對速度環響應性能進行調節，這樣相比模擬式產品更便于量化比較所調參數，也可以得到更好的調節品質。我們通過對設備的調試，直線運動的定位精度和重復定位精度均達到改造設計要求；帶載情況下主軸旋轉工作的穩定性良好，工件加工精度完全達到客戶要求。
　　在機械廠的試機中我們對斷相保護功能進行了進一步優化，以防止工廠多臺設備起動后三相用電不均，導致調速器頻繁停機情況出現。這一優化功能對于許多機械加工廠都有實際意義。

4.2在塑機上的應用
　　低速大力矩輸出的穩定性是調速器的一個重要性能指標，對于擠塑機而言對此也有較高的要求，以達到保證擠出量的均勻性。在華東地區的多家塑機廠，已有多臺擠塑機直流驅動系統應用M3D10調速器。通過長時間負荷試機運行，低速大力矩輸出穩定性以及其它各項主要指標均達到控制要求，客戶非常滿意。

5．結束語
　　M3R系列產品具有完善的功能（滿足多種需要的控制、通訊、信息查詢和保護功能）、調速精度高、性能穩定、友好的中文人機界面（使國內用戶更容易操作）。相比于國外品牌，除了毫不遜色的性能和質量，更重要的優勢在于及時充分的技術服務以及合理的價格定位。通過一段時間的推廣應用，已得到非常良好的反饋，是一款值得進一步推廣的國產高品質電力電子產品。

參考文獻：
[1] 四川英杰電氣有限公司. M3R10系列全數字直流電動機調速器用戶手冊，2006.