變頻器在外圓磨床上的應(yīng)用
前言標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械加工所使用的外圓磨床，砂輪電動機(jī)均按傳統(tǒng)啟動電路運行。電動機(jī)啟動后按照額定轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，由于電網(wǎng)電壓有一定的波動，砂輪和工件的磨擦負(fù)載不斷的變化，都會影響電動機(jī)的轉(zhuǎn)速誤差，標(biāo)準(zhǔn)砂輪電動機(jī)起動電路一般只有一種加工速度，難以適應(yīng)不同工件大小的要求不同的加工相對線速度，以致于所加工工件的加工精密度很難保證。
因此從提高加工質(zhì)量和加工效率，節(jié)約能源等方面考慮，將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于外圓磨床中，可以收到滿意的效果。機(jī)械加工行業(yè)外圓磨床所加工的產(chǎn)品種類繁多，工件大小尺寸不同，要求加工精度各異。相對的要求砂輪轉(zhuǎn)速于主軸的線速度不同，單純的調(diào)整主軸的轉(zhuǎn)速來滿足工件的加工線速度很難調(diào)整到理想狀態(tài)。又由于軸桿類在加工過程中所產(chǎn)生的應(yīng)力彎曲，在磨削過程中會產(chǎn)生砂輪進(jìn)給的力矩不同，這樣就帶來砂輪輸出轉(zhuǎn)速/力矩不同的變化，相應(yīng)的會產(chǎn)生振刀紋/燒糊紋等，磨削精度很難保證，由此造成生產(chǎn)效率低，精品率低等。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)的越來越普及，在機(jī)械加工行業(yè)變頻器的應(yīng)用收到很好的效果。變頻器的無級調(diào)速，軟啟動，恒轉(zhuǎn)矩輸出極大的滿足了機(jī)械加工設(shè)備對恒速度/恒轉(zhuǎn)矩的要求。
外圓磨床加工的負(fù)載特性根據(jù)不同的軸桿類直徑的大小，主砂輪電動機(jī)的轉(zhuǎn)速等于砂輪輸出的轉(zhuǎn)速。磨削力的大小取決于砂輪電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。在驅(qū)動工件旋轉(zhuǎn)的主軸電動機(jī)的高速段，相對于砂輪輸出轉(zhuǎn)速不變，所加工的工件直徑小，磨削進(jìn)給少；加工大直徑，長軸類工件時，工件旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)在低速段，砂輪進(jìn)給量大，砂輪磨削力也在變大，電動機(jī)很難在恒轉(zhuǎn)矩/恒速度下運行。］
速度的變化就產(chǎn)生了如振刀紋/燒糊紋/加工精度等的變化。變頻調(diào)速電動機(jī)的無級調(diào)速，恒轉(zhuǎn)矩輸出恰能彌補(bǔ)上述缺陷。變頻器的選擇根據(jù)系統(tǒng)運行的特點，考慮滿足機(jī)械加工外圓磨床的使用要求和設(shè)備投資費用等角度考慮，選用帶自動轉(zhuǎn)矩提升功能的通用型V/F變頻器。以東元Speecon—7200MA系列為例，根據(jù)砂輪電動機(jī)的功率不同選用18.5KW/15KW的變頻器，以15KW為例，額定電壓三相380V，輸出電流32A，頻率控制0.5—400HZ，速度控制0.1%，過負(fù)載能力150%/60S。
具有自動轉(zhuǎn)矩提升功能，柔性PWM控制，可實現(xiàn)更低噪音運行，多于10段的轉(zhuǎn)速控制。系統(tǒng)的啟動與調(diào)速外圓磨床的主砂輪電動機(jī)起動電路多采用星—三角轉(zhuǎn)換起動電路。用變頻器取代原有電路，利用原有接觸器的常開觸點控制變頻器的運行，考慮砂輪啟動的慣性，變頻器軟啟動時間設(shè)定為10S，停止剎車時間設(shè)定為15S，根據(jù)不同類型的砂輪啟動力矩可在50%--80%之間調(diào)節(jié)設(shè)定。
系統(tǒng)速度通過外接可調(diào)電位器調(diào)節(jié)頻率，根據(jù)工件直徑不同的適應(yīng)速度調(diào)整，因受電動機(jī)高速時的機(jī)械強(qiáng)度/噪音/振動等因素的限制，電動機(jī)最高頻率設(shè)定為60HZ；因低速時電動機(jī)散熱效果差，考慮工件旋轉(zhuǎn)的變速因素和實際最大加工工件尺寸，最低頻率設(shè)定為35HZ，基準(zhǔn)頻設(shè)定為50HZ。由前面的負(fù)載特性分析可知，高速段為恒功率性質(zhì)，低速段為恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)，且低轉(zhuǎn)速時負(fù)載要求轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)。對電動機(jī)基準(zhǔn)頻以上，為保證電動機(jī)不過壓，采用恒壓變頻調(diào)速。
由電動機(jī)理論可知，當(dāng)電壓不變，頻率增大時，電動機(jī)每極下的磁通隨著頻率的增大而減小；當(dāng)電動機(jī)電流為額定電流時，最大允許輸出轉(zhuǎn)矩減小，容許輸出功率不變，屬恒功率調(diào)速，適用于恒功率負(fù)載。基頻以下，為保證電動機(jī)每極下磁通不變，采用V/F=常數(shù)的變壓變頻調(diào)速，當(dāng)電動機(jī)的電流為額定電流時，電動機(jī)容許輸出轉(zhuǎn)矩不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。
但當(dāng)速度較低時因電動機(jī)內(nèi)阻不可忽略，若仍保持V/F為常數(shù)，則電動機(jī)轉(zhuǎn)矩將減小，無法滿足低速時負(fù)載要求的轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)的性能，因此采用變頻器的轉(zhuǎn)矩自動補(bǔ)償功能，選擇補(bǔ)償后的V/F曲線加以修正。系統(tǒng)設(shè)計的注意事項磨削砂輪平衡的精度要提高：將電動機(jī)在額定轉(zhuǎn)速上運行，為了減小高速時的振動，應(yīng)提高電動機(jī)轉(zhuǎn)子和砂輪的動平衡度，并加以校正。
低速時的散熱情況：因電動機(jī)為自冷風(fēng)扇方式散熱冷卻，低速時散熱條件變差，而負(fù)載轉(zhuǎn)矩較大，電動機(jī)溫度會增加，因此最低轉(zhuǎn)速的設(shè)定以電動機(jī)表面溫差不超過容許值為依據(jù)。變頻調(diào)速時因變頻器輸出含有高次諧波，會在電動機(jī)中產(chǎn)生電磁噪音，因此輸出端要安裝零相雜訊濾波器，可降低輔射干擾及感應(yīng)雜訊。變頻器的參數(shù)設(shè)定項目重要將反轉(zhuǎn)/最高頻率/失速等功能鎖定！