交流主轴电机的变频器控制

摘 要：变频器是控制交流主轴电机的重要设备，本文对利用变频器控制交流主轴电机的方法进行了介绍，将这种控制方法应用在机床改造与维修中，可以有效的提高变频调速系统的性能，还可以提高改造与维修的效率。下面笔者结合自身经验，变频器控制交流主轴电机的原理、参数调整以及控制要点进行简单的介绍，以供参考。

关键词：交流主轴电机；变频器；控制；原理

在对机床进行改造与维修时，需要利用数控系统，而交流主轴电机是数控系统的重要组成，采用变频器对交流主轴电机进行控制，可以降低改造的成本，变频器具有调速的功能，将其其取代了交流主轴驱动后，可以提高改造与维修的效率。变频器在电机调速系统中应用比较多，为了提高其控制能力，需要结合机床主轴的性能选择适合的控制方法，这样才能提高变频交流主轴电机的性能。交流主轴电机与通用感应电机相比，更加适合应用变频控制器，下面笔者对交流主轴电机的变频器控制进行简单介绍。

1 变频器控制交流主轴电机的原理

交流主轴驱动是交流主轴电机中常用的调速方式，其与变频器都属于感应电机变频方式，交流主轴驱动在专用电机调速装置中应用比较多，而变频器是普通电机中常见了调速装置。在很多工业单位中，采用的变频器越来越先进，而且采用的是矢量控制的方式，这种方式一般需要在变频器中建立电机数学模型，这样才能发挥出矢量控制的效果。一般电机参数设置越准确，调速功能则越强。当前市场中通用的变频器由于无法预知生产所需的参数，所以，无法保证电机控制的精确性，另外，电机的生产厂家以及型号不同，其性能以及控制的精确性也有着较大差异。

为了提高变频器的调速性能，必须建立精确的模型，在众多的变频器产品中，有一种专门应用在感应电机中的变频器有着良好的性能，其价格比较低，但是控制精确性高，设计人员一定参考这类变频器的参数设置，这种性能较强的变频器在数控机床主轴系统中有着良好的应用，可以起到调速的作用。交流主轴驱动器与变频器在感应电机中都起着控制速度的作用，其中驱动器在应用时，需要生产厂家对其设计以及制造进行统一审查，还要对其控制功能进行测试，这样可以保证数字模型精确性，可以提高驱动器的调速性能。在优化变频器时，需要借鉴这一经验，提高变频器的控制功能以及各项性能。变频器采用矢量控制的方式，可以提高交流主轴电机的性能，而且可以充分的发挥出调速功能。

2 变频器参数调整与设定

矢量控制变频器在交流主轴电机的机床改造中有着良好的应用，在对机床进行改造与维修时，需要考虑机床主轴箱设计，还要做好电机安装尺寸的优化工作，在改造的过程中，如果发现普通感应电机无法代替原主轴电机进行工作，则需要充分发挥变频器控制作用。交流主轴电机与普通感应电机相比，在参数设置上有着较大的差异，由于通用变频器无法对交流主轴电机进行直接控制，所以，需要对变频器参数进行重新设定，只有将变频器参数调整到生产要求范围内，才能保证变频器精确控制交流主轴电机。首先，工作人员需要将主轴电机与主轴进行分离；其次，还要在变频器中根据频率，对信号的强度以及范围进行了控制；再次，要将变频器输出线路与电枢输出线进行连接；最后，工作人员需要在变频器配套单元中选择快速调试这一模式，在该操作单位中对变频器的参数进行调整，在调整与设定变频器参数时，可以根据快速调试与高级调试中提供的说明书进行操作。

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完成，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。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，对交流主轴电机实施正常的控制。

3 变频器控制交流主轴电机的要点

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：

3.1 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-G7A27P5变频器，其额定输出电流只有34A，不能满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-G7A47P5/4011/4015，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-G7A2011（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）。

3.2 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。

3.3 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E01-01）为220V；而变频器的最大输出电压（参数E1-05）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。

结束语

本文对变频器控制交流主轴电机系统的原理以及参数调整过程进行了介绍，在调速的过程中，要结合主轴的转速，确定调速的范围。变频器采用的矢量控制的方式，为了提高控制的精确性，必须结合交流主轴驱动器的优化步骤，还要以提高交流主轴系统的整体性能为原则。交流主轴电机是机床改造与维修中常用的装置设备，采用变频器对电机速度进行控制，可以降低改造的成本，还可以保证系统的稳定稳定。在实践的过程中发现，采用变频器可以在不对机床主轴箱进行改动的前提下，提高机床改造与维修的质量以及效率，值得大力推广。

参考文献

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