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森兰变频器在龙门铣床上的应用 |
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| http://www.iianews.com 森兰 2008年11月17日 |
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一. 概述
龙门铣床是加工较大型工件的机加设备，其电器控制系统包括工作台的主传动和进给机构的逻辑控制两大部分。河南焦作迈科公司有一台龙门铣床，从70年代至今使用了多年。龙门铣床的工作台主传动采用直流可逆调速拖动方式。早期的直流调速控制系统由分立元件构成，使用了若干年以后，故障率明显上升，维修工作量量不断增大，故障停工工时急剧上升，已经严重影响生产的正常进行。原来的直流调速系统已经淘汰了，没有可能对直流调速系统换新处理，进行技术改造是必然的选择。
二. 改造方案
对直流调速系统改造，如果保留直流电机，调速系统可用数字式可控硅直流调速系统，如欧陆590A，西门子6RA70，ABB DCS400等。这种方案的优点就是利用原有的直流电机，经济上比较省，但缺点也是明显的，其缺点是直流电机较交流异步鼠笼电机的维护工作量大，特别是使用了多年的直流电机，整流子磨损严重，维修花费更多。另一种方案就采用交流调速系统，将主传动直流电机换为交流异步鼠笼电机，调速控制系统使用变频器。这种方案的缺点是除需要变频器外，还需要将直流电机换为交流电机，改造的费用相对高一些，但是，交流电机结构简单，维护量小，变频器性能优良，便于实现最优控制。比较两种方案的优劣后，选择用交流调速的改造方案。
三. 龙门铣床工作台运动过程
龙门铣床工作台的拖动属于平稳快速的运动系统，工作台的工作流程如图1所示：
图1 龙门铣床工作台工作流程图
图中表示了铣床工作台工作铣削行程和返回过程的变化。0~t1铣床工作台空行程起动；t1~ t2铣床工作台以稳定速度n1运转；t2~ t3铣床工作台带铣削负载加速；t3~ t4铣床工作台以稳定速度n2运转；t4~ t5铣床工作台减速；t5~ t6铣床工作台保持n3速度条件下刀具离开工件；t6~ t7铣床工作台减速到零；t7~ t10铣床工作台反向加速到高速运转制动后返回原加工位置，由此在重复上面所述的铣削循环。
四. 龙门铣床的变频改造
1. 变频器的选型和容量的计算-
变频器的选型要根据交流电机的容量，交流电机的容量的选择又要以直流电机为参考依据。原工作台直流电机参数为：PN=18.5kW，nN=1000r/min，与此相对应的交流电机PN=18.5kW，nN=970r/min，龙门铣床经常工作在低速加工状态，为保证加工质量，要求电机低速时转矩大，考虑到交流电机的机械特性，在选择交流电机时适当增大容量。本例交流电机选为22kW 6极鼠笼电机。
电机容量确定后，可直接选择变频器的容量。龙门铣床工作台为恒转矩负载，要求起动和低速力矩大，最好选用矢量控制变频器，选用希望森兰公司生产的SB61G变频器。该变频器采用先进的无速度传感器矢量控制算法，功能齐全，在各种行业中应用自如。可以选择V/f开环、V/f闭环、无PG矢量控制和有PG矢量控制方式；可选用键盘和外部端子，功能端子的操作方式，并有RS485串行通讯口，便于与计算机组网控制。在设计中进行可靠性设计，电磁兼容设计，稳定性分析等，具有非常优良的性能。本例选用森兰SB61G22KW变频器。考虑到铣床工作台返回行程时间比较短，惯性较大，需要配用制动单元和制动电阻，制动电阻按100%制动转矩时的标准配置30Ω，5kW，考虑到制动比较频繁，适当加大电阻的容量到10kW。
常规设计的自冷式交流异步电动机，在额定工况及规定的环境温度范围内，是不会超过额定温升的。但在变频调速后自冷式交流异步电动机在20Hz频率以下运行时，转子自带风扇的风力减低，电机的散热性能变差，如果在恒转矩负载条件下长期运行时电机会过热。因此，对长期低速运行的电机需加恒速风扇降温。加恒速风扇的方法是将交流异步电动机的尾罩卸下，在尾罩上挖一个与轴流风机相适应的圆孔，使其轴流风机装好后，所吹出的风能全部到电机的后端盖上，经机壳导流片导流到电机机身的各个方向上，使之能对电机各个部分都能均匀冷却。轴流风机的电源用220V市电。
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