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MC200G變頻器在數控機床上的應用

發布時間:2016/03/22

數字控制機床,簡稱數控機床(NC  Numerical Control,是三十年來綜合應用集機械、電氣、液壓、氣動、微電子和信息等多項技術為一體的機電一體化產品,在現代機床生產中,一般采用多電機拖動,主軸和各進給系統分別由各自的電機來拖動。由于機床加工范圍較廣,不同的工件,不同的工序,使用不同的刀具,要求機床執行部件具有不同的運動速度,因此機床的主運動應能進行調速,主軸調速系同一般采用交流主軸系統,隨著變頻調速技術的發展,數控機床的主軸的交流拖動,同樣能夠很好滿足需要。主驅動電機通過皮帶傳動帶動主軸旋轉,或通過皮帶傳動和主軸箱內的減速齒輪(以獲得更大的轉矩)帶動主軸旋轉。由于主軸電機調速范圍廣,又可無級調速,使得主軸箱的結構大為簡化。

一、數控機床對應用技術的要求

1、電機要求
通常要求用變頻電機,或者普通電機加風扇以滿足電機在低頻的散熱要求、并且要求電機調速范圍廣。
2
、變頻器的技術要求
1
)要求低頻力矩大
選用矢量變頻器,低頻時(1~10Hz)能出來150%額定轉矩。
2
)轉矩動態響應速度快,穩速精度高
選用矢量變頻器,能實現很好的動態響應效果,依據負載的變化,通過輸出轉矩的變化很快做出響應,從而實現轉軸速度的穩定。
3
)減速停車速度快
通常數控機床的加減速時間都是比較短的,加速時間靠變頻器的性能保證,減速時間則依靠外加制動電阻或制動單元。
4
)進行電機參數自學習
選用矢量變頻器后,要達到很好的控制性能通常都需要對電機進行參數自學習,其目的是獲取正確的電機內部參數,以用于矢量控制計算。參數自學習所需要的電機銘牌參數有:電機額定功率、電機額定頻率、電機額定轉速、電機額定電壓、電機額定電流。有的變頻電機的銘牌上可能沒標額定轉速值,可以根據經驗值估計一下額定轉速。在進行參數自學習時,務必要在空載(電機軸上不接負載)的時候進行。只有在空載的時候才能保證自學習出來的電機參數的正確性。
   
假如現場條件沒辦法進行空載運行,可以考慮用變頻器出廠的電機參數試運行。
5
)頻率指令和運行指令
數控機床上使用的變頻器其頻率指令和運行指令都來源于CNC控制器,一般給定的的通道有兩種,一種是模擬量給定,另一種是多段速給定,或者兩者同時給定,以多段速優先。模擬量給定以電壓型模擬量為主,也有電流型的。變頻器對這兩種類型的模擬量都可以采集。
3
、抗干擾題目
寶米勒變頻器在出廠的時候作了很好的抗干擾試驗,具有很強的抗干擾能力,但變頻器同時也是一個干擾源,在使用中很難避免不對其它設備進行干擾,在數控機床上最輕易被干擾的設備是CNC控制器。一旦CNC控制器受干擾后,系統將不能正常工作。特別是變頻器的頻率指令和運行指令也可能會受到干擾,干擾嚴重的會造成頻率指令不穩定,變頻器誤動作等。解決此類題目的辦法是在變頻器的輸出線上加磁環以減少高頻輻射。一般進口的CNC的抗干擾能力較強。
下面以名稱MC200G系列高性能矢量變頻器在沈陽某數控機床廠的應用為例,講述數控機床的變頻調速控制技術。

 

 

二、系統構成

變頻器 MC200G0055T4  制動電阻100Ω/520W    5.5KW調速電機   CNC數控系統


三、變頻器及數控系統的參數 

 主要的參數和性能指標: 
5.5kW
數控車床,電動機參數:
額定功率:5.5kW     額定頻率:50Hz, 
額定電壓:380V      額定電流:11A
額定轉速:1440r/min   機械傳動比:11.5
加工材料:45#
實際測試性能指標:(進刀性能及速度)
1
、主軸轉速:200r/min(變頻器運行頻率910Hz
2
、主軸轉速:450r/min(變頻器運行頻率22Hz左右) 
 變頻器接線原理圖


變頻器參數設定:

 

F0-03

1

端子控制

F0-04

1

AI1頻率給定

F0-10

隨機

最大頻率

F0-11

隨機

上限頻率

F0-14

1

加速

F0-15

1

減速

F4-00

13

外部故障

F4-04

9

故障復位

F4-10

0.5S

濾波時間

F5-01

2

Y1輸出頻率達到

F5-01

15

故障輸出

F0-02

0

變頻器運行中

電機參數設定:

 

F1-03

50HZ

電機額定頻率

F1-04

1440KPM

電機額定轉速

F1-01

380V

電機額定電壓

F1-02

11.0A

電機額定電流

F1-00

5.5KW

電機額定功率

F1-05

機型確定

電機定子電阻

F1-06

機型確定

電機轉子電阻

F1-07

機型確定

電機定子。轉子漏感

F1-08

機型確定

電機定子。轉子互感

F1-09

機型確定

電機空載電流


四、現場圖片



五、MC200G系列變頻器的特點

MC200G系列高性能矢量變頻器采用先進磁通控制技術,電機在低速時轉矩大,速度精度高,價格公道,功能齊全,具有瞬停電處理及速度跟蹤再啟動功能,確保系統實現連續運行機制,以保證電機運轉在最高效率狀態,因此,采用MC200G系列高性能矢量變頻器代替主軸交流伺服系統,是機床行業最佳的選擇。MC200G系列變頻用具有以下特點
1)采用先進的磁通控制算法,實現了真正的無速度傳感器矢量控制,在控制性能上比傳
統的V/F控制方式有很大的改善。
2)起動轉矩大,0.5Hz/150%SVC),0Hz/180%VC
3)載波頻率范圍016KHz;可根據溫度和負載的特性自適應調整
4)提供標準的010V模擬量接口,能夠與大多數數控系統接口兼容,通用性強
5)過負載能力強,150%額定輸出電流一分鐘;
6)提供多功能的輸出端子信號,例如故障輸出信號,運行中信號,速度到達等輸出信號,能夠很好的滿足系統對于主軸速度狀態的監控;

  

 

六、調試結果

事實證實采用MC200G系列高性能矢量變頻器完全能夠滿足機床主軸控制的要求。MC200G采用的領先的磁通算法,即使在低轉速(低頻)運行下也能平穩輸出150%的轉矩,以滿足不同零件的加工需要,完全可以取代傳統的轉動軸承主軸結構,并且此主軸結構簡單、緊湊、可以實現真正的無級調速。此主軸的轉速由外部模擬量信號來控制輸出頻率,在不同的加工工藝(如;粗加工、精加工等)需要不同的轉速,此時可由數控系統輸出不同的模擬量電壓信號給變頻器,實現不同的轉速,同時啟停信號也由數控系統控制,進步了自動化程度、延長了刀具的使用壽命。

 

七、結束語

  數控機床主軸一般交流伺服系統、進口品牌矢量控制變頻器以及變頻專用電機,購置用度很高;MC200G系列變頻器以其獨特的性能(啟動電流小、調速平滑、調速范圍大、節能環保、運行穩定、精度高、低頻轉矩大、保護功能齊全、可靠性高、操縱維護簡便等)和優越的性價比,在數控機床的應用上迅速崛起。





                                                                                                                                                            


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