數(shù)控車床是機電一體化的典型產(chǎn)品,是集機床、機、電機及其拖動、自動控制、檢測等技術為一身的自動化設備.其中主軸運動是數(shù)控車床的一個重要,以完成切削任務,其動力約占整臺車床的動力的70%～80%.基本控制是主軸的正、反轉(zhuǎn)和停止,可自動換檔和無級調(diào)速。

    

   在數(shù)控車床中,主軸控制裝置通常是采用交流變頻器來控制交流主軸電動機。下面重點介紹下無速度傳感器的矢量控制變頻器：

 

1、主軸變頻器的基本選型

 

    目前較為簡單的一類變頻器是V/F控制(簡稱標量控制),它就是一種電壓發(fā)生模式裝置,對調(diào)頻過程中的電壓進行給定變化模式調(diào)節(jié),常見的有線性V/F控制(用于恒轉(zhuǎn)矩)和平方V/F控制(用于風機水泵變轉(zhuǎn)矩)。標量控制的弱點在于低頻轉(zhuǎn)矩不夠(需要轉(zhuǎn)矩提升)、速度穩(wěn)定性不好(調(diào)速范圍1:10),因此在車床主軸變頻使用過程中被逐步淘汰,而矢量控制的變頻器正逐步進行推廣。

 

    所謂矢量控制,最通俗的講,為使鼠籠式異步機像直流電機那樣具有優(yōu)秀的運行性能及很高的控制性能,通過控制變頻器輸出電流的大小、頻率及其相位,用以維持電機內(nèi)部的磁通為設定值,產(chǎn)生所需要的轉(zhuǎn)矩。

 

    矢量控制相對于標量控制而言,其優(yōu)點有:(1)控制特性非常優(yōu)良,可以直流電機的電樞電流加勵磁電流調(diào)節(jié)相媲美;(2)能適應要求高速響應的場合;(3)調(diào)速范圍大(1:100);(4)可進行轉(zhuǎn)矩控制。

 

    當然相對于標量控制而言,矢量控制的結構復雜、計算煩瑣,而且必須存貯和頻繁地使用電動機的參數(shù).矢量控制分無速度傳感器和有速度傳感器兩種方式,區(qū)別在于后者具有更高的速度控制精度(萬分之五),而前者為千分之五,但是在數(shù)控車床中無速度傳感器的矢量變頻器的控制性能已經(jīng)符合控制要求,所以這里推薦并先容無速度傳感器的矢量變頻器。

 

2、無速度傳感器的矢量變頻器

 

    無速度傳感器的矢量變頻器具有以下特點:(1)電機參數(shù)自動辯識和手動輸進相結合;(2)過載能力強,如50%額定輸出電流2min、180%額定輸出電流10s;(3)低頻高輸出轉(zhuǎn)矩,如150%額定轉(zhuǎn)矩/1HZ;(4)各種保護齊全(通俗地講,就是不輕易炸模塊).

 

    無速度傳感器的矢量控制變頻器不僅改善了轉(zhuǎn)矩控制的特性,而且改善了針對各種負載變化產(chǎn)生的不特定環(huán)境下的速度可控性。在實驗中,同樣將2Hz的矢量變頻控制和V/F控制變頻進行比較發(fā)現(xiàn),前者具有更強的輸出力矩,切削力幾乎與正常頻段(如30Hz或50Hz)相同。

 

3、矢量控制中的電機參數(shù)辨識

 

    由于矢量控制是著眼于轉(zhuǎn)子磁通來控制電機的定子電流,因此在其內(nèi)部的算法中大量涉及到電機參數(shù)。從異步電動機的T型等效電路表示中可以看出,電機除了常規(guī)的參數(shù)如電機極數(shù)、額定功率、額定電流外,還有R1(定子電阻)、X11(定子漏感抗)、R2(轉(zhuǎn)子電阻)、X21(轉(zhuǎn)子漏感抗)、Xm(互感抗)和I0(空載電流)。

 

    參數(shù)辨識中分電機靜止辨識和旋轉(zhuǎn)辨識2種,其中在靜止辨識中,變頻器能自動丈量并頂子和轉(zhuǎn)子電阻以及相對于基本頻率的漏感抗,并同時將丈量的參數(shù)寫進;在旋轉(zhuǎn)辨識中,變頻器自動丈量電機的互感抗和空載電流。

 

    在參數(shù)辨識中,必須留意:(1)若旋轉(zhuǎn)辨識中出現(xiàn)過流或過壓故障,可適當增減加減速時間;(2)旋轉(zhuǎn)辨識只能在空載中進行;(3)如辨識前必須首先正確輸進電機銘牌的參數(shù)。

 

4、數(shù)控車床主軸變頻矢量控制的功能設置

 

   使用在主軸中變頻器的功能設置分以下幾部分：

 (1) 矢量控制方式的設定和電機參數(shù)；

 (2) 開關量數(shù)字輸進和輸出；

 (3) 模擬量輸進特性曲線；

 (4) SR速度閉環(huán)參數(shù)設定。