變頻器在T6160鏜床電氣改造上的應用

摘要：國營大型企業有許多原蘇聯產的由發電機組、交磁擴大機組、直流電動機等組成的直流伺服系統設備，該控制方式故障多、穩定性差，原基礎改造費用大等缺點，本文用變頻器對蘇式T6160鏜床原直流伺服系統實施改造，實現交流變頻器無極調速控制。
關鍵詞：蘇式鏜床；電氣改造；變頻無級調速
0 前言
我公司2006年初購進一臺原蘇聯生產的T6160鏜床，在多次轉運過程中致使電氣元件及部件大量丟失或損壞，其中發電機組、交磁擴大機組、電氣控制柜、按鈕站、直流電動機等均丟失或損壞，根據上述設備現有狀況，提出三種電氣改造方案如下：
a．采用直流傳動控制系統，用V5系統對設備進行改造，經預算改造費用為6．5～7萬元；
b．采用PLC一變頻器控制系統，用PLC做中央數據處理，用普通變頻器做調速，經預算改造費用為4—4．5萬元；
c．采用性能先進的變頻器一繼電器控制系統，用變頻器做中央數據處理及調速，用繼電器做控制執行元件，經預算改造費用為2．5—2．8萬元。
T6160鏜床對伺服系統的要求是：調速范圍寬（100：1）；速度控制精度高（在整個調速范圍，起制動及運行過程要求運行穩定）；定位準確（當快速進給后定位時間短、定位行程快，從而可提高加工效率）。
針對上述特點，比較三種方案，考慮到現有維修電工的實際能力，我們選擇了方案三，用性能先進的西門子MicroMaster440變頻器驅動一般異步電動機，對T6160鏜床的原直流伺服系統實施改造，實現鏜床的主軸箱上下移動、鏜桿進出、工作臺前后左右及上工作臺旋轉移動實現交流變頻無級調速。
1 交流變頻器無極調速系統的設計
1．1 西門子MicroMaster440變頻器（7．5 kW）是多功能全數字式性能先進變頻器，它主要負責整個系統的中央數據處理及調速，它和交流驅動電動機、調速電位器（航空精調電位器）、制動電阻等一起構成典型的開環無極調速控11制系統。如圖1所示。

1．2 由于原T6160鏜床由三臺4．2 kW 直流電機驅動，分別驅動主軸箱上下移動、鏜桿進出、工作臺前后、左右及上工作臺旋轉移動。根據T6160鏜床的工作特點，三臺電機只允許一臺工作，故本臺T6160鏜床選用臺變頻器即可滿足工作。為彌補低速運行時電動機發熱和低速運行時電動機功率減小，通過計算將三臺4．2 kW 直流電機更換為7．5 kW 交流異步電動機（Y160M1-4型，7．5 kW、380 V、1 450 r／min）；更換理由是為滿足T6160鏜床的無級調速（見圖2）

1．3 由于選用一臺變頻器拖動三臺7．5 kW 交流異步電動機，且三臺電動機都要求調速，使控制回路線路更加復雜，為簡化操作和降低操作難度，在控制回路設計中選用一個組合轉換開關切換三臺電動機，并用繼電器作連鎖保護，降低了操作難度，滿足設備的工藝要求。
1．4 根據T6160鏜床的工作要求，在設計電氣線路時，變頻器有兩種工作狀態，即低速運行和高速運行狀態，低速運行和高速運行通過轉換開關一繼電器自由切換，從而滿足了T6160鏜床的自動走刀（低速運行）及快速移動（高速運行）。通過變頻器外制調速電位器（10圈航空精調電位器）即低速電位器前端串聯調節固定電阻、高速電位器后端串聯調節固定電阻，實現電動機低速無級調速（0～7．5 Hz；0～225 r／min）和電動機高速無級調速（25～50 Hz；750～1 500 r／min），從而滿足T6160鏜床自動走刀（低速運行）及快速移動（高速運行）的工作要求。
1．5 變頻器制動電阻的加入可以滿足電動機快速停止和電動機制動，從而解決了電動機慣性運行，滿足了設備的工藝要求。
1．6 轉速表是由一塊正負10 V的直流電壓表改制的，通過變頻器內部參數設定使外部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一個適當電阻，使電壓表轉換為轉速表，并將轉速表安裝在懸掛按鈕站上端，使操作工及時觀察到轉速情況。
2 運行效果及試運行思路
運行時，在無PG矢量控制的條件下，其調速范圍是100：1，即在50 Hz的條件下，其最低運行頻率是0．5 Hz，加之對應電動機輸出端有減速齒輪，最低速度是15 r／min，完全滿足T6160鏜床設備的工藝要求，實現了變頻無級調速的效果。當在無PG矢量控制的條件下，最低運行頻率0．5 Hz，對應電動機最低速度是15 r／min時，如果試車發現存在停車不穩定和低速運行速度不穩定等問題，可以在變頻器上加入PG速度控制卡，在電動機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，使之構成典型的帶PG反饋的閉環控制系統。使系統變為有PG矢量控制系統，在磁通矢量控制方式下，其調速范圍可以達到1000：1，變頻器的輸出頻率剛好為0．05Hz，此時對應于電動機最低速度，完全滿足T6160鏜床設備工藝要求。
經過改造，在不加PG矢量控制的條件下組成的交流變頻器無極調速系統，結構簡單，操作習慣與同類設備基本相同，經試車未發現停車不穩定和低速運行速度不穩定等現象，動作可靠。
3 結束語
3．1 采用變頻調速系統方案，全部投資僅為2．8萬元。節約直接投資費用1．7—4．2萬元。
3．2 采用原直流傳動系統，每小時實際功耗約16．2kW，而改造后交流變頻調速系統僅每小時實際功耗約2．5 kW 到3．5 kW，按0．6：TrJkwh計算，每臺班工作14 h（兩班），全年按300個臺班計算，每天節約電費約f 16．2～3．5）X 14×0。6=106．68元，年節約電費約106．68 X 350=32 004元。
通過以上改造，經濟實用的實現了老式原蘇聯產設備的國產化改造。經過2年的使用，大大降低了故障率和使用成本，效果良好。

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