數控車床是機電一體化的典型產品,是集機床、機、電機及其拖動、自動控制、檢測等技術為一身的自動化設備.其中主軸運動是數控車床的一個重要,以完成切削任務,其動力約占整臺車床的動力的70%～80%.基本控制是主軸的正、反轉和停止,可自動換檔和無級調速。

    

   在數控車床中,主軸控制裝置通常是采用交流變頻器來控制交流主軸電動機。下面重點介紹下無速度傳感器的矢量控制變頻器：

 

1、主軸變頻器的基本選型

 

    目前較為簡單的一類變頻器是V/F控制(簡稱標量控制),它就是一種電壓發生模式裝置,對調頻過程中的電壓進行給定變化模式調節,常見的有線性V/F控制(用于恒轉矩)和平方V/F控制(用于風機水泵變轉矩)。標量控制的弱點在于低頻轉矩不夠(需要轉矩提升)、速度穩定性不好(調速范圍1:10),因此在車床主軸變頻使用過程中被逐步淘汰,而矢量控制的變頻器正逐步進行推廣。

 

    所謂矢量控制,最通俗的講,為使鼠籠式異步機像直流電機那樣具有優秀的運行性能及很高的控制性能,通過控制變頻器輸出電流的大小、頻率及其相位,用以維持電機內部的磁通為設定值,產生所需要的轉矩。

 

    矢量控制相對于標量控制而言,其優點有:(1)控制特性非常優良,可以直流電機的電樞電流加勵磁電流調節相媲美;(2)能適應要求高速響應的場合;(3)調速范圍大(1:100);(4)可進行轉矩控制。

 

    當然相對于標量控制而言,矢量控制的結構復雜、計算煩瑣,而且必須存貯和頻繁地使用電動機的參數.矢量控制分無速度傳感器和有速度傳感器兩種方式,區別在于后者具有更高的速度控制精度(萬分之五),而前者為千分之五,但是在數控車床中無速度傳感器的矢量變頻器的控制性能已經符合控制要求,所以這里推薦并先容無速度傳感器的矢量變頻器。

 

2、無速度傳感器的矢量變頻器

 

    無速度傳感器的矢量變頻器具有以下特點:(1)電機參數自動辯識和手動輸進相結合;(2)過載能力強,如50%額定輸出電流2min、180%額定輸出電流10s;(3)低頻高輸出轉矩,如150%額定轉矩/1HZ;(4)各種保護齊全(通俗地講,就是不輕易炸模塊).

 

    無速度傳感器的矢量控制變頻器不僅改善了轉矩控制的特性,而且改善了針對各種負載變化產生的不特定環境下的速度可控性。在實驗中,同樣將2Hz的矢量變頻控制和V/F控制變頻進行比較發現,前者具有更強的輸出力矩,切削力幾乎與正常頻段(如30Hz或50Hz)相同。

 

3、矢量控制中的電機參數辨識

 

    由于矢量控制是著眼于轉子磁通來控制電機的定子電流,因此在其內部的算法中大量涉及到電機參數。從異步電動機的T型等效電路表示中可以看出,電機除了常規的參數如電機極數、額定功率、額定電流外,還有R1(定子電阻)、X11(定子漏感抗)、R2(轉子電阻)、X21(轉子漏感抗)、Xm(互感抗)和I0(空載電流)。

 

    參數辨識中分電機靜止辨識和旋轉辨識2種,其中在靜止辨識中,變頻器能自動丈量并頂子和轉子電阻以及相對于基本頻率的漏感抗,并同時將丈量的參數寫進;在旋轉辨識中,變頻器自動丈量電機的互感抗和空載電流。

 

    在參數辨識中,必須留意:(1)若旋轉辨識中出現過流或過壓故障,可適當增減加減速時間;(2)旋轉辨識只能在空載中進行;(3)如辨識前必須首先正確輸進電機銘牌的參數。

 

4、數控車床主軸變頻矢量控制的功能設置

 

   使用在主軸中變頻器的功能設置分以下幾部分：

 (1) 矢量控制方式的設定和電機參數；

 (2) 開關量數字輸進和輸出；

 (3) 模擬量輸進特性曲線；

 (4) SR速度閉環參數設定。