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数控机床变频器及其控制原理

时间:2017-08-28 00:28:09来源:本站 作者:admin 点击:
数控铣床
在目前数控机床中,主轴控制装置通常采用交流变频器来控制交流主轴电动机。变频器对电动机进行控制是根据电动机的特性参数及电动机运转要求,对电动机的电压、电流和频率进行控制,以达到负载的要求。
1、变频器的基本结构
变频器是工频电源变换成各种频率的交流电源,以实现电动机变速运行的设备。它主要由控制电路、整流电路、直流中间电路和逆变电路等组成,其中控制电路完成对主电路的控制,整流电路将交流电变换成直流电,直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波,逆变电路将直流电在逆变成交流电。对于诸如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说,有时还需要一个计算转矩的CPU以及相应的电路。

2、变频器的分类
变频器的分类方法有多种,按照主电路工作方式分类,可以分为电压型变频器和电流型变频器;按照开关方式分类,可以分为PAM控制变频器和高载频PWM控制变频器;按照工作原理分类,可以分为V/F控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等;按照用途分类,可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。

3、变频器常用的控制方式
变频调速技术是现代电力传动技术的重要发展方向,而作为变频调速系统的核心——变频器,其性能也越来越成为调速性能优劣的决定因素。除了变频器本身制造工艺的“先天”条件外,对变频器采用什么样的控制方式也是非常重要的。
在交流变频器中使用的的控制方式一般有V/F协调控制、转差频率控制、矢量控制和直接转矩控制等。
目前较为简单的一类变频器是V/F控制,它就是一种电压发生模式装置,对调频过程中的电压进行给定变化模式调节,常见的有线性
V/F控制和平方V/F控制。标量控制的弱点在于低频转矩不够、速度稳定性不好,因此在数控机床主轴变频使用过程中被逐步淘汰,而矢量控制的变频器正逐步被推广使用。

所谓矢量控制,是指为使笼型异步电动机像直流电动机那样具有优秀的运行性能及很高的控制性能,通过控制变频器输出电流的大小,频率及其相位,用以维持电动机内部的磁通为设定值,产生所需要的转矩。矢量控制对于标量控制而言,其优点有:
(1)控制特性非常优良,可以与直流电动机的电枢电流加励磁电流调节相媲美。
(2)能适应要求告诉响应的场合。
(3)调速范围大。
(4)可进行转矩控制。

矢量控制分无速度传感器和有速度传感器两种方式,区别在于后者具有更高的速度控制精度,而前者控制精度为千分之五。在大多数数控机床中,无速度传感器的矢量变频器的控制性能已能符合控制要求。
变频器的控制方式代表着变频器的性能和水平,在数控机床应用中通常根据不同的负载及不同的控制要求,合理选择变频器以达到资源的最佳配置。

5、主轴变频器的故障诊断
薄情出现故障时,可以通过故障代码和辅助诊断两种方法进行诊断维修。
(1)故障代码
当交流主轴驱动变频器在运行中发生故障时,变频器面板上的数码管会以代码的形式提示故障的类型,根据故障代码查阅变频器操作手册,可了解报警信息并维修。
(2)辅助诊断
出故障代码外,在控制和I/O模块还有测试插座,通过测试,可以获得电动机相电流、直流回路电流以及电动机总电流,进一步判断变频器是否缺相以及是否过电流。


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