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            單臺專用高頻變頻器驅動多主軸電機方案設


            &nbs大傾角皮帶p;

            1&nbs板式喂料機p; 引言
                隨著變頻技術的發展,其應用領域與應用需求也越來越多樣化。某瑞士產VOUMARD203N3X3Y內圓磨床由于電控設備損壞, 導致機床不能正常運行, 考慮到該機床為進口產品,年代長,無法自行修復,且維自動提升機小型提升機修費用和購買費用都很高,故廠家決定將其進行改造。VOUMARD203N3X3Y內圓磨床磨頭電主軸共有五種類型,參數各不相同,要求采用一臺專用變頻器及相應的控制部件完成系統的電氣控制,實現主軸的調速。本文通過分析設備中五種磨頭主軸電機的特性,提出并分析了兩種解決方案,選擇了其中一種性價比較好的方案,取得了較好的使用效果。

            2&n石料破碎機bsp; 驅動要求及方案對照
            2.礦用刮板輸送機1 驅動要求及難點
            (1) 磨床主拍擊篩軸電機參數
            廠碎石生產線設備家提供的磨床主軸電機參數如下:
            l 1號磨頭工作頻率933Hz,最高轉速28000r/min,功率2.3kW 448V 4.5A糧食輸送設備;
            l 2號磨頭工作頻率900H砂石分離機z,最高轉速18000r/min,功率3kW  432V  6.6A;
            l&管式螺旋輸送機nbsp;3號磨頭工作頻率966Hz,最高轉速58000r/min,功率1kW  465V  1.75A;
            l 4號磨頭工作頻率1250重錘破碎機Hz, 最高轉速75000r/min,功率1.3kW  191V  9A;
            l 5號磨頭工作頻率2000Hz,最高轉速105000r/min,  功率0.53kW  306V&nbs振動給料機p; 2A。
            (2) 驅動要電機振動給料機求
            l 一臺懸掛輸送變頻器對5個主軸電機均可單獨控制,在整個頻率范圍內變頻器均能正常工作;
            l 要求在更換電主軸后,變頻器的參數和相應的電主軸參DY型移動輸送機數自動相匹配;
            l 變頻器和磨床主軸冷卻、潤滑系統有聯鎖保護功能;
            l 變頻器具備減速停車功能。
            (3) 技術難點
            根據加工工藝和電機性能的要求可知,實現該控制存在以下幾個難點:
            l 調頻范圍寬
            變頻器調頻范圍在0~2000Hz的寬頻率范圍內,目前,許多生產廠家無該類型產品;
            l 兩種電壓供電
            同一臺變頻器提供兩種電壓范圍460V和306V, 這樣對供電電源提出較高要求;
            l 參數匹配
            參數、工作狀態與當前選擇的磨頭相匹配。
            2.2 方案對照
            經過對廠家提出的要求進行仔細分析,提出如下兩種方案:
            (1) 方案1:輸入變壓器+變頻器+輸出電抗器方案
            由于磨頭電壓有460V和300V兩種電壓等級,設計工頻輸入變壓器,原邊380V供電,副邊兩個繞組,分別為(U1,V1,W1) 460V, (U2,V2,W2) 306V, 中間采用接觸器進行邏輯控制,按照不同磨頭選擇相應供電電壓;變頻器選用西安春日電氣公司KVFG-H高頻系列產品,頻率調節范圍0~2500Hz,對其進行專用化改造;輸出側加電源濾波器,以減小輸出諧波對主軸電機的沖擊;具體原理框圖如1所示。


            圖1  方案1原理框圖


            方案1優點在于充分利用變頻器寬工作電壓范圍的特點,采用不同工作電源,使單臺變頻器滿足五種不同磨頭的電機。缺點是變頻器內部相應的電壓、電流檢測及定標改動較大。
            (2) 方案2:變頻器+輸出高頻變壓器方案根據磨頭電壓460V和306V兩種等級,設計輸出變壓器,原邊由高頻變頻器輸出0~380V供電,副邊兩個繞組,分別輸出對應 (U1,V1,W1)0~460V, (U2,V2,W2)0~306V電壓。
            采用接觸器進行邏輯控制,按照不同磨頭選擇相應供電電壓;變頻器仍選用西安春日電氣公司KVFG-H高頻系列產品,頻率調節范圍0~2500Hz,對其進行專用化改造;具體原理框圖如2所示。


            圖2   方案2原理框圖

            方案2優點在于變頻器工作電壓保持380V不變,程序該動小,設計高頻變壓器滿足兩種電壓等級,使單臺變頻器滿足五種不同磨頭電機。缺點是在0~2500Hz工作PWM波輸入高頻變壓器難以加工。
             
            3  參數選型設計
                通過對驅動要求進行分析對照,決定采用方案1,并進行了系統設計,關鍵部件選型設計如下:
            (1) 變壓器選型設計
            變壓器原邊輸入電源為50Hz,380V三相交流,副邊輸出為雙繞組,一組為465V,另一組為306V,容量根據磨頭電機中最大功率3kW并考慮一定余量,選用8kVA。
            (2) 專用變頻器選型設計
            變頻器作為該控制設備中的核心部件,其性能直接關系到該方案能否實現。本設計選用西安春日電氣有限公司KVFG-H475E變頻器,變頻器采用電壓空間矢量脈寬調制變頻調速技術、同步調制方式,調頻范圍0~2500Hz,開關頻率達到18kHz(其參數為:Vin=3AC(300~460)V,Vout=3AC(0~4600)V,Pw=7.5kW,Ie=17A)。
            根據廠家提出的要求,通過修改變頻器外部端子X1功能,實現了系統冷卻、潤滑準備就緒輸入信號接口功能;修改外部端子EMS功能,實現了系統冷卻、潤滑故障報警功能;修改外部端子OUT1,OUT2功能,實現了磨頭選擇切換;作為變頻器核心技術的V/F曲線設置,根據磨頭電機特性的不同,設置了五組功能碼選項,用以選擇匹配的V/F工作曲線。圖3給出了一組部分V/F曲線示意圖。


            圖3  V/F曲線示意圖


            (3) 輸出濾波電抗器的選型
            由于變頻器輸出的電壓為PWM波, 含有諧波成分, 同時, 開關元器件工作時產生的dv/dt會對主軸電機的絕緣特性及正常工作帶來很大的危害。因此本系統選用:25A、0.015mH、0~2500Hz輸出電抗器進行濾波。
            4  結束語
                本文針對進口磨床改造中,采用單臺特種變頻器實現對五種磨頭的綜合控制,采用變壓器加變頻器輸入寬電壓工作范圍的方案,解決了單臺機型兩種供電電壓問題;同時通過程序軟件實現了個性化磨頭V/F特性曲線的設置,以及外部各種系統聯鎖控制。該方案在實踐中已取得很好的使用效果。

            參考文獻
            [1] 西安春日. 變頻器調速器應用手冊
            [2] 郭世明,黃念慈. 電力電子技術. 成都:西南交通大學出版社,2002

             

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