摘要：艾默生TD3000系列變頻器在性能上完全符合B2010A型龍門刨床拖動系統(tǒng)的要求。它通過對交流電機磁通電流和轉(zhuǎn)矩電流的解耦控制，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩的快速響應(yīng)和準(zhǔn)確控制，能以很高的控制精度進(jìn)行寬范圍的調(diào)速運行。
關(guān)鍵詞：艾默生變頻器 龍門刨床

一、B2010A龍門刨床工況概述

龍門刨床是機械化自動化程度很高的大型機床。龍門刨床的動力及控制回路比較復(fù)雜，尤其是刨床工作臺主拖動系統(tǒng)完全依靠電氣自動化控制來執(zhí)行的。B2010A龍門刨床的主拖動采用最初50年代的A-G-M調(diào)速系統(tǒng)，即電機擴大機——-直流發(fā)電機——-直流電動機組系統(tǒng)。如圖一所示。采用機械速比2:1和電氣調(diào)速范圍為10:1的機電聯(lián)合調(diào)速系統(tǒng)。

圖1 A-G-M調(diào)速系統(tǒng)圖
龍門刨床對電力拖動的技術(shù)要求——-龍門刨床是頻繁往復(fù)運動的生產(chǎn)機械，它的工作方式為循環(huán)方式。前進(jìn)行程是切削行程；后退行程是不作切削的，只讓工作臺駛回為下一步切削作準(zhǔn)備。運動示意圖如圖二所示。實際工作中為了提高勞動生產(chǎn)效率，輕載后退的速度要大于前進(jìn)切削速度。由于不同的金屬材料和不同的加工工藝，必須要求控制系統(tǒng)具備：

＊ 工作臺主拖動具有比較寬的調(diào)速范圍和較硬的機械特性；
＊ 工作臺前進(jìn)切削和后退的過程中運行平穩(wěn)，不振蕩，速度能單獨地作無級調(diào)整，無須停車；
＊ 運行方向的改變要迅速、平滑、沖擊力小、動作反應(yīng)快；
＊ 在低速范圍內(nèi)切削力基本保持恒定狀態(tài)，靜差度小于3%；
＊ 前進(jìn)與后退行程的末尾工作臺自動減速，反向準(zhǔn)確；
＊ 傳動效率高，耗電量小；
＊ 控制系統(tǒng)簡單，可靠安全，易于維修保養(yǎng)；

如圖二中，ab段（約12-15米/分）為刀具慢速切入工件，而后增加到可調(diào)速CD段進(jìn)行前進(jìn)切削，之后運行到設(shè)定行程開始減速為ef段，再經(jīng)過換向行程控制，工作臺由前進(jìn)減速迅速制動并快速反向運行可調(diào)hi速度段后退，再后退至減速換向切換到前進(jìn)行程。形成一個循環(huán)工作周期。

以上簡略敘述B2010A直流拖動系統(tǒng)過程，有助于對它的性能特點和工作情況能進(jìn)步了解。

二、龍門刨床拖動系統(tǒng)的演變

1．原系統(tǒng)存在的主要缺陷

我們知道龍門刨床這種A-G-M調(diào)速系統(tǒng)，它具有占地面積大、噪聲污染嚴(yán)重、尤其交流電動機拖動發(fā)電機浪費電能很嚴(yán)重。從工作情況來看，直流電動機的功率并沒有得到充分利用，并且維護(hù)保養(yǎng)較困難。目前許多在使用該系統(tǒng)工作的廠家都在想辦法解決以上問題。

2．演變

從70年代至目前有極少部分采用晶閘管——-直流電動機機組（V-M調(diào)速系統(tǒng)）。該系統(tǒng)低速時損耗大、功率因數(shù)低、對電網(wǎng)污染嚴(yán)重，而使用的還是直流電動機，維護(hù)保養(yǎng)困難的問題還是沒有解決。

3．飛躍

隨著科技進(jìn)步，在電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)方面有了飛速發(fā)展，以及矢量控制技術(shù)的完善，使得變頻調(diào)速技術(shù)日新月異，并且變頻調(diào)速發(fā)展空間愈加寬廣，涉及領(lǐng)域之多，其優(yōu)越性為眾所周知。為此廣大科技工作者致力于交流變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，龍門刨床的拖動方式在向變頻調(diào)速的方向轉(zhuǎn)移，國外已有很多成功應(yīng)用的實例。

三、EMERSON變頻器應(yīng)用在B2010A龍門刨床上

1．選型

根據(jù)前述龍門刨床直流拖動系統(tǒng)工作要求，對于取代直流拖動并超越直流拖動的交流變頻調(diào)速來說，選擇高性能可靠矢量型的變頻器尤其關(guān)鍵。通過查閱有關(guān)資料及請教有關(guān)資深學(xué)者（對此深表感謝），加之深入了解國內(nèi)外同類變頻器，反復(fù)比較論證，我們從性價比上選擇了美國EMERSON公司出產(chǎn)的高性能矢量控制變頻器——-TD3000系列產(chǎn)品。TD3000系列變頻器在性能上完全符合B2010A型龍門刨床拖動系統(tǒng)的要求。它通過對交流電機磁通電流和轉(zhuǎn)矩電流的解耦控制，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩的快速響應(yīng)和準(zhǔn)確控制，能以很高的控制精度進(jìn)行寬范圍的調(diào)速運行；而且我們還采用了有速度傳感器PG反饋矢量控制方式。根據(jù)我們在實際應(yīng)用中確實感到TD3000矢量控制變頻器穩(wěn)定可靠，對于象龍門刨床這種從安全可靠性要求很高的大型設(shè)備，選用該矢量控制型變頻器非常合適。TD3000系列變頻器是美國EMERSON公司自主開發(fā)生產(chǎn)的高品質(zhì)、多功能、低噪音的矢量控制通用變頻器。具有電機參數(shù)自動調(diào)諧、零伺服控制、速度控制和轉(zhuǎn)矩控制在線切換、轉(zhuǎn)速跟蹤、內(nèi)置PLC、內(nèi)置PID控制器、編碼器和給定及反饋信號斷線監(jiān)測、掉載保護(hù)、內(nèi)置PG接口、故障信號追憶、28種故障監(jiān)控、豐富的I/O端子和多達(dá)十種的速度設(shè)定方式，能滿足各類負(fù)荷對傳動控制的要求。

TD3000系列變頻器的優(yōu)越性能主要體現(xiàn)在：

＊ 有速度傳感器矢量控制，調(diào)速范圍為1：1000，穩(wěn)態(tài)控制精度0.05%；
＊ 低頻啟動轉(zhuǎn)矩10-100rpm時,200%額定轉(zhuǎn)矩；
＊ 啟動預(yù)勵磁,加快矢量控制快速響應(yīng)；
＊ 動態(tài)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)小于150ms；
＊ 零伺服鎖定功能,可以保持零速時150%的轉(zhuǎn)矩輸出;
＊ 可靠的轉(zhuǎn)矩限定，防止頻繁跳閘；
＊ 功能豐富的對話式操作面板，全系列LCD+LED顯示中英文可選；
＊ 參數(shù)的上傳拷貝和下傳復(fù)寫功能；
＊ 功能強大的后臺調(diào)試監(jiān)控軟件，可通過內(nèi)置RS485接口組網(wǎng)監(jiān)控。

電機、變頻系統(tǒng)選型：

1）主拖動：55KW交流變頻電機，TD3000-4T0750G變頻器；
2）垂直刀架：1.5KW交流電機，TD1000-4T0022G變頻器；
3）左刀架：1.5KW交流電機，TD1000-4T0022G變頻器；
4）右刀架：1.5KW交流電機，TD1000-4T0022G變頻器

5）主拖動制動單元：兩臺TDB-4C01-0300制動單元，兩只10Ω、10KW制動電阻。

2．控制原理

（1） 工作臺主拖動用EMERSON TD3000變頻器驅(qū)動變頻調(diào)速電機,電機為中科院研制生產(chǎn)。該電機采用AUTOCAD輔助設(shè)計，充分考慮了正弦脈寬調(diào)制技術(shù)和矢量控制變頻器的特點，低頻時轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，恒力矩調(diào)速范圍寬，代替A-G-M系統(tǒng)機組實現(xiàn)無級調(diào)速。由于我們針對的山東煤礦萊蕪機械廠B2010A型龍門刨床，機械上基本上不動,沒有增加銑削功能,如果橫梁垂直刀架機械剛性足，可以在機械上改造,配刨、銑變速箱來實現(xiàn)銑削功能。通過調(diào)試實現(xiàn)了機械刨削速度范圍3-80米/分，無級調(diào)速；速度還可降至1米/分左右，進(jìn)行磨削加工。

（2） 工作臺換向采用制動單元及制動電阻，制動速度快，從應(yīng)用來看，TD3000變頻器在頻繁換向過程中速度降低快，動力制動迅速，由于換向時工作時間短，為抑制泵升電壓，采用了制動電阻進(jìn)行能量釋放。