臺灣士林變頻器在數(shù)控機床上的應用

士林SS系列變頻器在車床主軸上的應用
數(shù)控機床是集機械、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(chǎn)品，是機械制造設備中具有高精度、高效率、高自動化和高柔性化等優(yōu)點的工作母機，本文主要介紹士林SS系列變頻器卓越性價比的奧秘。
一、簡介
　　 數(shù)控機床的技術水平高低及其在金屬切削加工機床產(chǎn)量和總擁有量的百分比，是衡量一個國家國民經(jīng)濟發(fā)展和工業(yè)制造整體水平的重要標志之一。數(shù)控車床是數(shù)控機床的主要品種之一，它在數(shù)控機床中占有非常重要的位置，幾十年來一直受到世界各國的普遍重視，并得到了迅速的發(fā)展。主軸是車床構(gòu)成中一個重要的部分，對于提高加工效率，擴大加工材料范圍，提升加工質(zhì)量都有著很重要的作用。經(jīng)濟型數(shù)控車床大多數(shù)是不能自動變速的，需要變速時，只能把機床停止，然后手動變速。而全功能數(shù)控車床的主傳動系統(tǒng)大多采用無級變速。目前，無級變速系統(tǒng)主要有變頻主軸系統(tǒng)和伺服主軸系統(tǒng)兩種，一般采用直流或交流主軸電機。通過帶傳動帶動主軸旋轉(zhuǎn)，或通過帶傳動和主軸箱內(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。目前對客戶來說由于變頻器的高性價比，所以變頻器在車床上使用非常普遍。臺達 M 系列變頻器以其獨特的性能和優(yōu)越的性價比，在數(shù)控機床的應用上迅速崛起，成為目前市場上一支強大的生力軍。
二、變頻器特點的介紹
1．體積小，屬于迷你型產(chǎn)品，占用控制柜空間較小；
2．控制方式為正弦波SPWM（提供無速度反饋矢量控制），控制性能較以前的VF控制方式有很大性能上的改善，特別是在低速轉(zhuǎn)矩上滿足機床主軸的需求，5HZ時起動轉(zhuǎn)矩能夠達到150%以上；
3．載波頻率范圍0-15KHz，減小電機的電磁噪音；
4．提供標準的0-10V模擬量接口（輸入阻抗47Kohm，輸出阻抗250Kohm），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% 以上額定輸出電流超過一分鐘；
6．提供多功能的輸出端子信號，例如零速信號，運轉(zhuǎn)中信號，速度到達信號，故障指示，滿足系統(tǒng)對于主軸速度狀態(tài)的監(jiān)控；
7．自動轉(zhuǎn)矩補償，滿足機床主軸在低速情況下的加工需求；
8．提供三組異常紀錄，供維修人員從側(cè)面了解機床主軸實際的運行狀況；
9．電機參數(shù)自動整定功能，在線識別電機參數(shù)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精確性。
三、調(diào)試環(huán)境以及接線、調(diào)試方法
　　客戶選配電機為3.0KW/50Hz/380V，選用變頻器型號為SS0433.7K，制動電阻300W/250ohm。

變頻器AVI/GND端子提供與數(shù)控系統(tǒng)速度模擬量，AVI接數(shù)控系統(tǒng)模擬量接口正信號，GND接負信號，信號為0-10V模擬電壓信號，控制主軸轉(zhuǎn)速。M0/M1/GND 為變頻器的正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)信號端子，通常由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出正轉(zhuǎn)信號FWD或者反轉(zhuǎn)REV，來驅(qū)動中間繼電器，中間繼電器的常開接點接入變頻器M0/GND或者M1/GND，從而控制變頻器的正反轉(zhuǎn)。
在參數(shù)調(diào)整過程中，需要注意：
1．P00 參數(shù)為選擇主頻率輸入設定來源，設置為模擬信號 0-10V 輸入（1）；
2．P01 參數(shù)為運轉(zhuǎn)信號來源設定，設置為外部端子信號控制（2）；
3．P03 最高操作頻率選擇，對應于模擬信號 10V 輸入時變頻器的輸出頻率，由于是在 0-3500rpm 范圍內(nèi)調(diào)速，將機械減速比這算進去以后，此參數(shù)需要設置為 184HZ ；
4．P04 和P05按照電機銘牌設置，P04=50Hz，P05=380V；
5．P10 和P11為加速時間和減速時間，根據(jù)客戶的要求，P10=5S，P11=5S；
6．P105 為控制方式的選擇，需要選擇矢量控制，P105=1；
　　特別需要注意,由于矢量控制需要提供電機參數(shù)(阻抗),變頻器提供電機參數(shù)自整定功能P103，選擇P103=2，通過面板運行鍵，變頻器會自動運行。自動運行過程中，除了計算出電機參數(shù)以外，還能夠檢測出空載電流，這幾個參數(shù)對于矢量控制能夠表現(xiàn)出較高的性能非常重要，這個過程會持續(xù)十幾秒鐘時間。在執(zhí)行自整定功能前，一定要確認電機側(cè)是否沒有任何連接，包括減速皮帶。
四．調(diào)試結(jié)果
測試結(jié)果如下：

從上表可以看出在恒轉(zhuǎn)矩輸出的頻率段 0-50Hz），矢量控制的空載電流幾乎只有VF控制的一半，負載時電流也比VF小一些；而且負載切削時，VF控制在初期有很明顯的速度下降，而且空載速度和負載速度有比較大的差值。而相對于矢量控制，主軸轉(zhuǎn)速初期雖然也會有下降，但是下降值較小，并且速度會很快回升，最終空載速度和負載速度相差不是很明顯。經(jīng)過上面的調(diào)試，相比較原來的VF控制，性能有了很大的改善，無論從空載電流，低速力矩，還是速度的變化，效果都是非常明顯的，完全能夠滿足數(shù)控機床的需求。