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臺凌TL100系列變頻器在數控機床上的應用
引言
在機械制造業(yè)中，用普通機床加工復雜的零部件或具有較高精確度的批量產品時，需要熟練的技術工人手工操作來完成，這種效率低下的傳統(tǒng)加工方式已無法滿足現代制造業(yè)的需求。隨著計算機技術的飛速發(fā)展，先進的加工中心和數控機床應運而生，逐漸成為主流的工具機床。在機床的主軸調速系統(tǒng)中，傳統(tǒng)復雜的齒輪箱式分級調速方式已不能滿足要求，所以需要采用更為先進的變頻無級調速方式。對于普通三相異步交流電動機，無速度傳感器矢量控制變頻器（TL100系列），能獲得高達150%的啟動轉矩，調速范圍寬，低速時轉速波動小，保證了機床系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精確度
█ 數控機床對應用技術的要求
1、電機要求
通常要求用變頻電機，或者普通電機加風扇以滿足電機在低頻的散熱要求、并且要求電機調速范圍廣。
2、變頻器的技術要求
1）要求低頻力矩大
選用矢量變頻器，低頻時（1~10Hz）能出來150%額定轉矩。
2）轉矩動態(tài)響應速度快，穩(wěn)速精度高
選用矢量變頻器，能實現很好的動態(tài)響應效果，依據負載的變化，通過輸出轉矩的變化很快做出響應，從而實現轉軸速度的穩(wěn)定。
3）減速停車速度快
通常數控機床的加減速時間都是比較短的，加速時間靠變頻器的性能保證，減速時間則依靠外加制動電阻或制動單元。
4）進行電機參數自學習
選用矢量變頻器后，要達到很好的控制性能通常都需要對電機進行參數自學習，其目的是獲取準確的電機內部參數，以用于矢量控制計算。參數自學習所需要的電機銘牌參數有：電機額定功率、電機額定頻率、電機額定轉速、電機額定電壓、電機額定電流。有的變頻電機的銘牌上可能沒標額定轉速值，可以根據經驗值估計一下額定轉速。在進行參數自學習時，務必要在空載（電機軸上不接負載）的時候進行。只有在空載的時候才能保證自學習出來的電機參數的準確性。如果現場條件沒辦法進行空載運行，可以考慮用變頻器出廠的電機參數試運行。
5）頻率指令和運行指令
數控機床上使用的變頻器其頻率指令和運行指令都來源于CNC控制器，一般給定的的通道有兩種，一種是模擬量給定，另一種是多段速給定，或者兩者同時給定，以多段速優(yōu)先。模擬量給定以電壓型模擬量為主，也有電流型的。變頻器對這兩種類型的模擬量都可以采集。
3、抗干擾問題
變頻器在出廠的時候作了很好的抗干擾試驗，具有很強的抗干擾能力，但變頻器同時也是一個干擾源，在使用中很難避免不對其它設備進行干擾，在數控機床上最容易被干擾的設備是CNC控制器。一旦CNC控制器受干擾后，系統(tǒng)將不能正常工作。特別是變頻器的頻率指令和運行指令也可能會受到干擾，干擾嚴重的會造成頻率指令不穩(wěn)定，變頻器誤動作等。解決此類問題的辦法是在變頻器的輸出線上加磁環(huán)以減少高頻輻射。一般進口的CNC的抗干擾能力較強。
下面以TL100系列高性能矢量變頻器在沈陽某數控機床廠的應用為例，講述數控機床的變頻調速控制技術。
█ 系統(tǒng)構成
變頻器 TL100-5R5 制動電阻75Ω/600W 5.5KW調速電機 CNC數控系統(tǒng)
█ 變頻器及數控系統(tǒng)的參數
電動機參數：
額定功率：5.5kW， 額定頻率：50Hz,
額定電壓：380V， 額定電流：13A，
額定轉速：1440r/min 機械傳動比：1：1.5
加工材料：45#鋼
實際測試性能指標：（進刀性能及速度）
1、主軸轉速：200r/min（變頻器運行頻率9～10Hz）
2、主軸轉速：450r/min（變頻器運行頻率22Hz左右）
參數設定：
F0.01=1 端子控制
F0.03=1 AI1頻率設定（信號來源于數控系統(tǒng)）
F0.04=50.00Hz （最大頻率）
P0.05=50.00Hz
F0.08=3S（加速）
F0.09=3S（減速）
F5.00=1（S1正轉）
F5.01=2（S2反轉）
F5.02=8（S3外部故障輸入）
F5.03=7（S4故障復位）
F5.13=0.50S （AI1濾波時間）
F6.00=5（Y輸出 頻率達到）
F6.01=3 （故障輸出）
電機參數設定：
F2.01=5.5KW
F2.02=50.00Hz
F2.03=1440RPM
F2.04=380V
F2.05=11.0A
F2.06=0.869
F2.07=0.894
F2.08=111.1
F2.09=107.2
F2.10=6.25
█ TL100系列變頻器的特點
TL100系列高性能矢量變頻器采用先進磁通控制技術，電機在低速時轉矩大，速度精度高，價格合理，功能齊全，具有瞬停電處理及速度跟蹤再啟動功能，確保系統(tǒng)實現連續(xù)運行機制，以保證電機運轉在最高效率狀態(tài)，因此，采用TL100系列高性能矢量變頻器代替主軸交流伺服系統(tǒng)，是機床行業(yè)最佳的選擇。TL100系列變頻器具有以下特點：
（1）采用先進的磁通控制算法，實現了真正的無速度傳感器矢量控制，在控制性能上比傳統(tǒng)的V/F控制方式 有很大的改善。
（2）起動轉矩大，0.5Hz/150%（SVC），0Hz/180%（VC）
（3）載波頻率范圍0～16KHz；可根據溫度和負載的特性自適應調整
（4）提供標準的0～10V模擬量接口，能夠與大多數數控系統(tǒng)接口兼容，通用性強
（5）過負載能力強，150%額定輸出電流一分鐘；
（6）提供多功能的輸出端子信號，例如故障輸出信號，運行中信號，速度到達等輸出信號，能夠很好的滿足系統(tǒng)對于主軸速度狀態(tài)的監(jiān)控；
█ 調試結果
事實證明采用TL100系列高性能矢量變頻器完全能夠滿足機床主軸控制的要求。TL100采用的領先的磁通算法，即使在低轉速（低頻）運行下也能平穩(wěn)輸出150%的轉矩，以滿足不同零件的加工需要，完全可以取代傳統(tǒng)的滾動軸承主軸結構，并且此主軸結構簡單、緊湊、可以實現真正的無級調速。此主軸的轉速由外部模擬量信號來控制輸出頻率，在不同的加工工藝（如；粗加工、精加工等）需要不同的轉速，此時可由數控系統(tǒng)輸出不同的模擬量電壓信號給變頻器，實現不同的轉速，同時啟停信號也由數控系統(tǒng)控制，提高了自動化程度、延長了刀具的使用壽命。
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