KVFG - H变频器在高速电主轴上的应用

    一、高频变频器用于高速电主轴

   1.1  高速电主轴

    一般把额定转速超过3600r/min的交流异步电动机称为高速电机。高速电主轴即变频调速下的高速电动机。高速电主轴近年来发展很快，正向高速、大功率、高效率、小体积的方向发展。目前高速主轴的最高转速是260000 r/min，为意大利GAMFOR公司的产品；同类产品还有德国GMH公司产品。电主轴的功率一般在15 kW以下，近年来也有19～30 kW的产品问世。

    过去，高速电主轴的电源由中频发电机组提供，但由于它自身功耗大、机械故障多、噪声大(90 dB)等缺点，现已为高性能、高可靠性的变频器所代替。

   1.2  高频变频器简介

   20世纪80年代初日本春日公司研制的KVFG - H系列变频器(0～400 Hz)适用于24000 r/min的高速电主轴。在此基础上改型的KVFG-H系列适用于转速更高的场合，该变频器具有如下特点：

    ①采用专用微处理器，实现全数字SPWM控制，输出电流为正弦波、频率精度为0.1 Hz。

    ②具有可靠的保护功能。

    ③具有70种控制功能和20个外接控制端子可与PLC连接。图13-6为其控制框图。

    图13-6    KVFG - H变频器的控制框图

    二、高频变频器的容量选择

    合理选择高频变频器的容量比较重要，一般变频器容量应大于电主轴的容量，表13-3列出日本东芝提供的参考数据供选用。

    表13-3    变频器的容量选择

    新一代高频变频器的功率器件一般选用IGBT，使载波频率成倍提高，因谐波产生的电主轴温升得到有效抑制，故选择比电主轴功率大一挡的变频器基本上能满足要求。电主轴运行中的另一问题是变频器应提供足够稳定的转矩。变频器当容量确定后，最高转速时的转矩必然会降低，而电主轴的转矩又与电流成正比。因此，为了使高频变频器的容量选择得既经济又合理，应当综合考虑功率和电流两个因素来选择变频器容量。

    三、变频器在高速电主轴上应用的其他问题

   (1)变频器与电主轴的电气指标应相符

   KVFG-H系列中有16种恒转矩U/f曲线供用户选用。在调试中应使额定电压与额定频率的交点落在U/f曲线上。

   (2)应充分考虑电主轴电机的特性

    由于高速电主轴上的电动机异于标准型异步电动机，其惯性小，低频阻抗小，工作电流大，不适于长期低频运行。此外，加速时间不可过长，启动制动不能太频繁。

   (3)应根据使用环境选择不同的安装方式

    ①一般工作环境下，高频变频器要安装在保护等级IP23的金属机箱内，箱内有通风道满足散热要求。

    ②在需防尘防潮的场合，应选用IP54的专用金属机箱，满足多尘、腐蚀气体、高湿度下变频器正常运行的要求。

    ③在需克服冷凝的场合，当设备长时间断电会引起凝结，应自动启动箱体加热系统，使箱内温度略高于环境温度。另一种方法是当设备停止运行时，使变频器仍处于通电状态，达到防止冷凝的目的。

    四、高频变频器在电主轴上的应用前景

    随着生产技术的进步和设备效率的提高，高速电主轴在机床制造工业（轴承磨床、内圆磨床）、高速气流纺机、高速离心机、导航设备上应用日益广泛，成为变频器应用的重要领域之一。

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