变频器在机床中的应用电路图

    近年来，变频器在风机、水泵、电梯等设备上得到了广泛的应用，但在机床领域应用还较少。精密加工机床调速范围较宽，一般采用直流伺服系统进行控制。直流电动机结构上存在诸多缺点，因而，现代自动控制系统大多采用了交流传动技术。    机床设备对伺服系统的要求是：调速范围宽（要求在100：1以上，如XT754型镗铣床最低速度是10mm／min，最高速度是2500mm／min，其调速范围d=2500：10=250：1），速度控制精度高（在整个调速范围，起制动及运行过程要求运行稳定），定位准确（当工件快速进给后定位时间短、定位行程小，从而可提高加工效率）。    针对上述特点，我们选择性能比较先进的日本安川变频器驱动一般异步电动机，对1台XT754型镗铣床的进给直流伺服系统实施改造，从而使这台镗铣床的进给实现交流伺服控制。    (1)交流伺服系统的组成。由变频器、异步电动机、冷却风机和脉冲编码器等组成，如图5-18 (a)所示。
    图5-18    变频器在机床中的应用电路图    1)变频器是整个系统的核心。它是一个多功能全数字式变频器，主要负责整个系统的能源变换和数据处理。它和驱动电动机、脉冲编码器、PC速度控制卡一起构成典型的带PG反馈的闭环控制系统。    变频器VS-616G5 (CIMR-G5A43P7 3.7kW)为多功能全数字式。它有四种方式：无PG U/f控制、有PG U/f控制、无PG矢量控制和有PG矢量控制。当选用有PG矢量控制方式时，其调速范围可以达到1000：1，并且能够实现零速控制。    2)驱动电动机采用一般鼠笼型异步电动机(Y132Ml-6型，4kW、380V、9.4A、960r/min)，并配备强迫冷却风机（Φ25mm轴流风机）。由于驱动电动机主要工作在低速状态，在低速长期运行时电动机易发热，因此增加冷却风机是必要的。    3)脉冲编码器采用HLE-1024L-3F*A型，安装于电动机的轴上，其轴径要与电动机轴径相配合。它是构成带PG反馈系统的关键部件，主要参数是每转脉冲数NP(变频器参数Fl-01)，由下式计算选择    NP=60f/nN式中f-速度控制卡工作频率，Hz;    nN-电动机额定转速，r/min。    当选用的电动机为960r／min，PG-B2速度控制卡的工作频率是20kHz时，NP =60×20000/960=1250。实际选用PG脉冲数为1024的脉冲编码器。    (2) PG脉冲数与车铣精度的关系。XT754型镗铣床进给系统的调速范围是v=10～1120mm／min，快速进给速度是2500mm／rnin。由于PG脉冲数与电动机的转速成正比，而电动机的转速又直接反映了伺服装置的行程。因此，当电动机转速为最低速n=5.14r/min(v=10mm/min)时，则    每个脉冲当量=v/（n×PG脉冲数）    =10／(5. 14×1024) mm    =0. 0019mm    即每个脉冲行程是1. 9μm。    (3)调速指令电阻网络匹配计算。变频器端子13为主速指令控制端，对应10V电压输出的频率是基本频率，即50Hz。根据工艺要求，电动机的调速范围是5.14～576r／min。若仍旧采用原调整控制开关进行控制，其电阻调整范围是75Ω～200kΩ。为配合这个调速开关的设计，调速电阻网络如图5-18 (b)所示。其中，R1、R3、R5均为3.3kΩ可调电阻。当RP在75Ω～200kΩ变化时，对应端子13的输出电压是6～0. 054V。根据电路原理分析，当R3 =1. 05kΩ时，可以得到一组计算参数：R1 =985Ω，R3 =1. 05kΩ，R5=2. 26kΩ。    根据这组计算参数整定电阻R1、R3、R5，即可在变频器端子13得到所要求的频率设定电压。    正常运行时，KA6不动作，端子13对17的输出范围在0.054～6V之间，对应电动机速度为5.14～576r／min。当快速进给时，KA6动作，端子13对17输出10V的电压，对应输出电动机的额定转速。    (4)电动机旋转方向及其控制。电动机的旋转方向只与变频器的输出相序有关，与进线电源的相序无关。因变频器本身设计有外接端子，可以进行正转、反转及运行停止，故设计正反转继电器输出组时，可以直接与变频器的端子连接。