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变频技术改造BZO12A龙门刨床

摘要：分析了变频器的控制特性，提出了无速度传感器矢贵控制变频器改造B2012A龙门创床的可行性、必要性，给出了变频器选择的满足条件。

关键词：调速;交流变预;控制特性;矢童控并入选工业和信息化部2017智能制造试点示范项目制变频器

1龙门泡沫机刨床调速系统改造的必要性

龙门刨床是制造重型机械设备不可缺少的工作母机，它的加工范围非常广泛。主要用来加工各种平面、斜面、槽，特别适宜加工大型的、狭长的机械零件。我厂使用两台B2012A龙门刨床加工印刷机械的机座、压架

以及各种冲床的床身等。其分为主工作台、左主轴和右主轴三个进给方向。拖动系统是交磁放大机的调压调磁闭环系统。控制元件多且烦杂，元器件型势老化，使用中控制水平及控制精度都较落后，且控制系统经常出现问题，给维修带来相当大的困难，维修成本不断增大。龙门刨床的调速系统急待改造。

2变频技术改造龙门刨床的可行性

异步电机降电压调速，绕线转子异步电机转子串电阻调速等交流调速传动的控制已广范实用化，但在调速范围、稳定性、可靠性和维修性等方面有些不足。随着电子技术的不断发展和进步，伴随着新的控制理论的提出与完善，性能优异的变频调速传动得到飞速的发展。绕线转子异步电机转子串级调速，采用变频器的无换向器电机调速，笼型异步电机的变频调速等依次实用化，完成了以变颇调速为主流的交流调速传动的基础。现代矢量技术的应用，使交流调速传动也具备直流调速的高性能。直流电机的换向游艺设施器是它的主要薄弱环节它使直流电机的单机容量、过载能力、最高电压和最高转速等重要技术指标受到限制，也给直流电机的制造和维修带来了不少麻烦，这些限制了直流电机的应用。交流变频调速传动中的笼型异步电机结构简单、坚固耐用、运行可靠、维修方便、传动惯动量小、动态性能好，其单击容量、电压等级和最高转速等技术指标，均优于直流电机。当前，高性能的交流变频调速系统已完全可以和直流调速系统相媲美，而且可以在直流电机无法应用的场合使用。近年来，交流变颇调速传动的发展日新月异，它的优异的调速性能已能取代传统的直流调速系统。伴随着电子元器件的发展和集成电路得出现，变频器的价格大幅度降低，经济性价比不断上升，也给它的应用提供了日益广阔的市场。我们详细分析比较了直流调速系统和变频调速系统的优缺点，采用变频技术改造原调速系统。其优点在于:

2.1简化控制线路:变频器的使再者用极为方便、可通过其外围的少数几个端子进行全范围的控制。变频器内部有完善的保护措施，勿需在其外围线路中设计各种保护电路。由于变频器的正反向运行是通过控制端子来改变逆变器的输出相位来实现.因此，可以比原直流调速系统少两个大型直流接触器。采用具有无速度传感器的矢量控制变频器后，还可以去掉用作传速反馈的速度传感器，使控制线路大为简化。

2.2可以采用标准异步电机:采用笼型异步电机可以发挥它结构简单、坚固耐用、运行可靠、维修方便、价格低廉的优势，避免直流电机定期更换、维护电刷和换向器的问题。

2.3调试方便:变频器的各种运行参数调试通过智能化键盘和显示器来完成，设置方便、更改灵活、调试时间短。

传统的直流调速系统调试涉及到触发脉冲相位调整，转速负反馈调试等多项参数的综合统条调，调试难度大、时间长，且不易达到最优控制。

3变频器的选择

变频器的正确选择对于机械设备电控系统的正常运行是至关重要的。选择变频器，首先要按照机械设备的类型、负载转距特性、调速范围、静态速度精度、起动转距的要求，然后决定选用何种控制方式的变频器最合适。这里的合适是指在满足机械设备的实际工艺生产要求和使用场合的前提下，实现变频器应用的最佳性价比。

机械设备的负载转距特性通常分为三大类型:恒转距负载、恒功率负载和流体类负载。

恒转距负载是指负载转距TL与转速n无关，任何转速下总保持恒定或基本恒定，负载功率则随着负责功率的增高而线性增加。转送带、搅拌机和机械设备的进给机构等摩擦类负载酒店毛毯以及起重机、提升机、电梯等重力负载都属于恒转距负载。

4根据负载特性选取适当控制方式的变频器

B0212A六米龙门刨床的进给机构，工作台进给和左、右主轴进给机构均属于恒转距负载。原来的直流调速系统的调速范围D=50，要达到50:1的调速比就必须选用带有矢量控制功能的高性能变频器。

异步电机的矢量控制就是向它励直流电机控制一样，将电机定子的输人电流分解成产生磁通的电流分量和产生转距的电流分量，分别进行独立的瞬时控制，同时将二者合成后的定子电流供给电机。原理上因为以矢量控制决定变频器的输出功率，所以需要检测电机的转速，即转差型矢量控制。随着控制理论的发展和数字信号处理器(DSP)的应用每种分歧的光滑油产物其功能诉求是分歧的，不用速度传感器，只用异步电机三根线控制的无速度传感器矢量也实现了实用化。市场上出售的无速度传感器矢量控制变频器的调速范围可达到100:1。无速度传感器矢量控制是通过转距电流的变化量的积分运算来推算电机的转速，是必会带来推算误差。如要求进一步提高调速范围和精度，就要选用带速度传感器的矢量控制。目前，市场上出售的带速度传感器矢量控制变频器的调速范围可达1000:1。

5变频器及其周边设备的容量计算

5.1变频器容量计算:由于有原直流电机作依据，不必进行详细的转距计算。而工作台进给电机容量(55KW)大于左、右主轴进给电机容量，所以变频器容量的计算以工作台进给电机为依据。

工作台进给传动交流电机参数为:型号:J;功率:Pn=55Kw;转速:n=l460rpm;额定电流:Ie=l03A

变频器连续运行的场合，要求变频器额定输出电流大于或等于1.1倍的电机最大电流。满足此条件即可。

5.2再生能量的处理:高性能的工程型变频器中，对连续再生能量的处理有以下两种方案:5.2.1在直流回路设置电阻器手拿包，让连续再生能量通过电阻器的形式耗掉，这种方式称为动力制动;5.2.2采用再生整流器方式，将连续再生能量送回电，这种方式称为回馈制动。考虑到节省资金、提高设备的可靠性和维修因素，权衡利弊，采取控制简单、成本低的动力控制方式。

5.3变频器低速运行时的特点及对策:处于变频调速系统中的自主要生产技术含量高的生物材料和植入器械冷式异步电机在20Hz以下运行时，转子风叶的冷却能力下降，加之在恒转距负载条件下，长期运行，势必造成电机温升加剧，使调速系统的特性变坏。因此当自冷式异步电机在低频运行且拖动恒转距负载时，必须采用强制冷却措施，改善电机的散热能力，保证变频调速系统的稳定性。限于篇幅，变频器的选型，安装等，此不赘述。

分析了变频器的控制特性，提出了无速度传感器矢量控制变频器改造B2012A龙门刨床的可行性、必要性，给出了变频器选择的满足条件。经过运行证明，整个调速系统的可靠性、可维修性得到大幅度提高。