交流变频调速器在机床改造中的应用

摘要:介绍了用交流变频系统SIMODRIVE 611改造原直流调速系统V5的可行性及改造过程中遇到的一些问题和解决办法。

关键词:交流变频调速 谐波 PLC接口

中图分类号:文献标识码:A文章编号:1007-9416(2010)05-0000-00

1 概述

西德龙门加工中心17-10PF原主轴伺服系统采用西门子可控硅直流装置SIMOREG V5系统。主轴电动机为西门子他励直流电动机,功率为75KW,安装方式为立式。该加工中心投入使用十余年,加上渗漏的液压油的污染,电机时常产生短路打火现象,因此不得不每周停机一天清洗电机,保养整流子;即使这样也不能避免电机短路打火。一旦发生短路打火,就需要对电枢进行绝缘处理。每拆装一次电机并进行修理,停机时间长达几周,所需费用也不少,而且电机经过多次修理已经处于报废边缘。因此车间经上级部门同意决定对其进行改造。

2 可行性分析

对于更换直流电动机还是更换交流电动机进行了论证。更换直流电动机工作量小没有任何风险,但渗漏的液压油仍将污染电机,影响机床的使用;更换交流电动机需要加装交流变频调速系统,并要处理交流变频调速系统和NC及PLC之间的连接问题,有一定的风险,但交流电机没有碳刷装置无需维护,渗漏的液压油不会影响其使用,从信号的匹配考虑仍选用西门子的交流调速系统和电机。

从费用上考虑原型号直流电机需要单独订货,价格约30万元,而交流电机加变频系统价格约20万元。交流变频电机存在较大的优势。

交流变频调速装置采用西门子的SIMODRIVE 611,三相四极电机,功率60KW,其工作原理如图所示:

该系统能提供恒功率输出,保证电动机在静止状态也能提供足够大的力矩。电网提供的三相交流电源可直接送入变频系统,经由三相桥式全控整流电路,向中间电路直流供电,升压器将直流电压从535V升到575±2;而逆变器是由6只反向并联续流二极管的功率晶体管组成,通过磁场计算机的控制,输出具有精确频率,幅值控制在0～300HZ的闭环转速和扭矩控制以及磁场。计算是由两片16位微处理器8086为核心的控制组件完成;电机的转速是通过装在电机轴上的编码器进行测量的。

3 改造准备

变频装置与机床接口框图如下:

在利用交流装置取代V5系统,变频装置与机床原接口信号必须重新处理。在处理过程中为保证机床实时控制的合理性与安全性,没有改动机床PC程序。原机床PC主轴控制程序是针对V5系统编制的,而变频装置与PC接口信号同V5系统与PC接口型号各不相同,为此进行以下处理:

(1)将V5系统主电路保护信号、电机保护类信号进行短接,而不是取消。因这些信号是以直流短接为基础产生的,短接以后PC控制不会产生报警及停机。

(2)将变频装置内部报警信号同V5的主电路保护信号进行比较。相同信号直接进入PC,不同信号经各种转换后进PC。

(3)将交流电机保护信号利用原直流电机保护信号接线,直接进入PC。

(4)变频装置控制信号经过适当的继电器转换变成原V5系统的控制信号,输入PC,完成PC对变频装置的控制。

由于使用交流变频装置,其逆变器工作时将产生大量的高次谐波,造成周围电压升高,对机床系统的正常运行构成较大的干扰。为此,在变频装置的输入端和电网间,加装一个三相平波电抗器,抑制变频装置对外产生高次谐波。

4 改装中遇到的问题

改装中也遇到一些预想不到的问题,像主轴不能准确定位,各挡转速的分配等。原系统定位是在主轴减速箱上套装编码器,将信号反馈给NC数控系统,实施主轴准确定位。定位时主轴给定信号(由NC输出至主轴定位数模转换板)为恒定电压定位信号,改装后的变频主轴对这一恒定电压信号不匹配。表现为主轴转速偏快,使得主轴定位不准确,差1-2°,在无法改变NC输出电压和必须利用原主轴定位编码器的情况下,将主轴定位数模转换板定位信号适当减小,直至定位准确为止。

5 改造后的效果

改造后经过几年的运行,主轴部分未发生任何故障。由于系统的稳定,在进行工件加工时,没有以前V5系统因扭矩不够造成NC自适应控制系统断电保护现象,提高了工件的加工精度。

总体上看,用交流变频调速系统改造加工中心是成功的,达到了预期的目标。

参考文献

[1] SIMOREG-V5系统说明书.

[2] 西门子变频器参考说明书.

[3] 西门子8MC数控系统说明书.

[4] 西门子SU-150可编程控制器说明书.

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