數(shù)控車床是機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品,是集機(jī)床、機(jī)、電機(jī)及其拖動(dòng)、自動(dòng)控制、檢測(cè)等技術(shù)為一身的自動(dòng)化設(shè)備.其中主軸運(yùn)動(dòng)是數(shù)控車床的一個(gè)重要,以完成切削任務(wù),其動(dòng)力約占整臺(tái)車床的動(dòng)力的70%～80%.基本控制是主軸的正、反轉(zhuǎn)和停止,可自動(dòng)換檔和無(wú)級(jí)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(lái)控制交流主軸電動(dòng)機(jī)。下面重點(diǎn)介紹下無(wú)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(jiǎn)單的一類變頻器是V/F控制(簡(jiǎn)稱標(biāo)量控制),它就是一種電壓發(fā)生模式裝置,對(duì)調(diào)頻過(guò)程中的電壓進(jìn)行給定變化模式調(diào)節(jié),常見(jiàn)的有線性V/F控制(用于恒轉(zhuǎn)矩)和平方V/F控制(用于風(fēng)機(jī)水泵變轉(zhuǎn)矩)。標(biāo)量控制的弱點(diǎn)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(guò)程中被逐步淘汰,而矢量控制的變頻器正逐步進(jìn)行推廣。

 

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

 

    矢量控制相對(duì)于標(biāo)量控制而言,其優(yōu)點(diǎn)有:(1)控制特性非常優(yōu)良,可以直流電機(jī)的電樞電流加勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)相媲美;(2)能適應(yīng)要求高速響應(yīng)的場(chǎng)合;(3)調(diào)速范圍大(1:100);(4)可進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制。

 

    當(dāng)然相對(duì)于標(biāo)量控制而言,矢量控制的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、計(jì)算煩瑣,而且必須存貯和頻繁地使用電動(dòng)機(jī)的參數(shù).矢量控制分無(wú)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(wàn)分之五),而前者為千分之五,但是在數(shù)控車床中無(wú)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(wú)速度傳感器的矢量變頻器。

 

2、無(wú)速度傳感器的矢量變頻器

 

    無(wú)速度傳感器的矢量變頻器具有以下特點(diǎn):(1)電機(jī)參數(shù)自動(dòng)辯識(shí)和手動(dòng)輸進(jìn)相結(jié)合;(2)過(guò)載能力強(qiáng),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(hù)齊全(通俗地講,就是不輕易炸模塊).

 

    無(wú)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(duì)各種負(fù)載變化產(chǎn)生的不特定環(huán)境下的速度可控性。在實(shí)驗(yàn)中,同樣將2Hz的矢量變頻控制和V/F控制變頻進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn),前者具有更強(qiáng)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(jī)參數(shù)辨識(shí)

 

    由于矢量控制是著眼于轉(zhuǎn)子磁通來(lái)控制電機(jī)的定子電流,因此在其內(nèi)部的算法中大量涉及到電機(jī)參數(shù)。從異步電動(dòng)機(jī)的T型等效電路表示中可以看出,電機(jī)除了常規(guī)的參數(shù)如電機(jī)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(shí)中分電機(jī)靜止辨識(shí)和旋轉(zhuǎn)辨識(shí)2種,其中在靜止辨識(shí)中,變頻器能自動(dòng)丈量并頂子和轉(zhuǎn)子電阻以及相對(duì)于基本頻率的漏感抗,并同時(shí)將丈量的參數(shù)寫(xiě)進(jìn);在旋轉(zhuǎn)辨識(shí)中,變頻器自動(dòng)丈量電機(jī)的互感抗和空載電流。

 

    在參數(shù)辨識(shí)中,必須留意:(1)若旋轉(zhuǎn)辨識(shí)中出現(xiàn)過(guò)流或過(guò)壓故障,可適當(dāng)增減加減速時(shí)間;(2)旋轉(zhuǎn)辨識(shí)只能在空載中進(jìn)行;(3)如辨識(shí)前必須首先正確輸進(jìn)電機(jī)銘牌的參數(shù)。

 

4、數(shù)控車床主軸變頻矢量控制的功能設(shè)置

 

   使用在主軸中變頻器的功能設(shè)置分以下幾部分：

 (1) 矢量控制方式的設(shè)定和電機(jī)參數(shù)；

 (2) 開(kāi)關(guān)量數(shù)字輸進(jìn)和輸出；

 (3) 模擬量輸進(jìn)特性曲線；

 (4) SR速度閉環(huán)參數(shù)設(shè)定。