摘 要:分析了變頻器的控制特性，提出了無(wú)速度傳感器矢貴控制變頻器改造B2012A龍門(mén)創(chuàng)床的可行性、必要性，給出了變頻器選擇的滿(mǎn)足條件。

關(guān)鍵詞:調(diào)速;交流變預(yù);控制特性;矢童控制變頻器

1 龍門(mén)刨床調(diào)速系統(tǒng)改造的必要性

  龍門(mén)刨床是制造重型機(jī)械設(shè)備*的工作母機(jī)，它的加工范圍非常廣泛。主要用來(lái)加工各種平面、斜面、槽，特別適宜加工大型的、狹長(zhǎng)的機(jī)械零件。我廠使用兩臺(tái)B2012A龍門(mén)刨床加工印刷機(jī)械的機(jī)座、壓架
以及各種沖床的床身等。其分為主工作臺(tái)、左主軸和右主軸三個(gè)進(jìn)給方向。拖動(dòng)系統(tǒng)是交磁放大機(jī)的調(diào)壓調(diào)磁閉環(huán)系統(tǒng)。控制元件多且煩雜，元器件型勢(shì)老化，使用中控制水平及控制精度都較落后，且控制系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)問(wèn)題，給維修帶來(lái)相當(dāng)大的困難，維修成本不斷增大。龍門(mén)刨床的調(diào)速系統(tǒng)急待改造。

2 變頻技術(shù)改造龍門(mén)刨床的可行性

  異步電機(jī)降電壓調(diào)速，繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速等交流調(diào)速傳動(dòng)的控制已廣范實(shí)用化，但在調(diào)速范圍、穩(wěn)定性、可靠性和維修性等方面有些不足。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，伴隨著新的控制理論的提出與完善，性能優(yōu)異的變頻調(diào)速傳動(dòng)得到飛速的發(fā)展。繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串級(jí)調(diào)速，采用變頻器的無(wú)換向器電機(jī)調(diào)速，籠型異步電機(jī)的變頻調(diào)速等依次實(shí)用化，完成了以變頗調(diào)速為主流的交流調(diào)速傳動(dòng)的基礎(chǔ)。現(xiàn)代矢量技術(shù)的應(yīng)用，使交流調(diào)速傳動(dòng)也具備直流調(diào)速的高性能。直流電機(jī)的換向器是它的主要薄弱環(huán)節(jié)它使直流電機(jī)的單機(jī)容量、過(guò)載能力、zui高電壓和zui高轉(zhuǎn)速等重要技術(shù)指標(biāo)受到限制，也給直流電機(jī)的制造和維修帶來(lái)了不少麻煩，這些限制了直流電機(jī)的應(yīng)用。交流變頻調(diào)速傳動(dòng)中的籠型異步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、運(yùn)行可靠、維修方便、傳動(dòng)慣動(dòng)量小、動(dòng)態(tài)性能好，其單擊容量、電壓等級(jí)和zui高轉(zhuǎn)速等技術(shù)指標(biāo)，均優(yōu)于直流電機(jī)。當(dāng)前，高性能的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)已*可以和直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美，而且可以在直流電機(jī)無(wú)法應(yīng)用的場(chǎng)合使用。近年來(lái)，交流變頗調(diào)速傳動(dòng)的發(fā)展日新月異，它的優(yōu)異的調(diào)速性能已能取代傳統(tǒng)的直流調(diào)速系統(tǒng)。伴隨著電子元器件的發(fā)展和集成電路得出現(xiàn)，變頻器的價(jià)格大幅度降低，經(jīng)濟(jì)性?xún)r(jià)比不斷上升，也給它的應(yīng)用提供了日益廣闊的市場(chǎng)。我們?cè)敿?xì)分析比較了直流調(diào)速系統(tǒng)和變頻調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，采用變頻技術(shù)改造原調(diào)速系統(tǒng)。其優(yōu)點(diǎn)在于:
  2.1 簡(jiǎn)化控制線路:變頻器的使用極為方便、可通過(guò)其外圍的少數(shù)幾個(gè)端子進(jìn)行全范圍的控制。變頻器內(nèi)部有完善的保護(hù)措施，勿需在其外圍線路中設(shè)計(jì)各種保護(hù)電路。由于變頻器的正反向運(yùn)行是通過(guò)控制端子來(lái)改變逆變器的輸出相位來(lái)實(shí)現(xiàn).因此，可以比原直流調(diào)速系統(tǒng)少兩個(gè)大型直流接觸器。采用具有無(wú)速度傳感器的矢量控制變頻器后，還可以去掉用作傳速反饋的速度傳感器，使控制線路大為簡(jiǎn)化。
  2.2 可以采用標(biāo)準(zhǔn)異步電機(jī):采用籠型異步電機(jī)可以發(fā)揮它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、運(yùn)行可靠、維修方便、價(jià)格低廉的優(yōu)勢(shì)，避免直流電機(jī)定期更換、維護(hù)電刷和換向器的問(wèn)題。
  2.3 調(diào)試方便:變頻器的各種運(yùn)行參數(shù)調(diào)試通過(guò)智能化鍵盤(pán)和顯示器來(lái)完成，設(shè)置方便、更改靈活、調(diào)試時(shí)間短。傳統(tǒng)的直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試涉及到觸發(fā)脈沖相位調(diào)整，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)試等多項(xiàng)參數(shù)的綜合統(tǒng)條調(diào)，調(diào)試難度大、時(shí)間長(zhǎng)，且不易達(dá)到*控制。

3 變頻器的選擇

  變頻器的正確選擇對(duì)于機(jī)械設(shè)備電控系統(tǒng)的正常運(yùn)行是至關(guān)重要的。選擇變頻器，首先要按照機(jī)械設(shè)備的類(lèi)型、負(fù)載轉(zhuǎn)距特性、調(diào)速范圍、靜態(tài)速度精度、起動(dòng)轉(zhuǎn)距的要求，然后決定選用何種控制方式的變頻器zui合適。這里的合適是指在滿(mǎn)足機(jī)械設(shè)備的實(shí)際工藝生產(chǎn)要求和使用場(chǎng)合的前提下，實(shí)現(xiàn)變頻器應(yīng)用的*性?xún)r(jià)比。
  機(jī)械設(shè)備的負(fù)載轉(zhuǎn)距特性通常分為三大類(lèi)型:恒轉(zhuǎn)距負(fù)載、恒功率負(fù)載和流體類(lèi)負(fù)載。
  恒轉(zhuǎn)距負(fù)載是指負(fù)載轉(zhuǎn)距TL與轉(zhuǎn)速n無(wú)關(guān)，任何轉(zhuǎn)速下總保持恒定或基本恒定，負(fù)載功率則隨著負(fù)責(zé)功率的增高而線性增加。轉(zhuǎn)送帶、攪拌機(jī)和機(jī)械設(shè)備的進(jìn)給機(jī)構(gòu)等摩擦類(lèi)負(fù)載以及起重機(jī)、提升機(jī)、電梯等重力負(fù)載都屬于恒轉(zhuǎn)距負(fù)載。

4 根據(jù)負(fù)載特性選取適當(dāng)控制方式的變頻器

  B0212A六米龍門(mén)刨床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)，工作臺(tái)進(jìn)給和左、右主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)均屬于恒轉(zhuǎn)距負(fù)載。原來(lái)的直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍D=50，要達(dá)到50:1的調(diào)速比就必須選用帶有矢量控制功能的高性能變頻器。
  異步電機(jī)的矢量控制就是向它勵(lì)直流電機(jī)控制一樣，將電機(jī)定子的輸人電流分解成產(chǎn)生磁通的電流分量和產(chǎn)生轉(zhuǎn)距的電流分量，分別進(jìn)行獨(dú)立的瞬時(shí)控制，同時(shí)將二者合成后的定子電流供給電機(jī)。原理上因?yàn)橐允噶靠刂茮Q定變頻器的輸出功率，所以需要檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，即轉(zhuǎn)差型矢量控制。隨著控制理論的發(fā)展和數(shù)字信號(hào)處理器（DSP） 的應(yīng)用，不用速度傳感器，只用異步電機(jī)三根線控制的無(wú)速度傳感器矢量也實(shí)現(xiàn)了實(shí)用化。市場(chǎng)上出售的無(wú)速度傳感器矢量控制變頻器的調(diào)速范圍可達(dá)到100:1。無(wú)速度傳感器矢量控制是通過(guò)轉(zhuǎn)距電流的變化量的積分運(yùn)算來(lái)推算電機(jī)的轉(zhuǎn)速，是必會(huì)帶來(lái)推算誤差。如要求進(jìn)一步提高調(diào)速范圍和精度，就要選用帶速度傳感器的矢量控制。目前，市場(chǎng)上出售的帶速度傳感器矢量控制變頻器的調(diào)速范圍可達(dá)1000:1。

5 變頻器及其周邊設(shè)備的容量計(jì)算

  5.1 變頻器容量計(jì)算:由于有原直流電機(jī)作依據(jù)，不必進(jìn)行詳細(xì)的轉(zhuǎn)距計(jì)算。而工作臺(tái)進(jìn)給電機(jī)容量（55KW）大于左、右主軸進(jìn)給電機(jī)容量，所以變頻器容量的計(jì)算以工作臺(tái)進(jìn)給電機(jī)為依據(jù)。
  工作臺(tái)進(jìn)給傳動(dòng)交流電機(jī)參數(shù)為:型號(hào):J82-4;功率:Pn=55Kw ;轉(zhuǎn)速:n=l460rpm;額定電流:Ie=l03A
  變頻器連續(xù)運(yùn)行的場(chǎng)合，要求變頻器額定輸出電流大于或等于1.1倍的電機(jī)zui大電流。滿(mǎn)足此條件即可。
  5.2 再生能量的處理:高性能的工程型變頻器中，對(duì)連續(xù)再生能量的處理有以下兩種方案:5.2.1在直流回路設(shè)置電阻器，讓連續(xù)再生能量通過(guò)電阻器的形式耗掉，這種方式稱(chēng)為動(dòng)力制動(dòng);5.2.2采用再生整流器方式，將連續(xù)再生能量送回電網(wǎng)，這種方式稱(chēng)為回饋制動(dòng)。考慮到節(jié)省資金、提高設(shè)備的可靠性和維修因素，權(quán)衡利弊，采取控制簡(jiǎn)單、成本低的動(dòng)力控制方式。
  5.3 變頻器低速運(yùn)行時(shí)的特點(diǎn)及對(duì)策:處于變頻調(diào)速系統(tǒng)中的自冷式異步電機(jī)在20Hz以下運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子風(fēng)葉的冷卻能力下降，加之在恒轉(zhuǎn)距負(fù)載條件下，長(zhǎng)期運(yùn)行，勢(shì)必造成電機(jī)溫升加劇，使調(diào)速系統(tǒng)的特性變壞。因此當(dāng)自冷式異步電機(jī)在低頻運(yùn)行且拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)距負(fù)載時(shí)，必須采用強(qiáng)制冷卻措施，改善電機(jī)的散熱能力，保證變頻調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性。限于篇幅，變頻器的選型，安裝等，此不贅述。
  分析了變頻器的控制特性，提出了無(wú)速度傳感器矢量控制變頻器改造B2012A龍門(mén)刨床的可行性、必要性，給出了變頻器選擇的滿(mǎn)足條件。經(jīng)過(guò)運(yùn)行證明，整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的可靠性、可維修性得到大幅度提高。