机床电器２０１０．３ＰＬｃ・变频器・计算机——交流主轴电机的变频器控制交流主轴电机的变频器控制龚仲华（常州机电职业技术学院，２１３１６４）摘要：本文介绍了一种利用通用变频器控制交流主轴电机的实用方法。在机床改造、维修时，利用本方法可以大大提高通用变频调速系统的性能、简化机床改造设计、加快改造进度。关键词：通用变频器；交流主轴电机；控制实例中图分类号：ＴＭ９２１．５ｌ文献标识码：Ｂ文章编号：ｌ００４一０４２０（２０ｌＯ）０３—００３８—０３更换数控系统是数控机床改造与维修过程中经常采用的手段，为了降低改造成本，机床改造与维修时经常有采用变频器调速来代替交流主轴驱动的情况。人们一般认为，变频器是一种用于普通感应电机调速的通用装置，因此，改造时往往将机床原有的交流主轴驱动器与主轴电机一并更换。这种方法不仅需要重新设计、制造机械连接部件，而且往往会由于通用感应电机的体积、安装尺寸与交流主轴电机相差甚远，出现难以安装的情况，或由于电机性能与容量的降低，影响到改造后的机床主轴性能。本文介绍的是一种利用通用变频器控制交流主轴电机的实用方法，它不仅可以降低机床改造成本，加快进度，而且可以大大提升变频控制主轴的调速性能。１与测试、试验，以保证所建立的数学模型十分准确，因而其调速性能也大大优于通用型变频调速，同时还可．进行转矩与位置控制，整体性能已接近交流伺服驱动。理论与实践证明，利用目前市场上的通用矢量控制变频器来控制交流主轴电机不仅可行，而且其调速性能将更加优越。２电机与变频器参数本文介绍的是一种用ＹＡＳＫＡＷＡ（安川）公司的矢量控制变频器来控制三菱交流主轴电机的机床改造实例。该机床是一台配套三菱数控系统的进口数控铣床，改造方案采用了国产ＫＮＤｌ００Ｍ数控装置、安川交流伺服与安川变频器调速主轴。由于机床主轴箱的设计紧凑、电机安装尺寸固定，改造时无法用普通感应电机代替原主轴电机，而必须采用通用变频器控制原交流主轴电机的方式加以解决。原机床交流主轴电机规格如下：电机型号：三菱ＳＪ一７．５Ａ交流主轴电机电机主要参数：ａ．额定电压：３相ＡＣ２００ｂ．额定电流：３７Ａ；Ｖ；．控制原理从本质上说，交流主轴驱动与变频器同属于感应电机变频调速的范畴，只是前者是使用专用电机的调速装置，后者是面向普通电机的通用调速装置。当前较先进的变频器均可以使用矢量控制方式。矢量控制变频调速的一个重要问题是：首先需要在变频器内部建立起电机数学模型，才能实施矢量控制，电机参数越准确，调速性能也就越好。对于通用变频器，由于电机的生产厂家、性能各不相同，变频器生产厂无法预知电机参数，因此，也就难以对其实施精确的控制。为了建立精确的对象模型，改进变频器的调速性能，变频器产品中有一类用于专用感应电机控制的变频器，这类变频器具有价格高、性能好的特点，可以用于数控机床主轴的大范围、精确速度控制，这就是人们平时说的“交流主轴驱动器”。交流主轴驱动器所配套的感应电机需要由驱动器生产厂专门设计与制造，并经过统一、严格的质量控制ｃ．连续输出功率／转速：５．５ｋｗ／１５００（ｒ／ｍｉｎ）；５．５ｋＷ／４ｄ．３０７．５ｋＷ／４５００（ｒ／ｍｉｎ）；３ｋＷ／８０００（ｒ／ｍｉｎ）；ｍｉｎ输出功率／转速：７．５ｋＷ／１５００（ｒ／ｍｉｎ）；５００（ｒ／ｍｉｎ）；４ｋｗ／８（）００（ｒ／ｍｉｎ）；ｒ／ｍｉｎ一８０００ｒ／ｍｉｎ。ｅ．主轴调速范围：２０改造时所选择的变频器规格如下：ａ．变频器型号：ＹＡＳＫＡＷＡＣＩＭＲ—Ｇ７Ａ２０１１（３相ＡＣ２００Ｖ一２４０Ｖ输入，１ｌｋＷ）；ｂ．额定输出功率：１１ｋＷ；ｃ．额定输出电流：４９Ａ；Ｖ；ｄ．变频器最大输出电压：２００一３８一万方数据ＰＬＣ・变频器・计算机一交流主轴电机的变频器控制ｅ．最高输出频率：４００Ｈｚ。’３变频器参数的设定由于交流主轴电机的参数与普通感应电机存在很大的差异，通用变频器一般不能直接进行交流主轴电机的控制，为此，在使用时应按如下步骤进行变频器的设定与调整：ａ．分离主轴电机与主轴（脱开电机与主轴之间的同步皮带或齿轮）；ｂ．在变频器上选定频率给定信号，由于ＫＮＤｌｏｏＭＣＮＣ的主轴速度输出为０Ｖ一１０Ｖ模拟量，因此，需要将ＣＩＭＲ—Ｇ７Ａ２０１ｌ变频器的频率输入选择开关ｓ２置“０ＦＦ”（选择频率输入为０Ｖ一１０Ｖ模拟电压）；ｃ．连接变频器的主电源输入与交流主轴电机的电枢输出线（变频器对电枢相序无要求，在自动调整完成前，不需要连接模拟量输入与开关量输入控制信号）；ｄ．通过变频器配套的操作单元，选择“快速调试（ＱＵＩＣＫ）”模式；ｅ．利用操作单元设定如下变频器参数：Ａｌ一０２＝２（控制方式选择为“开环矢量控制”）；ｂｌ一０ｌ＝１（频率给定指令来自变频器模拟量输入端）；ｂｌ一０２＝１（正／反转与停止指令来自变频器的开关量输入端）；ｂ１—０３＝０（变频器停止方式选择“减速停止”）；Ｃ１—０１＝２（从０到最高转速的加速时间设定为２ｓ）；Ｃ１—０２＝２（从最高转速到Ｏ的减速时间设定为２ｓ）；Ｅ１一０１＝２２０（变频器输入电压选择为３相Ａｃ２２０Ｖ，应高于电机额定电压１０％）；Ｅｌ—０４＝２６７（对于额定转速为１５００ｒ／ｍｉｎ的电机，为了达到８０００ｒ／ｍｉｎ的最高转速，最高输出频率应为２６７Ｈｚ）；Ｅ１—０５＝２００（变频器最大输出电压为２００Ｖ，与电机额定电压一致）；Ｅｌ一０６＝５０（变频器额定频率为５０Ｈｚ，与电机额定频率一致）；Ｅｌ一０９＝０（变频器最低频率为ＯＨｚ）；Ｅ２—０１＝３７（变频器额定输出电流，与电机额定电流一致）；Ｅ２—０４＝４（电机极数，额定转速为ｌ５００ｒ／ｍｉｎ万方数据机床电器２０ｌＯ．３的电机设定４极）；Ｅ２—１１＝７．５（电机额定功率，与电机实际值一致）；Ｌ１一０１＝３（选择矢量控制专用电机的过电流保护特性）；Ｄ—０１＝１（生效变频器的失速防止功能）。变频器的参数设定操作可以利用变频器所配套的操作单元在“快速调试（ＱＵＩＣＫＰｍｇｒａｍｍｉｎｇ）”模式或“高级调试（ＡＤＶＰｍｇｒａｍｍｉｎｇ）”模式下参照说明书进行。４变频器的自动调整以上电机基本参数设定完成后，必须通过变频器的“自动调整（自学习）”功能，完成矢量控制所需要的全部电机参数的测试。自动调整可以通过变频器所配套的操作单元，按如下步骤进行：（１）在变频器开机显示页面，通过【ＭＥＮｕ】键选择自动调整（ＡｕｔｏＴｕｎｉｎｇ）模式，变频器显示自动调整主菜单：一Ａ．ＴＵＮＥ一枣木ＭａｉｎＭｅｎｕ宰书Ａｕｔｏ—Ｔｕｎ咄（２）按【ＤＡｎＶＥＮＴＥＲ】键，显示参数号Ｔ１—０１；按照变频器说明书提供的参数设定步骤，设定如下“自动调整”用参数：Ｔ１—０ｌ＝Ｏ（选择旋转型自动调整）Ｔ１一０２＝７．５（设定电机额定输出功率）Ｔ１—０３＝２００Ｖ（设定电机额定输出电压）Ｔ１一０４＝３７Ａ（设定电机额定电流）Ｔ１—０５＝５０Ｈｚ（设定电机额定频率）Ｔ１—０６：４（设定电机极数）Ｔ１—０７＝１５００（设定电机额定转速）设定完成后，变频器进入自动调整启动页面，操作单元的显示为：一Ａ．ＴＵＮＥ—ＲｄｙＡｕｔｏ—ＴｕｎｉｎｇＯ．０Ｈｚ／，０．０ＡＴｕｎｉｎｇＲｅａｄｙ？ＰｒｅｓｓＲＵＮｋｅｙ（３）按【ＲｕＮ】键，变频器开始实施自动调整。一３９—机床电器２０１０．３注意：在自动调整过程中，电机将不断在不同转速下旋转，直到全部参数的自动检测、设定完成。自动调整完成后，变频器显示：一Ａ．ＴＵＮＥ—ＴｕｎｅＳｕｃｃｅｓｓｆｕｌ这样，变频器就完成了矢量控制参数的自动测试与设定，接下来便可以按照变频器规定的控制要求，连接相关控制线（如主轴模拟量输入、转向控制信号、报警输出信号等），对交流主轴电机实施正常的控制。５控制要点利用通用变频器来控制交流主轴电机是一种特殊的控制方式，在设计与调试时需要注意如下重要问题：（１）变频器的容量选择必须以满足电机的额定电流要求为准则，因为同功率的交流主轴电机的额定电流要大于普通感应电机。例如，本机床如果按照功率进行选择７．５ｋｗ的ＣＩＭＲ—Ｇ７Ａ２７Ｐ：５变频器，其额定输出电流只有３４Ａ，不能满足交流主轴电机的额定转矩输出要求。同样，４００Ｖ输入的７．５ｋＷ—１５ｋＷ安川变频器ＣＩＭＲ—Ｇ７Ａ４７Ｐ５／４０１１脚１５，其额定输出电流分别为２１Ａ、２７Ａ、３４Ａ，同样不能达到原主轴电机的额定转矩输出要求，为此当变频器为４００Ｖ（３８０Ｖ）输入时，需要选择ＣＩＭＲ—Ｇ７Ａ４０１８（１８．５ｋＷ）变频器，才能进行控制。对于本机床主轴，可以使用的安川变频器型号为：ＣＩＭＲ—Ｇ７Ａ２０ｌｌ（ＡＣ２００Ｖ输入）、ＣＩＭＲ—Ｇ７Ａ４０１８（ＡＣ４００Ｖ输入），或是安川早期的ＣＩＭＲ—Ｇ５Ａ２０１１、ＣＩＭＲ—Ｇ５Ａ４０１８变频器（采用不同变频器时的快速调试与自动调整参数设定值不需要作任何改变）。（２）安川变频器的旋转型自动调整只能在空载（电机与负载分离）时进行，在带负载时使用旋转型自动调整不但不能得到正确的电机参数，而且还可能造成变频器与电机的损坏，在使用时必须特别注意。如果实际设备中负载与电机分离较困难，则只能选择变频器的停止型自动调整功能。（３）机床主轴对高速（额定转速的９０％以上）运行时的速度与转矩控制精度有一定的要求，因此，在进行自动调整时应选择并设定变频器的输入电压为电机额定电压的１１０％，即：本机床应设定变频器的输入电压（参数Ｅ０ｌ一０１）为２２０Ｖ；而变频器的最大输出电压一４０一万方数据ＰＬｃ・变频器・计算机——交流主轴电机的变频器控制（参数Ｅ１一０５）与电机额定电压（参数Ｔ１—０３）为２００Ｖ，且必须保证变频器可以输出的额定输出电流（４９Ａ）大于电机额定电流（３７Ａ）值，否则将无法保证系统高速运行时的速度与转矩控制精度。６结话以上用安川通用变频器控制三菱交流主轴电机的主轴系统，实际可以达到的主轴最高转速为８０００ｒ／ｍｉｎ，有效调速范围可保证在ｌ：１００以上，其他调速精度、输出转矩等指标均大大优于同规格变频器在控制普通感应电机时的指标，整体性能已经接近交流主轴系统。按照以上方法改造完成的多台机床，经３年多的使用表明，系统运行稳定可靠，它不仅可以满足机床的改造要求，同时，无须对机床主轴箱等相关机械部件作任何改动，因此，这是一种既能够提高机床性能又能够节约成本、加快改造进度的方法。收稿日期：２００９—０４—２７作者简介：龚仲华（１９６２一），男，教授，江苏省有突出贡献的中青年专家，长期从事数控机床与控制技术研究，已出版ＣＮｃ、ＰＬｃ、伺服、变频器等方面专著多部（８００余万字），发表论文多篇（４０余万字）。安科瑞ＡＲＣＭｌ００型剩余电流式电气火灾监控装置通过认证２０１０年３月ｌＯ号，上海安科瑞电气股份公司研发的ＡＲＣＭｌｏｏ型剩余电流式电气火灾监控装置（探测器）顺利通过了国家消防电子产品质量监督检验中心（沈阳消防研究所）的认证，取得了型式试验报告（报告编号ＮｏＤｚ２０１０００５８９）。该产品具有剩余电流、温度、过流保护、基波、总谐波电能等电参量测量，开关量输入、继电器保护输出、通讯、事件记录等功能；分别符合ＧＢｌ４２８７．２—２００５《剩余电流式电气火灾监控探测器》、建科［２００８］１１４号文附件３：《国家机关办公建筑和大型建筑公共能耗监测系统一楼宇分项计量设计安装技术导则》、《１０ｋＶ及以下变配电所计算机监控系统设计及安装图集》等标准；是集电气安全、电能管理、电力监控为一体的“三表合一”式多功能装置，既方便设计院电气设计选型，也节省了用户的项目投资。交流主轴电机的变频器控制
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
龚仲华， GONG Zhong-hua常州机电职业技术学院,2131机床电器
MACHINE TOOL ELECTRIC APPARATUS2010，37(3)0次
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