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變頻器在外圓磨床上的應(yīng)用 變頻器操作規(guī)程

時間:2020-06-21    來源:儀多多儀器網(wǎng)    作者:儀多多商城     
【導(dǎo)讀】 標(biāo)準(zhǔn)機械加工所使用的外圓磨床,砂輪電動機均按傳統(tǒng)啟動電路運行。電動機啟動后按照額定轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn),由于電網(wǎng)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(zhuǎn)速誤差,標(biāo)準(zhǔn)

標(biāo)準(zhǔn)機械加工所使用的外圓磨床,砂輪電動機均按傳統(tǒng)啟動電路運行。電動機啟動后按照額定轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn),由于電網(wǎng)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(zhuǎn)速誤差,標(biāo)準(zhǔn)砂輪電動機起動電路一般只有一種加工速度,難以適應(yīng)不同工件大小的要求不同的加工相對線速度,以致于所加工工件的加工精密度很難保證。因此從提高加工質(zhì)量和加工效率,節(jié)約能源等方面考慮,將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于外圓磨床中,可以收到滿意的效果。?

機械加工行業(yè)外圓磨床所加工的產(chǎn)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(zhuǎn)速于主軸的線速度不同,單純的調(diào)整主軸的轉(zhuǎn)速來滿足工件的加工線速度很難調(diào)整到理想狀態(tài)。又由于軸桿類在加工過程中所產(chǎn)生的應(yīng)力彎曲,在磨削過程中會產(chǎn)生砂輪進給的力矩不同,這樣就帶來砂輪輸出轉(zhuǎn)速/力矩不同的變化,相應(yīng)的會產(chǎn)生振刀紋/燒糊紋等,磨削精度很難保證,由此造成生產(chǎn)效率低,精品率低等。?

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,變頻調(diào)速技術(shù)的越來越普及,在機械加工行業(yè)變頻器的應(yīng)用收到很好的效果。變頻器的無級調(diào)速,軟啟動,恒轉(zhuǎn)矩輸出極大的滿足了機械加工設(shè)備對恒速度/恒轉(zhuǎn)矩的要求。?
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外圓磨床加工的負載特性?

根據(jù)不同的軸桿類直徑的大小,主砂輪電動機的轉(zhuǎn)速等于砂輪輸出的轉(zhuǎn)速。磨削力的大小取決于砂輪電動機的輸出轉(zhuǎn)矩。在驅(qū)動工件旋轉(zhuǎn)的主軸電動機的高速段,相對于砂輪輸出轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)矩/恒速度下運行。速度的變化就產(chǎn)生了如振刀紋/燒糊紋/加工精度等的變化。變頻調(diào)速電動機的無級調(diào)速,恒轉(zhuǎn)矩輸出恰能彌補上述缺陷。?

變頻器的選擇?

根據(jù)系統(tǒng)運行的特點,考慮滿足機械加工外圓磨床的使用要求和設(shè)備投資費用等角度考慮,選用帶自動轉(zhuǎn)矩提升功能的通用型V/F變頻器。以東元Speecon?7200MA系列為例,根據(jù)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(zhuǎn)矩提升功能,柔性PWM控制,可實現(xiàn)更低噪音運行,多于10段的轉(zhuǎn)速控制。?

系統(tǒng)的啟動與調(diào)速?

外圓磨床的主砂輪電動機起動電路多采用星?三角轉(zhuǎn)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(shè)定為10S,停止剎車時間設(shè)定為15S,根據(jù)不同類型的砂輪啟動力矩可在50%--80%之間調(diào)節(jié)設(shè)定。系統(tǒng)速度通過外接可調(diào)電位器調(diào)節(jié)頻率,根據(jù)工件直徑不同的適應(yīng)速度調(diào)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*高頻率設(shè)定為60HZ;因低速時電動機散熱效果差,考慮工件旋轉(zhuǎn)的變速因素和實際*大加工工件尺寸,*低頻率設(shè)定為35HZ,基準(zhǔn)頻設(shè)定為50HZ。由前面的負載特性分析可知,高速段為恒功率性質(zhì),低速段為恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì),且低轉(zhuǎn)速時負載要求轉(zhuǎn)矩大,過載能力強。對電動機基準(zhǔn)頻以上,為保證電動機不過壓,采用恒壓變頻調(diào)速。由電動機理論可知,當(dāng)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??;當(dāng)電動機電流為額定電流時,*大允許輸出轉(zhuǎn)矩減小,容許輸出功率不變,屬恒功率調(diào)速,適用于恒功率負載?;l以下,為保證電動機每極下磁通不變,采用V/F=常數(shù)的變壓變頻調(diào)速,當(dāng)電動機的電流為額定電流時,電動機容許輸出轉(zhuǎn)矩不變,屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速,適用于恒轉(zhuǎn)矩負載。但當(dāng)速度較低時因電動機內(nèi)阻不可忽略,若仍保持V/F為常數(shù),則電動機轉(zhuǎn)矩將減小,無法滿足低速時負載要求的轉(zhuǎn)矩大,過載能力強的性能,因此采用變頻器的轉(zhuǎn)矩自動補償功能,選擇補償后的V/F曲線加以修正。?



    過電壓現(xiàn)象在在調(diào)試與使用過程中經(jīng)常會遇到。過電壓產(chǎn)生后,變頻器為了防止內(nèi)部電路損壞,其過電壓保護功能將動作,使變頻器停止運行,導(dǎo)致設(shè)備無法正常工作。因此必須采取措施消除過電壓,防止故障的發(fā)生。由于變頻器與電機的應(yīng)用場合不同,產(chǎn)生過電壓的原因也不相同,所以應(yīng)根據(jù)具體情況采取相應(yīng)的對策。

    一、過電壓的產(chǎn)生與再生制動

    所謂變頻器的過電壓,是指由于種種原因造成的變頻器電壓超過額定電壓,集中表現(xiàn)在變頻器直流母線的直流電壓上。正常工作時,變頻器直流部電壓為三相全波整流后的平均值。若以380V線電壓計算,則平均直流電壓Ud=1.35U線=513V。

    在過電壓發(fā)生時,直流母線上的儲能將被充電,當(dāng)電壓上升至700V左右時,(因機型而異)變頻器過電壓保護動作。造成過電壓的原因主要有兩種:過電壓和再生過電壓。電源過電壓是指因電源電壓過高而使直流母線電壓超過額定值。而現(xiàn)在大部分變頻器的輸入電壓最高可達460V,因此,電源引起的過電壓極為少見。

    本文主要討論的問題是再生過電壓。產(chǎn)生再生過電壓主要有以下原因:當(dāng)大GD2(飛輪力矩)負載減速時變頻器減速時間設(shè)定過短;電機受外力影響(風(fēng)機、牽伸機)或位能負載(、起重機)下放。由于這些原因,使電機實際轉(zhuǎn)速高于變頻器的指令轉(zhuǎn)速,也就是說,電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過了同步轉(zhuǎn)速,這時電機的轉(zhuǎn)差率為負,轉(zhuǎn)子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場的方向與狀態(tài)時相反,其產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為阻礙旋轉(zhuǎn)方向的制動轉(zhuǎn)矩。所以電動機實際上處于發(fā)電狀態(tài),負載的動能被“再生”成為電能。

    再生能量經(jīng)逆變部續(xù)流對變頻器直流儲能充電,使直流母線電壓上升,這就是再生過電壓。因再生過電壓的過程中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與原轉(zhuǎn)矩相反,為制動轉(zhuǎn)矩,因此再生過電壓的過程也就是再生制動的過程。換句話說,消除了再生能量,也就提高了制動轉(zhuǎn)矩。如果再生能量不大,因變頻器與電機本身具有20%的再生制動能力,這部分電能將被變頻器及電機消耗掉。若這部分能量超過了變頻器與電機的消耗能力,直流回路的電容將被過充電,變頻器的過電壓保護功能動作,使運行停止。為避免這種情況的發(fā)生,必須將這部分能量及時的處理掉,同時也提高了制動轉(zhuǎn)矩,這就是再生制動的目的。

    二、過電壓的防止措施

    由于過電壓產(chǎn)生的原因不同,因而采取的對策也不相同。對于在停車過程中產(chǎn)生的過電壓現(xiàn)象,如果對停車時間或位置無特殊要求,那么可以采用延長變頻器減速時間或自由停車的方法來解決。所謂自由停車即變頻器將主開關(guān)器件斷開,讓電機自由滑行停止。

    如果對停車時間或停車位置有一定的要求,那么可以采用直流制動(DC制動)功能。直流制動功能是將電機減速到一定頻率后,在電機定子繞組中通入直流電,形成一個靜止的磁場。電機轉(zhuǎn)子繞組切割這個磁場而產(chǎn)生一個制動轉(zhuǎn)矩,使負載的動能變成電能以熱量的形式消耗于電機轉(zhuǎn)子回路中,因此這種制動又稱作能耗制動。在直流制動的過程中實際上包含了再生制動與能耗制動兩個過程。這種制動方法效率僅為再生制動的30-60%,制動轉(zhuǎn)矩較小。由于將能量消耗于電機中會使電機過熱,所以制動時間不宜過長。而且直流制動開始頻率,制動時間及制動電壓的大小均為人工設(shè)定,不能根據(jù)再生電壓的高低自動調(diào)節(jié),因而直流制動不能用于正常運行中產(chǎn)生的過電壓,只能用于停車時的制動。

    對于減速(從高速轉(zhuǎn)為低速,但不停車)時因負載的GD2(飛輪轉(zhuǎn)矩)過大而產(chǎn)生的過電壓,可以采取適當(dāng)延長減速時間的方法來解決。其實這種方法也是利用再生制動原理,延長減速時間只是控制負載的再生電壓對變頻器的充電速度,使變頻器本身的20%的再生制動能力得到合理利用而已。至于那些由于外力的作用(包括位能下放)而使電機處于再生狀態(tài)的負載,因其正常運行于制動狀態(tài),再生能量過高無法由變頻器本身消耗掉,因此不可能采用直流制動或延長減速時間的方法。

    再生制動與直流制動相比,具有較高的制動轉(zhuǎn)矩,而且制動轉(zhuǎn)矩的大小可以跟據(jù)負載所需的制動力矩(即再生能量的高低)由變頻器的制動單元自動控制。因此再生制動轉(zhuǎn)為適用于在正常工作過程中為負載提供制動轉(zhuǎn)矩。

    三、再生制動的方法:

    1.能量消耗型:

    這種方法是在變頻器直流回路中并聯(lián)一個制動電阻,通過檢測直流母線電壓來控制一個功率管的通斷。在直流母線電壓上升至700V左右時,功率管導(dǎo)通,將再生能量通入電阻,以熱能的形式消耗掉,從而防止直流電壓的上升。(http://www.diangon.com版權(quán)所有)由于再生能量沒能得到利用,因此屬于能量消耗型。同為能量消耗型,它與直流制動的不同點是將能量消耗于電機之外的制動電阻上,電機不會過熱,因而可以較頻繁的工作。

    2.并聯(lián)直流母線吸收型:

    適用于多電機傳動系統(tǒng)(如牽伸機),在這個系統(tǒng)中,每臺電機均需一臺變頻器,多臺變頻器共用一個網(wǎng)側(cè)變流器,所有的逆變部并接在一條共用直流母線上。這種系統(tǒng)中往往有一臺或數(shù)臺電機正常工作于制動狀態(tài),處于制動狀態(tài)的電機被其它電動機拖動,產(chǎn)生再生能量,這些能量再通過并聯(lián)直流母線被處于電動狀態(tài)的電機所吸收。在不能完全吸收的情況下,則通過共用的制動電阻消耗掉。這里的再生能量部分被吸收利用,但沒有回饋到電網(wǎng)中。

    3.能量回饋型:

    能量回饋型的變頻器網(wǎng)側(cè)變流器是可逆的,當(dāng)有再生能量產(chǎn)生時,可逆變流器將再生能量回饋給電網(wǎng),使再生能量得到完全利用。但這種方法對電源的穩(wěn)定性要求較高,一旦突然停電,將發(fā)生逆變顛覆。

    四、再生制動的應(yīng)用

    一條化纖長絲牽伸生產(chǎn)線,由三臺牽伸機組成,分別由三臺電機驅(qū)動。一輥電機功率22KW、4極,采用蝸桿減速器,速比為25:1;二輥電機功率37KW、4極,蝸桿減速器,速比16:1;三輥電機功率45KW,采用圓柱齒輪減速器,速比6:1。電機分別采用華為TD2000-22KW三墾IHF37K,45K變頻器驅(qū)動。三臺變頻器根據(jù)牽伸比及速比采用比例控制。它的工作過程是這樣的:絲束繞在一輥、二輥、三輥上,由變頻器控制三輥之間不同的速度對絲束進行牽伸。

    開車調(diào)試時因牽伸比小,絲束總旦較低,系統(tǒng)開車正常。在投產(chǎn)一段時間后,由于工藝調(diào)整,增大了牽伸比及絲束總旦,(牽伸比由工藝決定,總旦通俗的說,就是絲束的粗細及根數(shù)多少,總旦越高,絲束越粗。牽伸倍數(shù)或總旦越大,三輥對二輥、一輥的拖力越大。)這時出現(xiàn)了問題。開車時間不長,一輥變頻器頻繁顯示SC(過電壓防止),

    二輥變頻器偶爾也有這種現(xiàn)象。時間稍長,一輥變頻器保護停機,故障顯示E006(過電壓)。通過對故障現(xiàn)象進行仔細的分析,得出以下結(jié)論:由于一輥與二輥之間的牽伸比占總牽伸倍數(shù)的70%,而二輥、三輥電機功率均大于一輥,因此一輥電機實際工作于發(fā)電狀態(tài),它必須產(chǎn)生足夠的制動力矩,才能保證牽伸倍數(shù)。二輥則根據(jù)工藝狀況工作于電動與制動狀態(tài)之間,只有三輥為電動狀態(tài)。

    也就是說,一輥變頻器若不能將電機產(chǎn)生的再生能量處理掉,它就不能產(chǎn)生足夠的制動力矩,那么將會被二輥“拖跑”。被“拖跑”的主要原因在于變頻器為防止過電壓跳閘而采取的自動提高輸出頻率的功能(即“SC”失速防止功能)。

    變頻器為了降低再生能量,將會自動增加電機轉(zhuǎn)速,試圖降低再生電壓,但是因再生能量過高,所以并不能阻止過電壓的發(fā)生。因此,問題的焦點是必須保證一輥、二輥電機具有足夠的制動力矩。增加一輥、二輥電機及變頻器容量可以達到這個目的,但這顯然是不經(jīng)濟的。而將一輥、二輥產(chǎn)生的過電壓及時處理掉,不讓變頻器的直流電壓升高,也能夠提供足夠的制動力矩。

    由于在系統(tǒng)設(shè)計時未考慮到這點,采用共用直流母線吸收型或能量回饋型的方法已不可能。經(jīng)仔細論證,只有采用將一輥、二輥變頻器各增加一組外接制動單元的方案。經(jīng)計算選用了兩組華為TDB-4C01-0300制動組件。開車后兩組制動單元電阻尤其是一輥制動阻工作頻率非常之高,說明我們的分析是正確的。整個系統(tǒng)運行近一年,再也沒有發(fā)生過過電壓現(xiàn)象。





變頻器的額定數(shù)據(jù)

  1、輸入側(cè)的額定數(shù)據(jù)

  ①輸入電壓UIN:即側(cè)的電壓。在我國低壓的輸入電壓通常為380V(三相)或220V(單相)。中、高壓變頻器的輸入電壓通常為0.66kV、3kV或6kV(三相)。此外,變頻器還對輸入電壓的允許波動范圍作出規(guī)定,如±10%、-15%~+10%等。

 ?、谙鄶?shù):如單相、三相。

 ?、垲l率fIN:即電源頻率(常稱工頻),我國為50Hz。頻率的允許波動范圍通常規(guī)定為±5%。

  2、輸出側(cè)的額定數(shù)據(jù)

 ?、兕~定電壓UN:因為變頻器的輸出電壓要隨頻率而變,所以,UN定義為輸出的最大電壓。通常,它總是和輸入電壓UIN相等。

  ②額定電流IN:變頻器允許長時間輸出的最大電流。

 ?、垲~定容量SN:由額定線電壓UN和額定線電流IN的乘積決定,即

  SN=UN×IN(1-4)

  容量為在連續(xù)不變負載中允許配用的最大負載容量。在生產(chǎn)機械中,負載的容量主要是根據(jù)發(fā)熱狀況來定的。在變動負載、斷續(xù)負載及短時負載條件下,只要溫升不超過允許值,在由變頻器構(gòu)成的控制系統(tǒng)中,因是允許短時間(幾分鐘或幾十分鐘)過載的,而變頻器則允許150%過載1min。所以,在選用變頻器時應(yīng)充分考慮負載的工況。

  ④過載能力:指變頻器的輸出電流允許超過額定值的倍數(shù)和時間。大多數(shù)變頻器的過載能力規(guī)定為:150%,1min??梢娨慌c電動機的允許過載時間相比,變頻器的允許過載時間是很短的。

標(biāo)簽: 變頻器
變頻器 變頻器的額定數(shù)據(jù)_變頻器

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