浅谈变频技术在高速磨床设备中的应用.pdf

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1、2011年第1期大众科技No.1，2011（总第137期）DAZHONGKEJI(CumulativelyNo.137)浅谈变频技术在高速磨床设备中的应用林金泉（四川工商职业技术学院，四川都江堰611830）【摘要】变频调速及控制方式，使变频技术在机床设备中较为广泛的应用，研究了高速磨床自身的结构及工作特点、高速磨床高速调速对变频器具有的特殊要求。分析两种高速磨床变频调速拖动系统组成、工作性能，并提出了变频器使用中应注意事项。【关键词】调速；变频器；控制方式；高速磨床【中图分类号】TG580【文献标识码】A【文章编号】1008-1151(2011)01-0085-02（一）变频调速基本

2、原理及控制方式关器件以较高频率通断，并通过改变输出脉冲的宽度来达到据电机学原理可知，交流电动机的同步转速为控制电压（电流）的目的。n0=60f0为了使异步电动机在调速运转时能够更加平滑，目前变p频器中多采用正弦波PWM控制方式，即通过改变PWM输出的若以n表示异步电动机的转速，并以同步转速n0为基准，脉冲宽度，使输出电压的平均值接近于正弦波。这种方式也将异步电动机的转差率定义为称为SPWM控制方式。n0−n这类变频器具有能降低高次谐波的不良影响，转矩波动s=n小，控制电路简单等特点，0则异步电动机的实际转速n为（二）高速磨床60f(1−s)1.高速磨床拖动系统的结构和工作特点n=0p（

3、1）高速磨床的主拖动电机高速磨床主拖动系统使用的电机不同于普通的异步电动式中，f0为定子供电频率；p为电动机磁极对数；机而称为电主轴。其外形结构较普通电机细长，内部一般均从上式中可以看出，改变f0、p、s任意一个参数即可调有冷却水腔，电主轴高速运转时可以很好散热。采用油雾润整电动机的转速。因此，如果可以连续改变供电频率f0的话，滑轴承，正常使用时油雾压力保持在0.1～0.12MPa范围。电则可以平滑地改变电动机的同步转速和相应实际转速。在变主轴系统如图1所示。频调速技术中，向电动机提供频率可变的电源并控制电动机（2）电主轴对电源的要求转速的装置称为变频器。由于电主轴的输入电压和频率的稳

4、定性直接影响变频调速时，需要同时调节输出电压和频率，以保证电机加工件的粗糙度及成品合格率，因此其变频器不同于通主磁通的恒定，按输出电压调节方式分类主要有两种方式PAM用型变频器，而是有一些特殊要求：方式和PWM方式。①如工频输入电压在+10%～-15%范围内变化，则要求输1.PAM控制出电压变化在±5%以内，频率精度及稳定度允许误差为±1%，PAM控制是PulseAmplitudeModulation（脉冲振幅调这时必须引入电压反馈环节；制）控制的简称，这种方式是在整流电路部分对输出电压（电②磨床电主轴工作环境较差，受潮后易造成对地绝缘降流）幅值进行控制，而在逆变电路部分对输出频率进行

5、控制，低，甚至引起对地短路，同时，功率器件过流能力也差，为由于这类逆变电路换流器件的开关频率就是变频器的输出频提高整机安全性能，必须有高可靠的过电流及对地短路保护；率，因此是一种同步调速方式。由于逆变电路换流器件的开③国内电主轴产品电压规格较多，一般在220～350V之关频率（简称载波频率）较低，这类变频器调速驱动电动机间，从西欧国家进口的设备中电主轴电压标准等级通常为时具有噪声低、效率高的特点。2.SPWM控制350V；PWM控制是PulseWidthModulation（脉冲宽度调制）④电主轴与标准电机相比，其转动惯量小，低频时阻抗控制的简称，是在逆变电路部分同时对输出电压（电流）

6、的小，工作电流大，不适合长期低频运行，加速时间不能过长，幅值和频率进行控制的方式。这种控制方式使逆变电路的开起、制动不能太频繁，应注意选择合适的起动频率。【收稿日期】2010-10-23【作者简介】林金泉（1954－），男，四川工商职业技术学院机电工程系副教授，从事机电专业教学与研究。-85-立即切断中频输出及整流触发脉冲，有效保护负载及变频器本身不被损坏。同时，面板上将显示相应故障类别，用户可据此进行检查维修。3.高速磨床SPWM的变频调速拖动系统高速磨床使用的第一代变频器通常是PAM方式或非正弦的PWM方式，其特点前已述及。由于此类变频器输出电压谐波含量大，在低速运行时所驱动电动机

7、波动较大，转矩脉动严重；随着变频技术的发展和IGBT、MOSFET器件的广泛使用，使得高频SPWM成为可能，驱动电主轴运行更为平稳。这里简单介绍一种由8098单片机和SLE4520芯片产生高图1高速磨电主轴系统速磨床SPWM调制波的方法。SLE4520是一种可编程器件，与单片机及相应软件配合使2.高速磨床PAM控制的变频调速拖动系统用，能以很简单的方式产生三相逆变器所需要的六路SPWM控（1）高速磨床的变频调速系统原理制信号，载波频率高达20k