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单台专用高频变频器驱动多主轴电机方案设


&nbs大倾角皮带p;

1&nbs板式喂料机p; 引言
    随着变频技术的发展  ,其应用领域与应用需求也越来越多样化 。某瑞士产VOUMARD203N3X3Y内圆磨床由于电控设备损坏, 导致机床不能正常运行, 考虑到该机床为进口产品  ,年代长  ,无法自行修复  ,且维自动提升机小型提升机修费用和购买费用都很高  ,故厂家决定将其进行改造 。VOUMARD203N3X3Y内圆磨床磨头电主轴共有五种类型  ,参数各不相同  ,要求采用一台专用变频器及相应的控制部件完成系统的电气控制  ,实现主轴的调速 。本文通过分析设备中五种磨头主轴电机的特性  ,提出并分析了两种解决方案  ,选择了其中一种性价比较好的方案  ,取得了较好的使用效果 。

2&n石料破碎机bsp; 驱动要求及方案对照
2.矿用刮板输送机1 驱动要求及难点
(1) 磨床主拍击筛轴电机参数
厂碎石生产线设备家提供的磨床主轴电机参数如下:
l 1号磨头工作频率933Hz  ,最高转速28000r/min  ,功率2.3kW 448V 4.5A粮食输送设备;
l 2号磨头工作频率900H砂石分离机z  ,最高转速18000r/min  ,功率3kW  432V  6.6A;
l&管式螺旋输送机nbsp;3号磨头工作频率966Hz  ,最高转速58000r/min  ,功率1kW  465V  1.75A;
l 4号磨头工作频率1250重锤破碎机Hz, 最高转速75000r/min  ,功率1.3kW  191V  9A;
l 5号磨头工作频率2000Hz  ,最高转速105000r/min,  功率0.53kW  306V&nbs振动给料机p; 2A 。
(2) 驱动要电机振动给料机求
l 一台悬挂输送变频器对5个主轴电机均可单独控制  ,在整个频率范围内变频器均能正常工作;
l 要求在更换电主轴后  ,变频器的参数和相应的电主轴参DY型移动输送机数自动相匹配;
l 变频器和磨床主轴冷却、润滑系统有联锁保护功能;
l 变频器具备减速停车功能 。
(3) 技术难点
根据加工工艺和电机性能的要求可知  ,实现该控制存在以下几个难点:
l 调频范围宽
变频器调频范围在0~2000Hz的宽频率范围内  ,目前  ,许多生产厂家无该类型产品;
l 两种电压供电
同一台变频器提供两种电压范围460V和306V, 这样对供电电源提出较高要求;
l 参数匹配
参数、工作状态与当前选择的磨头相匹配 。
2.2 方案对照
经过对厂家提出的要求进行仔细分析  ,提出如下两种方案:
(1) 方案1:输入变压器+变频器+输出电抗器方案
由于磨头电压有460V和300V两种电压等级  ,设计工频输入变压器  ,原边380V供电  ,副边两个绕组  ,分别为(U1,V1,W1) 460V, (U2,V2,W2) 306V, 中间采用接触器进行逻辑控制  ,按照不同磨头选择相应供电电压;变频器选用西安春日电气公司KVFG-H高频系列产品  ,频率调节范围0~2500Hz  ,对其进行专用化改造;输出侧加电源滤波器  ,以减小输出谐波对主轴电机的冲击;具体原理框图如1所示 。


图1  方案1原理框图


方案1优点在于充分利用变频器宽工作电压范围的特点  ,采用不同工作电源  ,使单台变频器满足五种不同磨头的电机 。缺点是变频器内部相应的电压、电流检测及定标改动较大 。
(2) 方案2:变频器+输出高频变压器方案根据磨头电压460V和306V两种等级  ,设计输出变压器  ,原边由高频变频器输出0~380V供电  ,副边两个绕组  ,分别输出对应 (U1,V1,W1)0~460V, (U2,V2,W2)0~306V电压 。
采用接触器进行逻辑控制  ,按照不同磨头选择相应供电电压;变频器仍选用西安春日电气公司KVFG-H高频系列产品  ,频率调节范围0~2500Hz  ,对其进行专用化改造;具体原理框图如2所示 。


图2   方案2原理框图

方案2优点在于变频器工作电压保持380V不变  ,程序该动小  ,设计高频变压器满足两种电压等级  ,使单台变频器满足五种不同磨头电机 。缺点是在0~2500Hz工作PWM波输入高频变压器难以加工 。
 
3  参数选型设计
    通过对驱动要求进行分析对照  ,决定采用方案1  ,并进行了系统设计  ,关键部件选型设计如下:
(1) 变压器选型设计
变压器原边输入电源为50Hz  ,380V三相交流  ,副边输出为双绕组  ,一组为465V,另一组为306V,容量根据磨头电机中最大功率3kW并考虑一定余量  ,选用8kVA 。
(2) 专用变频器选型设计
变频器作为该控制设备中的核心部件  ,其性能直接关系到该方案能否实现 。本设计选用西安春日电气有限公司KVFG-H475E变频器,变频器采用电压空间矢量脉宽调制变频调速技术、同步调制方式  ,调频范围0~2500Hz  ,开关频率达到18kHz(其参数为:Vin=3AC(300~460)V  ,Vout=3AC(0~4600)V  ,Pw=7.5kW  ,Ie=17A) 。
根据厂家提出的要求  ,通过修改变频器外部端子X1功能  ,实现了系统冷却、润滑准备就绪输入信号接口功能;修改外部端子EMS功能  ,实现了系统冷却、润滑故障报警功能;修改外部端子OUT1,OUT2功能,实现了磨头选择切换;作为变频器核心技术的V/F曲线设置  ,根据磨头电机特性的不同  ,设置了五组功能码选项  ,用以选择匹配的V/F工作曲线 。图3给出了一组部分V/F曲线示意图 。


图3  V/F曲线示意图


(3) 输出滤波电抗器的选型
由于变频器输出的电压为PWM波, 含有谐波成分, 同时, 开关元器件工作时产生的dv/dt会对主轴电机的绝缘特性及正常工作带来很大的危害 。因此本系统选用:25A、0.015mH、0~2500Hz输出电抗器进行滤波 。
4  结束语
    本文针对进口磨床改造中  ,采用单台特种变频器实现对五种磨头的综合控制   ,采用变压器加变频器输入宽电压工作范围的方案  ,解决了单台机型两种供电电压问题;同时通过程序软件实现了个性化磨头V/F特性曲线的设置  ,以及外部各种系统联锁控制 。该方案在实践中已取得很好的使用效果  。

参考文献
[1] 西安春日. 变频器调速器应用手册
[2] 郭世明,黄念慈. 电力电子技术. 成都:西南交通大学出版社   ,2002

 

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