龙门刨床改造5.pdf

开关磁阻电动机调速系统在龙门刨床上的应用开关磁阻电动机调速系统在龙门刨床上的应用 1 引言引言 现有龙门刨床的电气控制系统主要包括工作台的主传动和进给机构的逻辑 控制两大部分 目前 国内龙门刨床主要采用的主传动系统有两种 一种是 50 年代的电机扩大机 发电机 电动机组 A G M 系统 第二种是 70 年代改型的晶闸管 电动机组 V M 系统 这两种系统的逻辑控制普 遍采用继电器控制 故障率高 低速时损耗大 功率因数低 并且对电网和机械 的冲击很大 维修麻烦 也有部分电机采用变频调速系统代原有的主传动系统 但由于变频器存在低速下性能不好的情况 因此也不能完全解决存在的问题 因此需要采用一种新的动力系统来取代现有的龙门刨床的传动系统 以提升 龙门刨床的性能 随着电力电子技术和计算机 微电子技术的发展 一种新型的传动系统 开关磁阻电动机调速系统产生了 由于其具有独有的优秀性能 使得其可以代替 龙门刨床原有的动力系统 结合可编程控制器 PLC 可以为龙门刨床提供一种新 的 更好的控制系统 使用这种控制系统 龙门刨床不仅克服了以上其它控制系统的缺点 还大为 提高了控制精度和加工质量 节约了能源 2 开关磁阻电动机调速系统简介开关磁阻电动机调速系统简介 开关磁阻电动机调速系统由电机及控制器两大部分组成 开关磁阻电机与传 统电机差别很大 为双凸极结构 其定 转子均由普通硅钢片叠压而成 转子上 既无绕组也无永磁体 定子齿极上绕有集中绕组 控制器包括嵌入式微处理器 可编程逻辑器件 IGBT驱动电路 电力电子器件 软件及通信接口 完成电动 机的驱动与控制 如图1 图2所示 电机装有位置传感器 位置信号反馈给控制器 控制器按程序数字化控制电 机运转 如图2所示 当绝缘栅双极晶体管 IGBT S1 S2导通时 A相绕组从 直流电源U吸收电能 而当S1 S2关断时 绕组电流经续流二极管D1 D2继续 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version 山东科汇电气股份有限公司 2 流通 并回馈给电源U 因此 SRD的特点是具有再生作用 系统节电 效率高 因此开关磁阻电动机调速系统可以数字化控制设备的工作执行机构 属于数控调 速和数控伺服系统 图 1 SRD 控制器系统框图 图 2 SRM 控制原理图 开关磁阻电动机调速系统与交流或直流电机系统相比 其特点在于 系统效 率高 功率因数0 98以上 数控调速范围宽 低速下可长期运转 高起动转矩 低起动电流 可频繁起停及正反转切换 四象限运转性能相同 过载能力强 可 靠性高 三相输入电源缺相或控制器输出缺相不烧电机 功率器件控制错误不会 引起短路 3 龙门刨床对于传动系统的技术要求及工作特点龙门刨床对于传动系统的技术要求及工作特点 由于工作要求 龙门刨床对于传动系统有如下要求 u 无级调速 调速范围宽 系统运行的平滑性好 动态品质更好 u 能根据不同工件自由调节工作速度 且前进和后退的速度要单独调整 u 起动和制动性能好 快速 平稳的起动和制动 对电网和机械的冲击 小 能很好地实慢速切入 快速换向等工艺要求 u 高速切削平稳 静差度小 u 系统简单 安全可靠 便于维修 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version 山东科汇电气股份有限公司 3 u 噪音低 效率高 可靠性好 节能明显 工件和刨刀的相对运动 也就是主工作台的往复运动 为了保证加工质量 和加工效率 要求在不同的阶段所运行的速度是不一样的 从理论上讲 在高速 加工时为了减少刀具所承受的冲力和防止工件边缘崩裂 切削工作开始 t0 t1 阶段要求慢速切入 t1 t2 为加速到稳定的工作速度阶段 快速加工 t2 t3 为了防止工件边缘的崩裂 进入刀具减速退出工件阶段 缓速收尾 t3 t4 为 高速返回阶段 t4 t5 是为了减小反向时因冲力过大而引起的越位和对传动机 构的冲击设定的一个减速过程 如图3所示 图3 龙门刨床的工作曲线 4 龙门刨床采用开关磁阻电动机调速系统的优点龙门刨床采用开关磁阻电动机调速系统的优点 4 1 简化控制线路简化控制线路 开关磁阻电动机的使用极为方便 可通过其外围的少数几个控制端子进行全 范围控制 开关磁阻电机内部有完善的保护措施 无须在其外围线路中设计各种 保护电路 4 2 调试控制方便调试控制方便 开关磁阻电动机的各种运行参数调试均可通过智能化键盘和显示器来完成 也可通过上位机设置 设置方便 更改灵活 调试时间短 传统的直流调速系统 调试涉及到触发脉冲相位调整 放大板PI整定 转速负反馈调试等多项参数的综 合统调 调试难度大 时间长 且不易达到最优控制 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version 山东科汇电气股份有限公司 4 5 SRD 与与 PLC 结合对龙门刨的改造方案结合对龙门刨的改造方案 针对刨床的主平台的运动特点 为了使系统灵活可靠 改造后系统的整体框 图如图4所示 图4 改造方案框图 相对于现有龙门刨床主要采用电机扩大机 发电机 电动机组及晶闸 管 电动机组两种系统中存在的故障率高 功率因数低 对电网冲击大 维修 麻烦等缺点的情况 用一台开关磁阻电动机代替原来的电动机来拖动刨床工作平 台的主运动 通过PLC的控制可以实现平台的步进 步退 前进 自动后退 自 动停止和磨床功能 PLC 显示面板 可选 6 个接近开关 控 制 按 钮 低 速 给 定 正向高速工作给定 反向高速返回给定 SRD 控 制 器 SRM 电动机 工 作 台 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version 山东科汇电气股份有限公司 5 图5 控制柜面板图 控制柜面板如图5所示 电源灯指示本系统的总电源 按下电源开启按纽系统 上电 电源指示灯亮 按下电源关按纽系统电源切断 电源指示灯灭 本系统有 磨床功能 需要把磨刨转换开关打到相应的位置 低速给定是正向进刀和退刀以 及反向低速区的速度设定旋纽 正向高速给定是正向高速工作的速度值设定 反 向高速给定是反向高速退刀速度设定 以上3个速度值可根据不同的要求自己调 节 工作台上的按钮保留原宥 如停止 步进 步退 正向自动 反向自动 现 场实施时把相应的控制按纽线引到PLC的端子上 考虑到整个系统的可靠性 我们采用了无触点的接近开关 接近开关的具体 设计如下 用于实现刨台往返控制的六个接近开关仍如原来所示安装 工作台侧 面的燕尾槽安装两个撞块 依靠两个撞块碰撞相应的接近开关实现工作台的自动 工作 如图5所示 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version 山东科汇电气股份有限公司 6 图6 档块的安装位置和功用 运动控制过程如下 工作台前进时 按下前进按纽先低速 达到定时设定的 时间后加速到高速状态 接着挡块靠近前进减速开关 进入低速退刀阶段 接着 挡块接近前进换向开关 开始换向 高速返回 接着另一挡块接近后退减速开关 进入反向低速 接着碰到反向换向接近开关 开始进入正向低速阶段 另一个周 期开始 左限位 右限位分别起前进 后退的限位保护 为满足龙门刨床的加 工要求 要求工作台具有调整的正反向点动控制和正常工作时自动往返控制 磨 床所需速度可有低速给定实现 具体的参数设置可由现场调试时设置 6 应用开关磁阻电动机的龙门刨床的优点应用开关磁阻电动机的龙门刨床的优点 经过改造后的龙门刨床长时间实际运行证明 采用开关磁阻电动机调速系 统和PLC进行改造后 可以省去了减速