变频器在T6160镗床电气改造中的解决方案

摘要：国营大型企业有许多原苏联产的由发电机组、交磁扩大机组、直流电动机等组成的直流伺服系统设备，该控制方式故障多、稳定性差，原基础改造费用大等缺点，本文用变频器对苏式T6160镗床原直流伺服系统实施改造，实现交流变频器无极调速控制。
关键词：苏式镗床；电气改造；变频无级调速
0 前言
我公司2006年初购进一台原苏联生产的T6160镗床，在多次转运过程中致使电气元件及部件大量丢失或损坏，其中发电机组、交磁扩大机组、电气控制柜、按钮站、直流电动机等均丢失或损坏，根据上述设备现有状况，提出三种电气改造方案如下：
a．采用直流传动控制系统，用V5系统对设备进行改造，经预算改造费用为6．5～7万元；
b．采用PLC一变频器控制系统，用PLC做中央数据处理，用普通变频器做调速，经预算改造费用为4—4．5万元；
c．采用性能先进的变频器一继电器控制系统，用变频器做中央数据处理及调速，用继电器做控制执行元件，经预算改造费用为2．5—2．8万元。
T6160镗床对伺服系统的要求是：调速范围宽（100：1）；速度控制精度高（在整个调速范围，起制动及运行过程要求运行稳定）；定位准确（当快速进给后定位时间短、定位行程快，从而可提高加工效率）。
针对上述特点，比较三种方案，考虑到现有维修电工的实际能力，我们选择了方案三，用性能先进的西门子MicroMaster440变频器驱动一般异步电动机，对T6160镗床的原直流伺服系统实施改造，实现镗床的主轴箱上下移动、镗杆进出、工作台前后左右及上工作台旋转移动实现交流变频无级调速。
1 交流变频器无极调速系统的设计
1．1 西门子MicroMaster440变频器（7．5 kW）是多功能全数字式性能先进变频器，它主要负责整个系统的中央数据处理及调速，它和交流驱动电动机、调速电位器（航空精调电位器）、制动电阻等一起构成典型的开环无极调速控11制系统。
1．2 由于原T6160镗床由三台4．2 kW 直流电机驱动，分别驱动主轴箱上下移动、镗杆进出、工作台前后、左右及上工作台旋转移动。根据T6160镗床的工作特点，三台电机只允许一台工作，故本台T6160镗床选用台变频器即可满足工作。为弥补低速运行时电动机发热和低速运行时电动机功率减小，通过计算将三台4．2 kW 直流电机更换为7．5 kW 交流异步电动机（Y160M1-4型，7．5 kW、380 V、1 450 r／min）；更换理由是为满足1．3 由于选用一台变频器拖动三台7．5 kW 交流异步电动机，且三台电动机都要求调速，使控制回路线路更加复杂，为简化操作和降低操作难度，在控制回路设计中选用一个组合转换开关切换三台电动机，并用继电器作连锁保护，降低了操作难度，满足设备的工艺要求。
1．4 根据T6160镗床的工作要求，在设计电气线路时，变频器有两种工作状态，即低速运行和高速运行状态，低速运行和高速运行通过转换开关一继电器自由切换，从而满足了T6160镗床的自动走刀（低速运行）及快速移动（高速运行）。通过变频器外制调速电位器（10圈航空精调电位器）即低速电位器前端串联调节固定电阻、高速电位器后端串联调节固定电阻，实现电动机低速无级调速（0～7．5 Hz；0～225 r／min）和电动机高速无级调速（25～50 Hz；750～1 500 r／min），从而满足T6160镗床自动走刀（低速运行）及快速移动（高速运行）的工作要求。
1．5 变频器制动电阻的加入可以满足电动机快速停止和电动机制动，从而解决了电动机惯性运行，满足了设备的工艺要求。
1．6 转速表是由一块正负10 V的直流电压表改制的，通过变频器内部参数设定使外部D／A端子输出0～ 20mA电流，0～20mA电流的输出与变频器频率输出成正比，通过对直流电压表表盘改制，并在电压表两端并联一个适当电阻，使电压表转换为转速表，并将转速表安装在悬挂按钮站上端，使操作工及时观察到转速情况。
2 运行效果及试运行思路
运行时，在无PG矢量控制的条件下，其调速范围是100：1，即在50 Hz的条件下，其最低运行频率是0．5 Hz，加之对应电动机输出端有减速齿轮，最低速度是15 r／min，完全满足T6160镗床设备的工艺要求，实现了变频无级调速的效果。当在无PG矢量控制的条件下，最低运行频率0．5 Hz，对应电动机最低速度是15 r／min时，如果试车发现存在停车不稳定和低速运行速度不稳定等问题，可以在变频器上加入PG速度控制卡，在电动机后轴上加入脉冲编码器，由脉冲编码器输出信号反馈到变频器上的PG速度控制卡，使之构成典型的带PG反馈的闭环控制系统。使系统变为有PG矢量控制系统，在磁通矢量控制方式下，其调速范围可以达到1000：1，变频器的输出频率刚好为0．05Hz，此时对应于电动机最低速度，完全满足T6160镗床设备工艺要求。
经过改造，在不加PG矢量控制的条件下组成的交流变频器无极调速系统，结构简单，操作习惯与同类设备基本相同，经试车未发现停车不稳定和低速运行速度不稳定等现象，动作可靠。
3 结束语
3．1 采用变频调速系统方案，全部投资仅为2．8万元。节约直接投资费用1．7—4．2万元。
3．2 采用原直流传动系统，每小时实际功耗约16．2kW，而改造后交流变频调速系统仅每小时实际功耗约2．5 kW 到3．5 kW，按0．6：TrJkwh计算，每台班工作14 h（两班），全年按300个台班计算，每天节约电费约f 16．2～3．5）X 14×0。6=106．68元，年节约电费约106．68 X 350=32 004元。
通过以上改造，经济实用的实现了老式原苏联产设备的国产化改造。经过2年的使用，大大降低了故障率和使用成本，效果良好。