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变频器在机械加工外圓磨床上的应用 |
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| http://www.iianews.com 变频器 工业自动化 2009年04月09日 |
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1.前言：
標準機械加工所使用的外圓磨床，砂輪電動機均按傳統啟動電路運行。電動機啟動後按照額定轉速運轉，由於電網電壓有一定的波動，砂輪和工件的磨擦負載不斷的變化，都會影響電動機的轉速誤差，標準砂輪電動機起動電路一般只有一種加工速度，難以適應不同工件大小的要求不同的加工相對線速度，以至於所加工工件的加工精密度很難保證。因此從提高加工品質和加工效率，節約能源等方面考慮，將變頻調速技術應用於外圓磨床中，可以收到滿意的效果。
機械加工行業外圓磨床所加工的產品種類繁多，工件大小尺寸不同，要求加工精度各異。相對的要求砂輪轉速於主軸的線速度不同，單純的調整主軸的轉速來滿足工件的加工線速度很難調整到理想狀態。又由於軸杆類在加工過程中所產生的應力彎曲，在磨削過程中會產生砂輪進給的力矩不同，這樣就帶來砂輪輸出轉速/力矩不同的變化，相應的會產生振刀紋/燒糊紋等，磨削精度很難保證，由此造成生產效率低，精品率低等。
隨著電力電子技術的發展，變頻調速技術的越來越普及，在機械加工行業變頻器的應用收到很好的效果。變頻器的無級調速，軟啟動，恒轉矩輸出極大的滿足了機械加工設備對恒速度/恒轉矩的要求。
2.外圓磨床加工的負載特性：
根據不同的軸杆類直徑的大小，主砂輪電動機的轉速等於砂輪輸出的轉速。磨削力的大小取決於砂輪電動機的輸出轉矩。在驅動工件旋轉的主軸電動機的高速段，相對於砂輪輸出轉速不變，所加工的工件直徑小，磨削進給少；加工大直徑，長軸類工件時，工件旋轉的電動機在低速段，砂輪進給量大，砂輪磨削力也在變大，電動機很難在恒轉矩/恒速度下運行。速度的變化就產生了如振刀紋/燒糊紋/加工精度等的變化。變頻調速電動機的無級調速，恒轉矩輸出恰能彌補上述缺陷。
3.變頻器的選擇：
根據系統運行的特點，考慮滿足機械加工外圓磨床的使用要求和設備投資費用等角度考慮，選用帶自動轉矩提升功能的向量型變頻器。以SANCH-S2000系列為例，根據砂輪電動機的功率不同選用18.5KW/15KW的變頻器，以15KW為例，額定電壓三相380V，輸出電流32A，頻率控制0.5—400HZ，速度控制0.1%，過負載能力150%/60S。具有自動轉矩提升功能，柔性PWM控制，可實現更低噪音運行，多於10段的轉速控制。
4.系統的啟動與調速：
外圓磨床的主砂輪電動機起動電路多採用星—三角轉換起動電路。用變頻器取代原有電路，利用原有接觸器的常開觸點控制變頻器的運行，考慮砂輪啟動的慣性，變頻器軟啟動時間設定為10S，停止刹車時間設定為15S，根據不同類型的砂輪啟動力矩可在50%--80%之間調節設定。系統速度通過外接可調電位器調節頻率，根據工件直徑不同的適應速度調整，因受電動機高速時的機械強度/噪音/振動等因素的限制，電動機最高頻率設定為60HZ；因低速時電動機散熱效果差，考慮工件旋轉的變速因素和實際最大加工工件尺寸，最低頻率設定為35HZ，基準頻設定為50HZ。由前面的負載特性分析可知，高速段為恒功率性質，低速段為恒轉矩性質，且低轉速時負載要求轉矩大，超載能力強。對電動機基準頻以上，為保證電動機不過壓，採用恒壓變頻調速。由電動機理論可知，當電壓不變，頻率增大時，電動機每極下的磁通隨著頻率的增大而減小；當電動機電流為額定電流時，最大允許輸出轉矩減小，容許輸出功率不變，屬恒功率調速，適用於恒功率負載。基頻以下，為保證電動機每極下磁通不變，採用V/F=常數的變壓變頻調速，當電動機的電流為額定電流時，電動機容許輸出轉矩不變，屬於恒轉矩調速，適用於恒轉矩負載。但當速度較低時因電動機內阻不可忽略，若仍保持V/F為常數，則電動機轉矩將減小，無法滿足低速時負載要求的轉矩大，超載能力強的性能，因此採用變頻器的轉矩自動補償功能，選擇補償後的V/F曲線加以修正。
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