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      變頻器

      艾默生變頻器在龍門刨床上的應用

      發布日期:2022-10-09 點擊率:71 品牌:艾默生_Emerson

          摘要:艾默生TD3000系列變頻器在性能上完全符合B2010A型龍門刨床拖動系統的要求。它通過對交流電機磁通電流和轉矩電流的解耦控制,實現了轉矩的快速響應和準確控制,能以很高的控制精度進行寬范圍的調速運行。

      關鍵詞:艾默生變頻器 龍門刨床

      一、B2010A龍門刨床工況概述

      龍門刨床是機械化自動化程度很高的大型機床。龍門刨床的動力及控制回路比較復雜,尤其是刨床工作臺主拖動系統完全依靠電氣自動化控制來執行的。B2010A龍門刨床的主拖動采用最初50年代的A-G-M調速系統,即電機擴大機---直流發電機---直流電動機組系統。如圖一所示。采用機械速比2:1和電氣調速范圍為10:1的機電聯合調速系統。

      龍門刨床對電力拖動的技術要求---龍門刨床是頻繁往復運動的生產機械,它的工作方式為循環方式。前進行程是切削行程;后退行程是不作切削的,只讓工作臺駛回為下一步切削作準備。運動示意圖如圖二所示。實際工作中為了提高勞動生產效率,輕載后退的速度要大于前進切削速度。由于不同的金屬材料和不同的加工工藝,必須要求控制系統具備:

      * 工作臺主拖動具有比較寬的調速范圍和較硬的機械特性;

      * 工作臺前進切削和后退的過程中運行平穩,不振蕩,速度能單獨地作無級調整,無須停車;

      * 運行方向的改變要迅速、平滑、沖擊力小、動作反應快;

      * 在低速范圍內切削力基本保持恒定狀態,靜差度小于3%;

      * 前進與后退行程的末尾工作臺自動減速,反向準確;

      * 傳動效率高,耗電量小;

      * 控制系統簡單,可靠安全,易于維修保養;

      如圖二中,ab段(約12-15米/分)為刀具慢速切入工件,而后增加到可調速CD段進行前進切削,之后運行到設定行程開始減速為ef段,再經過換向行程控制,工作臺由前進減速迅速制動并快速反向運行可調hi速度段后退,再后退至減速換向切換到前進行程。形成一個循環工作周期。

      以上簡略敘述B2010A直流拖動系統過程,有助于對它的性能特點和工作情況能進步了解。

      二、龍門刨床拖動系統的演變

      1. 原系統存在的主要缺陷

      我們知道龍門刨床這種A-G-M調速系統,它具有占地面積大、噪聲污染嚴重、尤其交流電動機拖

      動發電機浪費電能很嚴重。從工作情況來看,直流電動機的功率并沒有得到充分利用,并且維護

      保養較困難。目前許多在使用該系統工作的廠家都在想辦法解決以上問題。

      2. 演變

      從70年代至目前有極少部分采用晶閘管---直流電動機機組(V-M調速系統)。該系統低速時損

      耗大、功率因數低、對電網污染嚴重,而使用的還是直流電動機,維護保養困難的問題還是沒有

      解決。

      3. 飛躍

      隨著科技進步,在電力電子技術和微電子技術方面有了飛速發展,以及矢量控制技術的完善,使

      得變頻調速技術日新月異,并且變頻調速發展空間愈加寬廣,涉及領域之多,其優越性為眾所周

      知。為此廣大科技工作者致力于交流變頻調速技術的應用,龍門刨床的拖動方式在向變頻調速的

      方向轉移,國外已有很多成功應用的實例。

      三、EMERSON變頻器應用在B2010A龍門刨床上

      1、選型

      根據前述龍門刨床直流拖動系統工作要求,對于取代直流拖動并超越直流拖動的交流變頻調速來說,選擇高性能可靠矢量型的變頻器尤其關鍵。通過查閱有關資料及請教有關資深學者(對此深表感謝),加之深入了解國內外同類變頻器,反復比較論證,我們從性價比上選擇了美國EMERSON公司出產的高性能矢量控制變頻器---TD3000系列產品。TD3000系列變頻器在性能上完全符合B2010A型龍門刨床拖動系統的要求。它通過對交流電機磁通電流和轉矩電流的解耦控制,實現了轉矩的快速響應和準確控制,能以很高的控制精度進行寬范圍的調速運行;而且我們還采用了有速度傳感器PG反饋矢量控制方式。根據我們在實際應用中確實感到TD3000矢量控制變頻器穩定可靠,對于象龍門刨床這種從安全可靠性要求很高的大型設備,選用該矢量控制型變頻器非常合適。TD3000系列變頻器是美國EMERSON公司自主開發生產的高品質、多功能、低噪音的矢量控制通用變頻器。具有電機參數自動調諧、零伺服控制、速度控制和轉矩控制在線切換、轉速跟蹤、內置PLC、內置PID控制器、編碼器和給定及反饋信號斷線監測、掉載保護、內置PG接口、故障信號追憶、28種故障監控、豐富的I/O端子和多達十種的速度設定方式,能滿足各類負荷對傳動控制的要求。TD3000系列變頻器的優越性能主要體現在:

      * 有速度傳感器矢量控制,調速范圍為1:1000,穩態控制精度0.05%;

      * 低頻啟動轉矩10-100rpm時,200%額定轉矩;

      * 啟動預勵磁,加快矢量控制快速響應;

      * 動態轉矩響應小于150ms;

      * 零伺服鎖定功能,可以保持零速時150%的轉矩輸出;

      * 可靠的轉矩限定,防止頻繁跳閘;

      * 功能豐富的對話式操作面板,全系列LCD+LED顯示中英文可選;

      * 參數的上傳拷貝和下傳復寫功能;

      * 功能強大的后臺調試監控軟件,可通過內置RS485接口組網監控。

      電機、變頻系統選型:

      1) 主拖動:55KW交流變頻電機,TD3000-4T0750G變頻器;

      2) 垂直刀架:1.5KW交流電機,TD1000-4T0022G變頻器;

      3) 左刀架:1.5KW交流電機,TD1000-4T0022G變頻器;

      4) 右刀架:1.5KW交流電機,TD1000-4T0022G變頻器

      5) 主拖動制動單元:兩臺TDB-4C01-0300制動單元,兩只10Ω、10KW制動電阻。

      2. 控制原理

      (1) 工作臺主拖動用EMERSON TD3000變頻器驅動變頻調速電機,電機為中科院研制生產。該電機采用AUTOCAD輔助設計,充分考慮了正弦脈寬調制技術和矢量控制變頻器的特點,低頻時轉速平穩,無爬行現象,恒力矩調速范圍寬,代替A-G-M系統機組實現無級調速。由于我們針對的山東煤礦萊蕪機械廠B2010A型龍門刨床,機械上基本上不動,沒有增加銑削功能,如果橫梁垂直刀架機械剛性足,可以在機械上改造,配刨、銑變速箱來實現銑削功能。通過調試實現了機械刨削速度范圍3-80米/分,無級調速;速度還可降至1米/分左右,進行磨削加工。

      (2) 工作臺換向采用制動單元及制動電阻,制動速度快,從應用來看,TD3000變頻器在頻繁換向過程中速度降低快,動力制動迅速,由于換向時工作時間短,為抑制泵升電壓,采用了制動電阻進行能量釋放。

      (3) 電氣控制系統采用由我們萊蕪鳳普自控有限公司自行研制的XH-120PLC可編程控制器來實現對主拖動變頻器及整個機床的電氣控制。優點是控功能強、速度快、易維護、便于改變程序。并且根據工藝情況編制故障,面板顯示運行狀態、查找故障點簡單。

      (4) 工作臺的減速、換向控制采用龍門刨床高可靠性電子組合開關,無機械磨損、壽命長、無

      故障工作時間在一萬小時以上,全密封、無維修、可防止使用中鐵屑引起誤動作。

      3、龍門刨床簡要電氣.控制框圖 (如圖三)

      四、EMERSON變頻器的特性應用

      我們在調試變頻器過程中,重點針對工作臺頻繁換向、快速響應等問題對于變頻器參數作了調整,僅舉幾例加以說明。

      1、 注意變頻器與電機的自調諧過程:在選擇矢量控制方式第一次運行前,一定要進行電機的自動調諧工作,以便獲得被控電機的準確電氣參數。這種過程相當于對負載電動機自動地進行一次"等效電路參數測定實驗" ,力求達到精確矢量控制。

      2、 避免爬行:我們知道由于加工切削量不同、 工件重量不等、行程不一、高速運行等嚴重惡劣條件造成在運動中工作臺慣性大,勢必會在減速與反向過程中會向原方向作一定距離的慣性運動。所以認真調整TD3000變頻器的有關參數,一定要準確控制加減速時間及制動的投入方式,否則將會出現越位等故障。

      3、 換向運行的快速響應:應用TD3000變頻器在工作臺拖動換向上要精心調整轉速調節器,使之適應工作要求,當比例增益P和積分時間I參數選取不當時,可能會在系統中產生振蕩或產生減速過電壓故障。這一點需要根據實際情況來調整。

      4、 使電機獲得更好的起動性能:我們在調試過程中,將電機預勵磁功能參數作了調整,起動方式、起動頻率、正反轉死區、脈沖編碼器等參數作了調整,使之具有更好的響應速度。

      五.應用情況及效果

      根據應用,我們可以得出如下比較:

      1. 工作方式:

      在B2010A改造前,工作時,直流發電機組一直處于運行狀態,特別是在工作間隙、測量工

      件時等,白白消耗大量的空載能量。改造后,龍門刨床只是在工作臺運動時才消耗能量,并

      且在輕載時變頻器自動節能。

      2. 進線電流:

      在改造前,大刨切削45號鋼坯時,吃刀深度10 mm,進刀量為1 mm,檢測進線電流為50A。

      改造后,同樣加工條件下,進線電流僅為15.5A。

      3. 環境改善:

      改造前,發電機組工作時噪音嚴重,可達80dB。

      改造后,檢測噪音為70dB,大大改善了工作環境,利于操作工人的身心健康。

      4. 占地面積:

      改造前,機組占地面積大,現在改造后僅為原來的10%。

      5. 機床維修:

      改造前,機床維修量大,并且難以修理,特別是勵磁發電機不發電故障。

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