PP835A-3BSE042234R2 台凌TL100系列变频器在数控机床上的应用

PP835A-3BSE042234R2  台凌TL100系列变频器在数控机床上的应用

引言

PP835A-3BSE042234R2 在机械制造业中，用普通机床加工复杂的零部件或具有较高精确度的批量产品时，需要熟练的技术工人手工操作来完成，这种效率低下的传统加工方式已无法满足现代制造业的需求。随着计算机技术的飞速发展，先进的加工中心和数控机床应运而生，逐渐成为主流的工具机床。在机床的主轴调速系统中，传统复杂的齿轮箱式分级调速方式已不能满足要求，所以需要采用更为先进的变频无级调速方式。对于普通三相异步交流电动机，无速度传感器矢量控制变频器（TL100系列），能获得高达150%的启动转矩，调速范围宽，低速时转速波动小，保证了机床系统的稳定性和精确度

█ 数控机床对应用技术的要求

1、PP835A-3BSE042234R2 电机要求
通常要求用变频电机，或者普通电机加风扇以满足电机在低频的散热要求、并且要求电机调速范围广。
2、变频器的技术要求
1）要求低频力矩大
选用矢量变频器，低频时（1~10Hz）能出来150%额定转矩。
2）转矩动态响应速度快，稳速精度高
选用矢量变频器，能实现很好的动态响应效果，依据负载的变化，通过输出转矩的变化很快做出响应，从而实现转轴速度的稳定。
3）减速停车速度快
通常数控机床的加减速时间都是比较短的，加速时间靠变频器的性能保证，减速时间则依靠外加制动电阻或制动单元。
4）PP835A-3BSE042234R2 进行电机参数自学习
选用矢量变频器后，要达到很好的控制性能通常都需要对电机进行参数自学习，其目的是获取准确的电机内部参数，以用于矢量控制计算。参数自学习所需要的电机铭牌参数有：电机额定功率、电机额定频率、电机额定转速、电机额定电压、电机额定电流。有的变频电机的铭牌上可能没标额定转速值，可以根据经验值估计一下额定转速。在进行参数自学习时，务必要在空载（电机轴上不接负载）的时候进行。只有在空载的时候才能保证自学习出来的电机参数的准确性。如果现场条件没办法进行空载运行，可以考虑用变频器出厂的电机参数试运行。
5）PP835A-3BSE042234R2 频率指令和运行指令
数控机床上使用的变频器其频率指令和运行指令都来源于CNC控制器，一般给定的的通道有两种，一种是模拟量给定，另一种是多段速给定，或者两者同时给定，以多段速优先。模拟量给定以电压型模拟量为主，也有电流型的。变频器对这两种类型的模拟量都可以采集。
3、PP835A-3BSE042234R2 抗干扰问题
变频器在出厂的时候作了很好的抗干扰试验，具有很强的抗干扰能力，但变频器同时也是一个干扰源，在使用中很难避免不对其它设备进行干扰，在数控机床上最容易被干扰的设备是CNC控制器。一旦CNC控制器受干扰后，系统将不能正常工作。特别是变频器的频率指令和运行指令也可能会受到干扰，干扰严重的会造成频率指令不稳定，变频器误动作等。解决此类问题的办法是在变频器的输出线上加磁环以减少高频辐射。一般进口的CNC的抗干扰能力较强。
下面以TL100系列高性能矢量变频器在沈阳某数控机床厂的应用为例，讲述数控机床的变频调速控制技术。

█ 系统构成

变频器 TL100-5R5     制动电阻75Ω/600W      5.5KW调速电机     CNC数控系统

█ 变频器及数控系统的参数

电动机参数：
额定功率：5.5kW，     额定频率：50Hz,
额定电压：380V，      额定电流：13A，
额定转速：1440r/min   机械传动比：1：1.5
加工材料：45#钢
实际测试性能指标：（进刀性能及速度）
1、主轴转速：200r/min（变频器运行频率9～10Hz）
2、主轴转速：450r/min（变频器运行频率22Hz左右）
 
参数设定：
F0.01=1 端子控制
F0.03=1 AI1频率设定（信号来源于数控系统）
F0.04=50.00Hz （最大频率）
P0.05=50.00Hz
F0.08=3S（加速）
F0.09=3S（减速）
F5.00=1（S1正转）
F5.01=2（S2反转）
F5.02=8（S3外部故障输入）
F5.03=7（S4故障复位）
F5.13=0.50S （AI1滤波时间）
F6.00=5（Y输出 频率达到）
F6.01=3 （故障输出）
电机参数设定：
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系列变频器的特点

TL100系列高性能矢量变频器采用先进磁通控制技术，电机在低速时转矩大，速度精度高，价格合理，功能齐全，具有瞬停电处理及速度跟踪再启动功能，确保系统实现连续运行机制，以保证电机运转在最高效率状态，因此，采用TL100系列高性能矢量变频器代替主轴交流伺服系统，是机床行业最佳的选择。TL100系列变频器具有以下特点：
（1）采用先进的磁通控制算法，实现了真正的无速度传感器矢量控制，在控制性能上比传统的V/F控制方式   有很大的改善。
（2）起动转矩大，0.5Hz/150%（SVC），0Hz/180%（VC）
（3）载波频率范围0～16KHz；可根据温度和负载的特性自适应调整
（4）提供标准的0～10V模拟量接口，能够与大多数数控系统接口兼容，通用性强
（5）过负载能力强，150%额定输出电流一分钟；
（6）提供多功能的输出端子信号，例如故障输出信号，运行中信号，速度到达等输出信号，能够很好的满足系统对于主轴速度状态的监控；

█ 调试结果

事实证明采用TL100系列高性能矢量变频器完全能够满足机床主轴控制的要求。TL100采用的领先的磁通算法，即使在低转速（低频）运行下也能平稳输出150%的转矩，以满足不同零件的加工需要，完全可以取代传统的滚动轴承主轴结构，并且此主轴结构简单、紧凑、可以实现真正的无级调速。此主轴的转速由外部模拟量信号来控制输出频率，在不同的加工工艺（如；粗加工、精加工等）需要不同的转速，此时可由数控系统输出不同的模拟量电压信号给变频器，实现不同的转速，同时启停信号也由数控系统控制，提高了自动化程度、延长了刀具的使用寿命。