臺(tái)凌TL100系列變頻器在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用

引言

在機(jī)械制造業(yè)中，用普通機(jī)床加工復(fù)雜的零部件或具有較高精確度的批量產(chǎn)品時(shí)，需要熟練的技術(shù)工人手工操作來(lái)完成，這種效率低下的傳統(tǒng)加工方式已無(wú)法滿足現(xiàn)代制造業(yè)的需求。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，先進(jìn)的加工中心和數(shù)控機(jī)床應(yīng)運(yùn)而生，逐漸成為主流的工具機(jī)床。在機(jī)床的主軸調(diào)速系統(tǒng)中，傳統(tǒng)復(fù)雜的齒輪箱式分級(jí)調(diào)速方式已不能滿足要求，所以需要采用更為先進(jìn)的變頻無(wú)級(jí)調(diào)速方式。對(duì)于普通三相異步交流電動(dòng)機(jī)，無(wú)速度傳感器矢量控制變頻器（TL100系列），能獲得高達(dá)150%的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，調(diào)速范圍寬，低速時(shí)轉(zhuǎn)速波動(dòng)小，保證了機(jī)床系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精確度

█ 數(shù)控機(jī)床對(duì)應(yīng)用技術(shù)的要求

1、電機(jī)要求
通常要求用變頻電機(jī)，或者普通電機(jī)加風(fēng)扇以滿足電機(jī)在低頻的散熱要求、并且要求電機(jī)調(diào)速范圍廣。
2、變頻器的技術(shù)要求
1）要求低頻力矩大
選用矢量變頻器，低頻時(shí)（1~10Hz）能出來(lái)150%額定轉(zhuǎn)矩。
2）轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，穩(wěn)速精度高
選用矢量變頻器，能實(shí)現(xiàn)很好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)效果，依據(jù)負(fù)載的變化，通過(guò)輸出轉(zhuǎn)矩的變化很快做出響應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸速度的穩(wěn)定。
3）減速停車(chē)速度快
通常數(shù)控機(jī)床的加減速時(shí)間都是比較短的，加速時(shí)間靠變頻器的性能保證，減速時(shí)間則依靠外加制動(dòng)電阻或制動(dòng)單元。
4）進(jìn)行電機(jī)參數(shù)自學(xué)習(xí)
選用矢量變頻器后，要達(dá)到很好的控制性能通常都需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行參數(shù)自學(xué)習(xí)，其目的是獲取準(zhǔn)確的電機(jī)內(nèi)部參數(shù)，以用于矢量控制計(jì)算。參數(shù)自學(xué)習(xí)所需要的電機(jī)銘牌參數(shù)有：電機(jī)額定功率、電機(jī)額定頻率、電機(jī)額定轉(zhuǎn)速、電機(jī)額定電壓、電機(jī)額定電流。有的變頻電機(jī)的銘牌上可能沒(méi)標(biāo)額定轉(zhuǎn)速值，可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值估計(jì)一下額定轉(zhuǎn)速。在進(jìn)行參數(shù)自學(xué)習(xí)時(shí)，務(wù)必要在空載（電機(jī)軸上不接負(fù)載）的時(shí)候進(jìn)行。只有在空載的時(shí)候才能保證自學(xué)習(xí)出來(lái)的電機(jī)參數(shù)的準(zhǔn)確性。如果現(xiàn)場(chǎng)條件沒(méi)辦法進(jìn)行空載運(yùn)行，可以考慮用變頻器出廠的電機(jī)參數(shù)試運(yùn)行。
5）頻率指令和運(yùn)行指令
數(shù)控機(jī)床上使用的變頻器其頻率指令和運(yùn)行指令都來(lái)源于CNC控制器，一般給定的的通道有兩種，一種是模擬量給定，另一種是多段速給定，或者兩者同時(shí)給定，以多段速優(yōu)先。模擬量給定以電壓型模擬量為主，也有電流型的。變頻器對(duì)這兩種類(lèi)型的模擬量都可以采集。
3、抗干擾問(wèn)題
變頻器在出廠的時(shí)候作了很好的抗干擾試驗(yàn)，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，但變頻器同時(shí)也是一個(gè)干擾源，在使用中很難避免不對(duì)其它設(shè)備進(jìn)行干擾，在數(shù)控機(jī)床上最容易被干擾的設(shè)備是CNC控制器。一旦CNC控制器受干擾后，系統(tǒng)將不能正常工作。特別是變頻器的頻率指令和運(yùn)行指令也可能會(huì)受到干擾，干擾嚴(yán)重的會(huì)造成頻率指令不穩(wěn)定，變頻器誤動(dòng)作等。解決此類(lèi)問(wèn)題的辦法是在變頻器的輸出線上加磁環(huán)以減少高頻輻射。一般進(jìn)口的CNC的抗干擾能力較強(qiáng)。
下面以TL100系列高性能矢量變頻器在沈陽(yáng)某數(shù)控機(jī)床廠的應(yīng)用為例，講述數(shù)控機(jī)床的變頻調(diào)速控制技術(shù)。

█ 系統(tǒng)構(gòu)成

變頻器 TL100-5R5     制動(dòng)電阻75Ω/600W      5.5KW調(diào)速電機(jī)     CNC數(shù)控系統(tǒng)

█ 變頻器及數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)

電動(dòng)機(jī)參數(shù)：
額定功率：5.5kW，     額定頻率：50Hz,
額定電壓：380V，      額定電流：13A，
額定轉(zhuǎn)速：1440r/min   機(jī)械傳動(dòng)比：1：1.5
加工材料：45#鋼
實(shí)際測(cè)試性能指標(biāo)：（進(jìn)刀性能及速度）
1、主軸轉(zhuǎn)速：200r/min（變頻器運(yùn)行頻率9～10Hz）
2、主軸轉(zhuǎn)速：450r/min（變頻器運(yùn)行頻率22Hz左右）
 
參數(shù)設(shè)定：
F0.01=1 端子控制
F0.03=1 AI1頻率設(shè)定（信號(hào)來(lái)源于數(shù)控系統(tǒng)）
F0.04=50.00Hz （最大頻率）
P0.05=50.00Hz
F0.08=3S（加速）
F0.09=3S（減速）
F5.00=1（S1正轉(zhuǎn)）
F5.01=2（S2反轉(zhuǎn)）
F5.02=8（S3外部故障輸入）
F5.03=7（S4故障復(fù)位）
F5.13=0.50S （AI1濾波時(shí)間）
F6.00=5（Y輸出 頻率達(dá)到）
F6.01=3 （故障輸出）
電機(jī)參數(shù)設(shè)定：
F2.01=5.5KW
F2.02=50.00Hz
F2.03=1440RPM
F2.04=380V
F2.05=11.0A
F2.06=0.869
F2.07=0.894
F2.08=111.1
F2.09=107.2
F2.10=6.25

█ TL100系列變頻器的特點(diǎn)

TL100系列高性能矢量變頻器采用先進(jìn)磁通控制技術(shù)，電機(jī)在低速時(shí)轉(zhuǎn)矩大，速度精度高，價(jià)格合理，功能齊全，具有瞬停電處理及速度跟蹤再啟動(dòng)功能，確保系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行機(jī)制，以保證電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)在最高效率狀態(tài)，因此，采用TL100系列高性能矢量變頻器代替主軸交流伺服系統(tǒng)，是機(jī)床行業(yè)最佳的選擇。TL100系列變頻器具有以下特點(diǎn)：
（1）采用先進(jìn)的磁通控制算法，實(shí)現(xiàn)了真正的無(wú)速度傳感器矢量控制，在控制性能上比傳統(tǒng)的V/F控制方式   有很大的改善。
（2）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，0.5Hz/150%（SVC），0Hz/180%（VC）
（3）載波頻率范圍0～16KHz；可根據(jù)溫度和負(fù)載的特性自適應(yīng)調(diào)整
（4）提供標(biāo)準(zhǔn)的0～10V模擬量接口，能夠與大多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)接口兼容，通用性強(qiáng)
（5）過(guò)負(fù)載能力強(qiáng)，150%額定輸出電流一分鐘；
（6）提供多功能的輸出端子信號(hào)，例如故障輸出信號(hào)，運(yùn)行中信號(hào)，速度到達(dá)等輸出信號(hào)，能夠很好的滿足系統(tǒng)對(duì)于主軸速度狀態(tài)的監(jiān)控；

█ 調(diào)試結(jié)果

事實(shí)證明采用TL100系列高性能矢量變頻器完全能夠滿足機(jī)床主軸控制的要求。TL100采用的領(lǐng)先的磁通算法，即使在低轉(zhuǎn)速（低頻）運(yùn)行下也能平穩(wěn)輸出150%的轉(zhuǎn)矩，以滿足不同零件的加工需要，完全可以取代傳統(tǒng)的滾動(dòng)軸承主軸結(jié)構(gòu)，并且此主軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、可以實(shí)現(xiàn)真正的無(wú)級(jí)調(diào)速。此主軸的轉(zhuǎn)速由外部模擬量信號(hào)來(lái)控制輸出頻率，在不同的加工工藝（如；粗加工、精加工等）需要不同的轉(zhuǎn)速，此時(shí)可由數(shù)控系統(tǒng)輸出不同的模擬量電壓信號(hào)給變頻器，實(shí)現(xiàn)不同的轉(zhuǎn)速，同時(shí)啟停信號(hào)也由數(shù)控系統(tǒng)控制，提高了自動(dòng)化程度、延長(zhǎng)了刀具的使用壽命。