M3R全数字直流电动机调速器及其应用

摘要：本文介绍了四川英杰电气有限公司开发生产的M3R系列全数字式直流电动机调速器产品，通过对产品功能特点、操作使用方法和产品在机床、挤塑机等设备上的应用阐述，较完整地介绍了目前这一款在国产调速器中具有代表性的产品。
关键词：全数字 直流 调速 应用

1．引言
　　近年来，虽然交流变频调速技术快速发展并不断在更广泛的领域得到应用，但实际上在很多场合直流驱动依然拥有大量的用户，包括旧设备的改造以及新设备上的应用；我们所了解的国内各主要直流电动机厂商这几年的出产量也在连续增长。但是，目前国内直流调速的市场却基本被西门子、欧陆、CT等垄断，尤其是在全数字式的中高端产品领域，国内生产厂家寥寥，近乎是空白。
　　英杰电气公司是一家专业的电力电子产品研发、制造企业，通过多年的经验积累和潜心开发，所推出的全数字式直流电动机调速器以其功能齐全、性能稳定，已开始在挤塑机、拉丝机、焊管机以及金属加工机床等机械设备直流驱动系统上广泛应用，获得了良好的反馈和认可。

2．产品功能特点
　　M3R10系列全数字直流电动机调速器,分为M3R10可逆(4Q：4象限驱动)与M3D10不可逆(1Q：1象限驱动)调速器。
　　产品采用全数字化设计,输入为三相电源，经过AC/DC（交流/直流）变流器提供直流电源输出，向直流电动机的电枢和励磁供电，实现直流电动机高性能控制。额定电枢电流从25A至3000A，额定励磁电流从10A至80A(取决于电枢额定电流)。主要特点如下：
（1） 3D10全数字直流电动机调速器，电枢回路采用三相全控桥结构；
（2） M3R10全数字直流电动机调速器，电枢回路采用三相全控桥逻辑无环流反并联结构；
（3） 励磁单元独立供电，单相全桥可控整流方案，与电枢电源无相位要求，适应不同励磁的需求；
（4） 主回路、控制一体化，结构紧凑；
（5） 高级单片机作为控制核心, 所有的控制、调节、监视及附加功能都由微处理器来实现，有丰富的软件功能模块、完善的检测和保护功能；
（6） 自带操作面板、LCD中文显示，方便的参数设定、监测；
（7） 多种速度给定方式：
i. 模拟量给定：0～＋10 V（M3D）、-10V～＋10V（M3R）；
ii. 开关量给定：通过上升、下降软件模块实现；
iii. 通讯给定；
（8） 三种速度反馈方式：
i. 电枢电压反馈；
ii. 测速机反馈；
iii. 脉冲编码器反馈；
（9） 具有多路可编程开关量和模拟量输入、输出；
（10） 具有标准通讯接口及通讯协议：
　　调速器配置一个RS485通讯接口，采用标准MODBUS通讯协议的RTU模式和ASCII模式，支持标准功能3、4、6、16。其中，RTU模式下的数据格式为8n2、8e1、8o1；ASCII模式下的数据格式为7n2、7e1、7o1。
（11） 开关量输入、输出、通讯、晶闸管回路间电气隔离，抗干扰能力强，安全性能高。
　　M3D10(1Q)：调速器提供一个正向直流电流，在一个象限内实现驱动（正向驱动：转速和转矩总是正的），
如图1。电枢回路为6只晶闸管组成的三相全控桥，如图2。
　　M3R10(4Q)：调速器既能供给正向直流电流，又能供给负向直流电流，即能提供正直流电压，又能提供负直流电压，在四个象限内实现驱动。电枢回路由桥1、桥2两个三相全控桥反向并联组成，如图3。
在制动控制中（正向或反向），把能量从电动机传输给交流线路（发电运行）。

3．操作
3.1 操作面板
用操作面板，可对调速器进行参数设定、状态监控等操作，其外形示意如图4所示：


指示灯（面板上端）功能说明：
准备好：运行有效、无故障时亮；
运行：运行时亮；
正转：正转时亮；
反转：反转时亮；
桥1：桥1工作时亮；
桥2：桥2工作时亮；
限流：电枢电流限制时亮；
故障：故障时亮；
按键功能如图5所示。
参数内容如图6所示。



3.2操作方法
　　M3R10系列调速器设有12个子菜单，每个子菜单下设有数目不等的参数单元，见图7。


参数操作：图8以“电枢电压反馈”更改成“测速机反馈”（3.10由0改至1）为例，说明参数设置方法。

4．工程应用
　　英杰电气公司10年前曾经推出一体化的模拟式直流调速器产品TS3D，在一些没有可逆要求、调速范围和精度不太高的场合曾得到了广泛应用。M3R是英杰电气公司跟随数字化控制技术的发展，通过多年的经验技术积累，潜心研制，不断总结改进，于2005年初推出的国产中高端调速器产品。近两年来该系列产品已经在挤塑机、拉丝机、焊管机以及金属加工机床等机械设备直流驱动系统上得到广泛试验使用，运行情况反馈非常喜人，逐渐被许多质疑国产数字式直流调速器的业内专家和用户所接受，一些机械设备厂家已开始批量使用以替代进口产品。
4.1在机床上的应用
　　我们在多家机械加工厂的铣床、镗床、车床改造上使用了M3R来替代国外进口的调速器产品，分别用在主轴旋转、进给等部位。这之中，进给部位的控制精度要求最高，而主轴旋转对稳定性有很高的要求。
某机械厂一台2.8×8m龙门铣床，该铣床为60年代原苏
　　联生产的二手设备，电气控制部分要求予以数显化改造。在主驱动控制电路上，我们采用了3台M3R直流调速器分别控制刀具进给、工作台和主轴部位的直流电机（调速器电枢输出电流规格分别为45A、25A、210A），并且采用光电编码器作为反馈信号的传感器（M3R具有测速机及编码器等测速信号反馈接线端子，可以直接连线，充分满足控制需要）。
　　M3R具有速度环PID数字调节功能，通过相应的参数设定窗口可以对速度环响应性能进行调节，这样相比模拟式产品更便于量化比较所调参数，也可以得到更好的调节品质。我们通过对设备的调试，直线运动的定位精度和重复定位精度均达到改造设计要求；带载情况下主轴旋转工作的稳定性良好，工件加工精度完全达到客户要求。
　　在机械厂的试机中我们对断相保护功能进行了进一步优化，以防止工厂多台设备起动后三相用电不均，导致调速器频繁停机情况出现。这一优化功能对于许多机械加工厂都有实际意义。

4.2在塑机上的应用
　　低速大力矩输出的稳定性是调速器的一个重要性能指标，对于挤塑机而言对此也有较高的要求，以达到保证挤出量的均匀性。在华东地区的多家塑机厂，已有多台挤塑机直流驱动系统应用M3D10调速器。通过长时间负荷试机运行，低速大力矩输出稳定性以及其它各项主要指标均达到控制要求，客户非常满意。

5．结束语
　　M3R系列产品具有完善的功能（满足多种需要的控制、通讯、信息查询和保护功能）、调速精度高、性能稳定、友好的中文人机界面（使国内用户更容易操作）。相比于国外品牌，除了毫不逊色的性能和质量，更重要的优势在于及时充分的技术服务以及合理的价格定位。通过一段时间的推广应用，已得到非常良好的反馈，是一款值得进一步推广的国产高品质电力电子产品。

参考文献：
[1] 四川英杰电气有限公司. M3R10系列全数字直流电动机调速器用户手册，2006.