台达M系列变频器在数控机床中的应用举例

    a．台达M系列变频器简介    M系列变频器能满足数控机床对主传动系统无级变速的需求，其主要特点是：控制方式为正弦波SPWM，控制性能较U/f控制方式有很大改善，特别是在低速转矩上满足机床主轴的需求；载波频率范围0～15kHz，噪声小；提供标准的0～10V模拟量接口，能够与大多数数控系统接口兼容，通用性强；过载能力强，可以承受150%以上额定输出电流超过1分钟；提供多功能的输出端子信号，满足系统对于主轴速度状态的监控；自动转矩补偿，满足机床主轴在低速情况下的加工需求；提供三组异常纪录，供维修人员从侧面了解机床主轴实际的运行状况；电机参数自动整定功能，在线识别电机参数，保证系统的稳定性和精确性。    b．车床主轴控制系统原理    控制系统接线图如图5-4所示。选配电机为3. 0kW/50Hz/380V，选用变频器型号为VFD037M43，制动电阻400W/150Ω。    变频器AVI/GND端子给数控系统提供速度模拟量，AVI接数控系统模拟量接口正信号，GND接负信号，信号为0～10V模拟电压信号，控制主轴转速。M0/M1/GND为变频器的正转/反转信号端子，通常由数控系统发出正转信号FWD或者反转信号REV来驱动中间继电器，中间继电器的常开接点接入变频器M0/GND或者M1/GND，从而控制车床主轴的正反转。    c．控制系统参数调试    根据数控系统和机床设计的要求，参数的合适设置能够提高原有产品性能，参数的设置如表5-1所示。
    图5-4    控制系统接线图    表5-1    参数的设置
    其中：P00参数，选择主频率输入；P01参数，运转信号，设置为外部端子信号控制；P03，最高操作频率选择；P04和P05按照电机铭牌设置，P04= 50Hz，P05=380V;根据客户的要求，P10= 5s，P11=5s；P105为控制方式的选择，选择矢量控制，P105=1。由于矢量控制需要提供电机参数（阻抗），变频器提供了电机参数自整定功能P103，选择P103=2，通过面板运行键，变频器会自动运行。自动运行过程中，除了计算出电机参数以外，还能够检测出空载电流，这几个参数可使矢量控制表现出较高的性能，这个过程会持续十几秒钟。    d．测试与运行    系统实际测试结果如表5-2和表5-3所示。    表5-2    空载电流测试结果
    表5-3    负载电流测试结果
    从表5-2和表5-3可以看出在恒转矩输出的频率段(0～50Hz)，矢量控制的空载电流几乎只有U/f控制的一半，负载时电流也比U/f小一些；而且负载切削时，U/f控制在初期有很明显的速度下降，而且空载速度和负载速度有比较大的差值。而相对于矢量控制，主轴转速初期虽然也会有下降，但是下降值较小，并且速度会很快回升，最终空载速度和负载速度相差不是很明显。经过上面的调试，与U/f控制比较，性能有了很大的改善，无论从空载电流，低速力矩，还是速度的变化，效果都是非常明显的，完全能够满足数控机床的需求。投入运行后，使用效果令人满意，说明台达M系列变频器在车床主轴控制系统中的应用是成功的。