MC200G變頻器在數(shù)控機床上的應用
bmller 2021-04-02
數(shù)字控制機床，簡稱數(shù)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(shù)為一體的機電一體化產(chǎn)品，在現(xiàn)代機床生產(chǎn)中，一般采用多電機拖動，主軸和各進給系統(tǒng)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(zhí)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(diào)速，主軸調(diào)速系同一般采用交流主軸系統(tǒng)，隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機床的主軸的交流拖動，同樣能夠很好滿足需要。主驅(qū)動電機通過皮帶傳動帶動主軸旋轉(zhuǎn)，或通過皮帶傳動和主軸箱內(nèi)的減速齒輪(以獲得更大的轉(zhuǎn)矩)帶動主軸旋轉(zhuǎn)。由于主軸電機調(diào)速范圍廣，又可無級調(diào)速，使得主軸箱的結(jié)構(gòu)大為簡化。
一、數(shù)控機床對應用技術(shù)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(diào)速范圍廣。
2、變頻器的技術(shù)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(zhuǎn)矩。
2）轉(zhuǎn)矩動態(tài)響應速度快，穩(wěn)速精度高
選用矢量變頻器，能實現(xiàn)很好的動態(tài)響應效果，依據(jù)負載的變化，通過輸出轉(zhuǎn)矩的變化很快做出響應，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)軸速度的穩(wěn)定。
3）減速停車速度快
通常數(shù)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(shù)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(shù)自學習，其目的是獲取正確的電機內(nèi)部參數(shù)，以用于矢量控制計算。參數(shù)自學習所需要的電機銘牌參數(shù)有：電機額定功率、電機額定頻率、電機額定轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速值，可以根據(jù)經(jīng)驗值估計一下額定轉(zhuǎn)速。在進行參數(shù)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(shù)的正確性。
假如現(xiàn)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(shù)試運行。
5）頻率指令和運行指令
數(shù)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(yōu)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(shè)備進行干擾，在數(shù)控機床上最輕易被干擾的設(shè)備是CNC控制器。一旦CNC控制器受干擾后，系統(tǒng)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(wěn)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(huán)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(shù)控機床廠的應用為例，講述數(shù)控機床的變頻調(diào)速控制技術(shù)。
二、系統(tǒng)構(gòu)成
變頻器 MC200G0055T4 制動電阻100Ω/520W 5.5KW調(diào)速電機 CNC數(shù)控系統(tǒng)
三、變頻器及數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)
主要的參數(shù)和性能指標：
5.5kW數(shù)控車床，電動機參數(shù)：
額定功率：5.5kW， 額定頻率：50Hz,
額定電壓：380V， 額定電流：11A，
額定轉(zhuǎn)速：1440r/min 機械傳動比：1：1.5
加工材料：45#鋼
實際測試性能指標：（進刀性能及速度）
1、主軸轉(zhuǎn)速：200r/min（變頻器運行頻率9～10Hz）
2、主軸轉(zhuǎn)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(shù)設(shè)定：
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F0-03 |
1 |
端子控制 |
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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 |
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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(shù)設(shè)定：
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F1-03 |
50HZ |
電機額定頻率 |
|
F1-04 |
1440KPM |
電機額定轉(zhuǎn)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 |
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F1-06 |
機型確定 |
電機轉(zhuǎn)子電阻 |
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F1-07 |
機型確定 |
電機定子。轉(zhuǎn)子漏感 |
|
F1-08 |
機型確定 |
電機定子。轉(zhuǎn)子互感 |
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F1-09 |
機型確定 |
電機空載電流 |
四、現(xiàn)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(shù)，電機在低速時轉(zhuǎn)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(tǒng)實現(xiàn)連續(xù)運行機制，以保證電機運轉(zhuǎn)在最高效率狀態(tài)，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(tǒng)，是機床行業(yè)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(xiàn)了真正的無速度傳感器矢量控制，在控制性能上比傳
統(tǒng)的V/F控制方式有很大的改善。
（2）起動轉(zhuǎn)矩大，0.5Hz/150%（SVC），0Hz/180%（VC）
（3）載波頻率范圍0～16KHz；可根據(jù)溫度和負載的特性自適應調(diào)整
（4）提供標準的0～10V模擬量接口，能夠與大多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)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(tǒng)對于主軸速度狀態(tài)的監(jiān)控；
六、調(diào)試結(jié)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(lǐng)先的磁通算法，即使在低轉(zhuǎn)速（低頻）運行下也能平穩(wěn)輸出150%的轉(zhuǎn)矩，以滿足不同零件的加工需要，完全可以取代傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)動軸承主軸結(jié)構(gòu)，并且此主軸結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、可以實現(xiàn)真正的無級調(diào)速。此主軸的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速，此時可由數(shù)控系統(tǒng)輸出不同的模擬量電壓信號給變頻器，實現(xiàn)不同的轉(zhuǎn)速，同時啟停信號也由數(shù)控系統(tǒng)控制，進步了自動化程度、延長了刀具的使用壽命。
七、結(jié)束語
數(shù)控機床主軸一般交流伺服系統(tǒng)、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(diào)速平滑、調(diào)速范圍大、節(jié)能環(huán)保、運行穩(wěn)定、精度高、低頻轉(zhuǎn)矩大、保護功能齊全、可靠性高、操縱維護簡便等）和優(yōu)越的性價比，在數(shù)控機床的應用上迅速崛起。
