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單臺(tái)專(zhuān)用高頻變頻器驅(qū)動(dòng)多主軸電機(jī)方案設(shè)

&nbs大傾角皮帶p;

1&nbs板式喂料機(jī)p; 引言
隨著變頻技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域與應(yīng)用需求也越來(lái)越多樣化。某瑞士產(chǎn)VOUMARD203N3X3Y內(nèi)圓磨床由于電控設(shè)備損壞, 導(dǎo)致機(jī)床不能正常運(yùn)行, 考慮到該機(jī)床為進(jìn)口產(chǎn)品，年代長(zhǎng)，無(wú)法自行修復(fù)，且維自動(dòng)提升機(jī)小型提升機(jī)修費(fèi)用和購(gòu)買(mǎi)費(fèi)用都很高，故廠(chǎng)家決定將其進(jìn)行改造。VOUMARD203N3X3Y內(nèi)圓磨床磨頭電主軸共有五種類(lèi)型，參數(shù)各不相同，要求采用一臺(tái)專(zhuān)用變頻器及相應(yīng)的控制部件完成系統(tǒng)的電氣控制，實(shí)現(xiàn)主軸的調(diào)速。本文通過(guò)分析設(shè)備中五種磨頭主軸電機(jī)的特性，提出并分析了兩種解決方案，選擇了其中一種性?xún)r(jià)比較好的方案，取得了較好的使用效果。

2&n石料破碎機(jī)bsp; 驅(qū)動(dòng)要求及方案對(duì)照
2.礦用刮板輸送機(jī)1 驅(qū)動(dòng)要求及難點(diǎn)
(1) 磨床主拍擊篩軸電機(jī)參數(shù)
廠(chǎng)碎石生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)備家提供的磨床主軸電機(jī)參數(shù)如下:
l 1號(hào)磨頭工作頻率933Hz，最高轉(zhuǎn)速28000r/min，功率2.3kW 448V 4.5A糧食輸送設(shè)備;
l 2號(hào)磨頭工作頻率900H砂石分離機(jī)z，最高轉(zhuǎn)速18000r/min，功率3kW 432V 6.6A;
l&管式螺旋輸送機(jī)nbsp;3號(hào)磨頭工作頻率966Hz，最高轉(zhuǎn)速58000r/min，功率1kW 465V 1.75A;
l 4號(hào)磨頭工作頻率1250重錘破碎機(jī)Hz, 最高轉(zhuǎn)速75000r/min，功率1.3kW 191V 9A;
l 5號(hào)磨頭工作頻率2000Hz，最高轉(zhuǎn)速105000r/min, 功率0.53kW 306V&nbs振動(dòng)給料機(jī)p; 2A。
(2) 驅(qū)動(dòng)要電機(jī)振動(dòng)給料機(jī)求
l 一臺(tái)懸掛輸送變頻器對(duì)5個(gè)主軸電機(jī)均可單獨(dú)控制，在整個(gè)頻率范圍內(nèi)變頻器均能正常工作;
l 要求在更換電主軸后，變頻器的參數(shù)和相應(yīng)的電主軸參DY型移動(dòng)輸送機(jī)數(shù)自動(dòng)相匹配;
l 變頻器和磨床主軸冷卻、潤(rùn)滑系統(tǒng)有聯(lián)鎖保護(hù)功能;
l 變頻器具備減速停車(chē)功能。
(3) 技術(shù)難點(diǎn)
根據(jù)加工工藝和電機(jī)性能的要求可知，實(shí)現(xiàn)該控制存在以下幾個(gè)難點(diǎn):
l 調(diào)頻范圍寬
變頻器調(diào)頻范圍在0～2000Hz的寬頻率范圍內(nèi)，目前，許多生產(chǎn)廠(chǎng)家無(wú)該類(lèi)型產(chǎn)品;
l 兩種電壓供電
同一臺(tái)變頻器提供兩種電壓范圍460V和306V, 這樣對(duì)供電電源提出較高要求;
l 參數(shù)匹配
參數(shù)、工作狀態(tài)與當(dāng)前選擇的磨頭相匹配。
2.2 方案對(duì)照
經(jīng)過(guò)對(duì)廠(chǎng)家提出的要求進(jìn)行仔細(xì)分析，提出如下兩種方案:
(1) 方案1:輸入變壓器+變頻器+輸出電抗器方案
由于磨頭電壓有460V和300V兩種電壓等級(jí)，設(shè)計(jì)工頻輸入變壓器，原邊380V供電，副邊兩個(gè)繞組，分別為(U1,V1,W1) 460V, (U2,V2,W2) 306V, 中間采用接觸器進(jìn)行邏輯控制，按照不同磨頭選擇相應(yīng)供電電壓;變頻器選用西安春日電氣公司KVFG-H高頻系列產(chǎn)品，頻率調(diào)節(jié)范圍0~2500Hz，對(duì)其進(jìn)行專(zhuān)用化改造;輸出側(cè)加電源濾波器，以減小輸出諧波對(duì)主軸電機(jī)的沖擊;具體原理框圖如1所示。

圖1 方案1原理框圖

方案1優(yōu)點(diǎn)在于充分利用變頻器寬工作電壓范圍的特點(diǎn)，采用不同工作電源，使單臺(tái)變頻器滿(mǎn)足五種不同磨頭的電機(jī)。缺點(diǎn)是變頻器內(nèi)部相應(yīng)的電壓、電流檢測(cè)及定標(biāo)改動(dòng)較大。
(2) 方案2:變頻器+輸出高頻變壓器方案根據(jù)磨頭電壓460V和306V兩種等級(jí)，設(shè)計(jì)輸出變壓器，原邊由高頻變頻器輸出0~380V供電，副邊兩個(gè)繞組，分別輸出對(duì)應(yīng) (U1,V1,W1)0～460V, (U2,V2,W2)0～306V電壓。
采用接觸器進(jìn)行邏輯控制，按照不同磨頭選擇相應(yīng)供電電壓;變頻器仍選用西安春日電氣公司KVFG-H高頻系列產(chǎn)品，頻率調(diào)節(jié)范圍0～2500Hz，對(duì)其進(jìn)行專(zhuān)用化改造;具體原理框圖如2所示。

圖2 方案2原理框圖

方案2優(yōu)點(diǎn)在于變頻器工作電壓保持380V不變，程序該動(dòng)小，設(shè)計(jì)高頻變壓器滿(mǎn)足兩種電壓等級(jí)，使單臺(tái)變頻器滿(mǎn)足五種不同磨頭電機(jī)。缺點(diǎn)是在0～2500Hz工作PWM波輸入高頻變壓器難以加工。

3 參數(shù)選型設(shè)計(jì)
通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)要求進(jìn)行分析對(duì)照，決定采用方案1，并進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，關(guān)鍵部件選型設(shè)計(jì)如下:
(1) 變壓器選型設(shè)計(jì)
變壓器原邊輸入電源為50Hz，380V三相交流，副邊輸出為雙繞組，一組為465V,另一組為306V,容量根據(jù)磨頭電機(jī)中最大功率3kW并考慮一定余量，選用8kVA。
(2) 專(zhuān)用變頻器選型設(shè)計(jì)
變頻器作為該控制設(shè)備中的核心部件，其性能直接關(guān)系到該方案能否實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)選用西安春日電氣有限公司KVFG-H475E變頻器,變頻器采用電壓空間矢量脈寬調(diào)制變頻調(diào)速技術(shù)、同步調(diào)制方式，調(diào)頻范圍0～2500Hz，開(kāi)關(guān)頻率達(dá)到18kHz(其參數(shù)為:Vin=3AC(300～460)V，Vout=3AC(0～4600)V，Pw=7.5kW，Ie=17A)。
根據(jù)廠(chǎng)家提出的要求，通過(guò)修改變頻器外部端子X(jué)1功能，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)冷卻、潤(rùn)滑準(zhǔn)備就緒輸入信號(hào)接口功能;修改外部端子EMS功能，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)冷卻、潤(rùn)滑故障報(bào)警功能;修改外部端子OUT1,OUT2功能,實(shí)現(xiàn)了磨頭選擇切換;作為變頻器核心技術(shù)的V/F曲線(xiàn)設(shè)置，根據(jù)磨頭電機(jī)特性的不同，設(shè)置了五組功能碼選項(xiàng)，用以選擇匹配的V/F工作曲線(xiàn)。圖3給出了一組部分V/F曲線(xiàn)示意圖。

圖3 V/F曲線(xiàn)示意圖

(3) 輸出濾波電抗器的選型
由于變頻器輸出的電壓為PWM波, 含有諧波成分, 同時(shí), 開(kāi)關(guān)元器件工作時(shí)產(chǎn)生的dv/dt會(huì)對(duì)主軸電機(jī)的絕緣特性及正常工作帶來(lái)很大的危害。因此本系統(tǒng)選用:25A、0.015mH、0~2500Hz輸出電抗器進(jìn)行濾波。
4 結(jié)束語(yǔ)
本文針對(duì)進(jìn)口磨床改造中，采用單臺(tái)特種變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)五種磨頭的綜合控制，采用變壓器加變頻器輸入寬電壓工作范圍的方案，解決了單臺(tái)機(jī)型兩種供電電壓?jiǎn)栴};同時(shí)通過(guò)程序軟件實(shí)現(xiàn)了個(gè)性化磨頭V/F特性曲線(xiàn)的設(shè)置，以及外部各種系統(tǒng)聯(lián)鎖控制。該方案在實(shí)踐中已取得很好的使用效果。

參考文獻(xiàn)
[1] 西安春日. 變頻器調(diào)速器應(yīng)用手冊(cè)
[2] 郭世明,黃念慈. 電力電子技術(shù). 成都:西南交通大學(xué)出版社，2002

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