變頻器在機床上的應用

1．交流伺服系統的組成

由變頻器、異步電動機、冷卻風機和脈沖編碼器等組成，如圖1所示。
變頻器VS-616G5（CIMR-C5A43P7 3.7kW）為多功能全數字式。它有四種方式：無PG U/f控制、有PG U/f控制、無PG矢量控制和有PG矢量控制。當選用有PG矢量控制方式時，其調速范圍可以達到1000：1，并且能夠實現零速控制。

（2） 驅動電動機采用一般籠型異步電動機（Y132M1-6型，4kW、380V、9.4A、960r/min），并配備強迫冷卻風機（吵125mm軸流風機）。由于驅動電動機主要工作在低速狀態，在低速長期運行時電動機易發熱，因此增加冷卻風機是必要的。

（3） 脈沖編碼器采用HLE-1024L-3F）k A型．安裝于電動機的軸上，其軸徑要與電動機軸徑相配合。它是構成帶PG反饋系統的關鍵部件，主要參數是每轉脈沖數N_P（變頻器參數P1-01），由下式計算選擇。

N_P=60f/n_N
式中：f——速度控制卡工作頻率，Hz
n_N——電動機額定轉速，r/min

當選用的電動機為960r/min，PG-B2速度控制卡的工作頻率是20kHz時，N_P=60X20000/960=1250。實際選用PG脈沖數為1024的脈沖編碼器。

2．PG脈沖數與車銑精度的關系
XT754型鏜銑床進給系統的調速范圍是μ=10～1120mm/Min，快速進給速度是2500mm/min。由于PG脈沖數與電動機的轉速成正比，而電動機的轉速又直接反映了伺服裝置的行程。因此，當電動機轉速為最低速n=5.14r/min（D10mm/min）時，則：
每個脈沖當量=μ/（nXPG脈沖數）=10/（5.14 X1024）=0.0019（mm）
即每個脈沖行程是1.9lμm。

3．調速指令電阻網絡匹配計算

變頻器端子13為主速指令控制端，對應10V電壓輸出的頻率是基本頻率，即50Hz。根據工藝要求，電動機的調速范圍是5.14-576r/min。若仍舊采用原調整控制開關進行控制，其電阻調整范圍是7512-200k12。為配合這個調速開關的設計，調速電阻網絡如圖2所示。其中，R1、R3、R5均為3.3kΩ可調電阻。當RP在75ll-200k12變化時，對應端子13的輸出電壓是6-0.054V。根據電路原理分析，當R3=1.05kΩ時，可以得到一組計算參數：R1=985Ω，1.05kΩ，R5=2.26kΩ。
正常運行時，KA6不動作，端子13對17的輸出范圍在0.054-6V之間，對應電動機速度為5.14-576r/min。當快速進給時，KA6動作，端子13對17輸出10V的電壓，對應輸出電動機的額定轉速。

4. 電動機旋轉方向及其控制

電動機的旋轉方向只與變頻器的輸出相序有關，與進線電源的相序無關。因變頻器本身設計有外接端子，可以進行正轉、反轉及運行停止，故設計正反轉繼電器輸出組時，可以直接與變頻器的端子相連，如圖3所示。利用KA7、KA8正反轉控制繼電器進行控制，接口簡單，控制可靠。

經過以上改造組成的變頻調速伺服控制系統，結構簡單，動作可靠，操作習慣與原機組完全相同。但在不加PG矢量控制的條件下，經試車發現存在：定位不準確（快速進給后工件行程太長，加工定位不好掌握）和低速運行速度不穩定等問題。

分析原因是：在無PG矢量控制的條件下，其調速范圍是100：1，即在基本速度50Hz的條件下，其最低運行頻率是0.5Hz，對應電動機最低速度是9.6r/min，達不到機械設備工藝要求。

當加上PG脈沖編碼器構成帶PG反饋的閉環控制系統后，在磁通矢量控制方式下，其調速范圍可以達到1000：1，而此時對應于電動機最低速度（滿足工藝要求），要求變頻器的輸出頻率僅為0.2Hz。

ASR是變頻器有PG矢量控制的自動速度控制器。調整變頻器的參數C5-01-04可使速度控制的動態響應在低速至高速的全速度范圍內得到良好調節。通常C5-06參數不必調整，只有在調整增益而不能消除振動時，可調整C5-06來消除振動（但是調整這個參數會造成降低速度控制響應）。

6．經濟效益
經過方案比較，如果仍舊采用直流傳動系統，最低投資為2.5萬元，而采用變頻調速系統方案，全部投資僅為1.8萬元，節約直接投資費用0.7萬元。

采用直流傳動系統，實際功耗約2kW，而交流變頻調速系統僅0.18kW，按0.5元／kwh，每臺班工作5h，全年按600個臺班計算，年節約電費約0.27萬元。