数控车床中无速度传感器的矢量控制变频器应用详解

   数控车床是机电一体化的典型产品,是集机床、机、电机及其拖动、自动控制、检测等技术为一身的自动化设备.其中主轴运动是数控车床的一个重要,以完成切削任务,其动力约占整台车床的动力的70%～80%.基本控制是主轴的正、反转和停止,可自动换档和无级调速。

    

   在数控车床中,主轴控制装置通常是采用交流变频器来控制交流主轴电动机。下面重点介绍下无速度传感器的矢量控制变频器：

 

1、主轴变频器的基本选型

 

    目前较为简单的一类变频器是V/F控制(简称标量控制),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(用于恒转矩)和平方V/F控制(用于风机水泵变转矩)。标量控制的弱点在于低频转矩不够(需要转矩提升)、速度稳定性不好(调速范围1:10),因此在车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进行推广。

 

    所谓矢量控制,最通俗的讲,为使鼠笼式异步机像直流电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,用以维持电机内部的磁通为设定值,产生所需要的转矩。

 

    矢量控制相对于标量控制而言,其优点有:(1)控制特性非常优良,可以直流电机的电枢电流加励磁电流调节相媲美;(2)能适应要求高速响应的场合;(3)调速范围大(1:100);(4)可进行转矩控制。

 

    当然相对于标量控制而言,矢量控制的结构复杂、计算烦琐,而且必须存贮和频繁地使用电动机的参数.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(万分之五),而前者为千分之五,但是在数控车床中无速度传感器的矢量变频器的控制性能已经符合控制要求,所以这里推荐并先容无速度传感器的矢量变频器。

 

2、无速度传感器的矢量变频器

 

    无速度传感器的矢量变频器具有以下特点:(1)电机参数自动辩识和手动输进相结合;(2)过载能力强,如50%额定输出电流2min、180%额定输出电流10s;(3)低频高输出转矩,如150%额定转矩/1HZ;(4)各种保护齐全(通俗地讲,就是不轻易炸模块).

 

    无速度传感器的矢量控制变频器不仅改善了转矩控制的特性,而且改善了针对各种负载变化产生的不特定环境下的速度可控性。在实验中,同样将2Hz的矢量变频控制和V/F控制变频进行比较发现,前者具有更强的输出力矩,切削力几乎与正常频段(如30Hz或50Hz)相同。

 

3、矢量控制中的电机参数辨识

 

    由于矢量控制是着眼于转子磁通来控制电机的定子电流,因此在其内部的算法中大量涉及到电机参数。从异步电动机的T型等效电路表示中可以看出,电机除了常规的参数如电机极数、额定功率、额定电流外,还有R1(定子电阻)、X11(定子漏感抗)、R2(转子电阻)、X21(转子漏感抗)、Xm(互感抗)和I0(空载电流)。

 

    参数辨识中分电机静止辨识和旋转辨识2种,其中在静止辨识中,变频器能自动丈量并顶子和转子电阻以及相对于基本频率的漏感抗,并同时将丈量的参数写进;在旋转辨识中,变频器自动丈量电机的互感抗和空载电流。

 

    在参数辨识中,必须留意:(1)若旋转辨识中出现过流或过压故障,可适当增减加减速时间;(2)旋转辨识只能在空载中进行;(3)如辨识前必须首先正确输进电机铭牌的参数。

 

4、数控车床主轴变频矢量控制的功能设置

 

   使用在主轴中变频器的功能设置分以下几部分：

 (1) 矢量控制方式的设定和电机参数；

 (2) 开关量数字输进和输出；

 (3) 模拟量输进特性曲线；

 (4) SR速度闭环参数设定。