ALPHA6000S变频器在龙门刨床上的应用

• 关键词：ALPHA变频器,B2010A龙门刨床
• 摘要：B2010A龙门刨床的主拖动采用最初50年代的A-G-M调速系统，即电机扩大机－－-直流发电机－－-直流电动机组系统

一、 B2010A龙门刨床工况概述
   龙门刨床是机械化自动化程度很高的大型机床。龙门刨床的动力及控制回路比较复杂，尤其是刨床工作台主拖动系统完全依靠电气自动化控制来执行的。B2010A龙门刨床的主拖动采用最初50年代的A-G-M调速系统，即电机扩大机－－-直流发电机－－-直流电动机组系统。如图一所示。采用机械速比2:1和电气调速范围为10:1的机电联合调速系统。

A-G-M调速系统（图一）

龙门刨床是频繁往复运动的生产机械，它的工作方式为循环方式。前进行程是切削行程；后退行程是不作切削的，只让工作台驶回为下一步切削作准备。运动示意图如图二所示。实际工作中为了提高劳动生产效率，轻载后退的速度要大于前进切削速度。由于不同的金属材料和不同的加工工艺，必须要求控制系统具备：
●工作台主拖动具有比较宽的调速范围和较硬的机械特性；
●工作台前进切削和后退的过程中运行平稳，不振荡，速度能单独地作无 级调整，无须停车；
●运行方向的改变要迅速、平滑、冲击力小、动作反应快；
●在低速范围内切削力基本保持恒定状态，静差度小于3%；
●前进与后退行程的末尾工作台自动减速，反向准确；
●传动效率高，耗电量小；
●控制系统简单，可靠安全，易于维修保养；

工作台运动图（图二）

       如图二示，ab段（约12-15米/分）为刀具慢速切入工件，而后增加到可调速CD段进行前进切削，之后运行到设定行程开始减速为ef段，再经过换向行程控制，工作台由前进减速迅速制动并快速反向运行可调hi速度段后退，再后退至减速换向切换到前进行程。形成一个循环工作周期。
二、龙门刨床拖动系统的演变
1． 原系统存在的主要缺陷
     A-G-M调速系统，它具有占地面积大、噪声污染严重、尤其交流电动机拖动发电机浪费电能很严重。从工作情况来看，直流电动机的功率并没有得到充分利用，并且维护保养较困难。目前许多在使用该系统工作的厂家都在想办法解决以上问题。
2． 演变
       从70年代至目前有极少部分采用晶闸管－－-直流电动机机组（V-M调速系统）。该系统低速时损耗大、功率因数低、对电网污染严重，而使用的还是直流电动机，维护保养困难的问题还是没有解决。
3． 飞跃
     随着科技进步，在电力电子技术和微电子技术方面有了飞速发展，以及矢量控制技术的完善，使得变频调速技术日新月异，并且变频调速发展空间愈加宽广，涉及领域之多，其优越性为众所周知。为此广大科技工作者致力于交流变频调速技术的应用，龙门刨床的拖动方式在向变频调速的方向转移，国外已有很多成功应用的实例。
三、ALPHA变频器应用在B2010A龙门刨床上
1、选型
   根据前述龙门刨床直流拖动系统工作要求，采用了有速度传感器PG反馈的矢量型变频器-ALPHA6000S系列。该系列变频器的优越性能主要体现在：
●有速度传感器矢量控制，调速范围为1：1000，稳态控制精度0.05%；
●低频启动转矩10-100rpm时,200%额定转矩；
●启动预励磁,加快矢量控制快速响应；
●动态转矩响应小于150ms；
●零伺服锁定功能,可以保持零速时150%的转矩输出;
●可靠的转矩限定，防止频繁跳闸；
●功能丰富输入，输出接口，方便实现自动化联网控制
●完善的故障保护，告警功能，确保设备处于安全防护中
2. 控制原理
(1) 工作台主拖动用ALPHA6000S变频器驱动变频调速电机,代替A-G-M系统机组实现无级调速.
(2)采用制动单元及制动电阻，工作台停止，换向速度快，从应用来看，ALPHA6000S变频器在频繁换向过程中速度降低快，动力制动迅速，由于换向时工作时间短，为抑制泵升电压，采用了制动电阻进行能量释放。
(3) 主控制系统采用台达PLC实现对主拖动变频器及整个机床的电气控制。

龙门刨床电气控制框图 (图三)

四、 应用情况及效果
根据应用，我们可以得出如下比较：
1． 工作方式：
     在改造前，工作时，直流发电机组一直处于运行状态，特别是在工作间隙、测量工件时等，白白消耗大量的空载能量。改造后，龙门刨床只是在工作台运动时才消耗能量，并且在轻载时变频器自动节能。
2． 进线电流：
     在改造前，大刨切削45号钢坯时，吃刀深度10 mm，进刀量为1 mm，检测进线电流为50A。改造后，同样加工条件下，进线电流仅为15.5A。
3． 环境改善：
     改造前，发电机组工作时噪音严重，可达80dB。改造后，检测噪音为70dB，大大改善了工作环境，利于操作工人的身心健康。
4． 占地面积：
      改造前，机组占地面积大，现在改造后仅为原来的10%。
5． 机床维护：
     改造前，直流系统需定期维护，且发生故障难以修理，特别是励磁发电机不发电故障。改造后，变频系统无需特别维护，且不易发生故障。
改造后，由于变频器控制柜集中，基本上不出大的故障。
6． 机床运行：
     改造前，由于原B2010A机床年久失修，各处性能大不如最初，换向惯性大。改造后，采用了先进的矢量控制，从性能、稳定性上超过原来，换向惯性小，反向快速响应。
7． 节电效益：
     测量进线，按有功功率来算，每天二班倒，工作15小时，每月平均生产26天，电费成本在0.7元，全年可节约电费73500.34元，仅此一项一年左右时间即可收回投资。