臺(tái)式鉆床調(diào)速裝置的升級(jí)改造

程致梁

(新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453000)

0 前言

臺(tái)鉆采用變頻器構(gòu)成變頻調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)，是為了滿足提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、改善產(chǎn)品質(zhì)量、提高自動(dòng)化程度、提高生活質(zhì)量及改善生活環(huán)境等要求；也是為了節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本。根據(jù)不同工況選擇不同類型的變頻器。變頻器主要由整流(交流變直流)、濾波、逆變(直流變交流)、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測單元微處理單元等組成。根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來提供所需電源電壓，實(shí)現(xiàn)節(jié)能調(diào)速。

隨著機(jī)械工程技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的日益發(fā)展，三相交流異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速已經(jīng)從繼電器控制時(shí)代發(fā)展到今天的由變頻器控制調(diào)速，隨著交流變頻技術(shù)的日趨完善，特別是在大功率高壓設(shè)備上的應(yīng)用效果更加明顯。對(duì)耗電大、生產(chǎn)環(huán)境惡劣的機(jī)械行業(yè)推廣應(yīng)用變頻技術(shù)更具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 臺(tái)式鉆床及調(diào)速裝置介紹

臺(tái)鉆由電動(dòng)機(jī)通過塔輪調(diào)速，使主軸可變五種轉(zhuǎn)速，頭架可在立柱上移動(dòng)，可繞立柱中心轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整到適當(dāng)位置后用手柄鎖緊。這種臺(tái)鉆使用方便，但是由于構(gòu)造簡單，變速部分直接用帶輪變速，最低轉(zhuǎn)速較高，一般在400r/min以上，不能滿足特殊材料或工藝需用低速加工需求。

臺(tái)鉆主軸轉(zhuǎn)速的調(diào)整方法：需根據(jù)工況的不同選擇轉(zhuǎn)速。調(diào)整時(shí)主軸停轉(zhuǎn)，用手轉(zhuǎn)動(dòng)帶輪，先將V帶掛在小帶輪上，再掛在大帶輪上，調(diào)整到位。通過加裝變頻器調(diào)速裝置，可以提升臺(tái)鉆的調(diào)速效果，三相交流異步電動(dòng)機(jī)的定子是用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的，三相交流異步電動(dòng)機(jī)定子鐵心是電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，由0.35～0.5mm厚表面涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊壓而成。由于硅鋼片較薄而且片與片之間是絕緣的，減少了由于交變磁通通過而引起的鐵心渦流損耗。鐵心內(nèi)圓有均勻分布的槽口，用來嵌放定子繞圈。定子繞組是三相交流異步電動(dòng)機(jī)的電路部分，三相交流異步電動(dòng)機(jī)有三相繞組，通入三相對(duì)稱電流時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。在電機(jī)定子中通入三相交流電，使其產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)速為n。不同的磁極對(duì)數(shù)p，在相同頻率f=50Hz的交流電作用下，會(huì)產(chǎn)生不同的同步轉(zhuǎn)速n，電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速小于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，它和感應(yīng)電機(jī)基本上是相同的。

2 三相異步電動(dòng)機(jī)與高性能矢量變頻調(diào)速器

本次升級(jí)改造選用的是V800系列高性能矢量變頻調(diào)速器適用于一般的工業(yè)三相交流異步電動(dòng)機(jī)。正確選擇通用型變頻器對(duì)于傳動(dòng)系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行時(shí)至關(guān)重要的，首先要明確使用通用變頻器的目的，按照生產(chǎn)機(jī)械的類型、調(diào)速范圍、速度響應(yīng)和控制精度、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩等要求，充分了解變頻器所驅(qū)動(dòng)負(fù)載特性，決定采用什么功能的通用變頻器構(gòu)成控制系統(tǒng)，然后決定選用哪種控制方式最合適。所選用的通用變頻器應(yīng)是既滿足生產(chǎn)工藝要求，又要在技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上合理。若對(duì)通用變頻器選型、系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用不當(dāng)，往往會(huì)使通用變頻器不能正常的運(yùn)行、達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)，甚至引發(fā)設(shè)備故障，造成不必要的損失。另外，為了確保通用變頻器長期可靠的運(yùn)行，變頻器的地線的連接也是非常重要的。

2.1 變頻器的安裝要求

鉆床的調(diào)速裝置中，變頻器安裝環(huán)境要求有以下內(nèi)容，以V800系列變頻器為例，其為壁掛式變頻器，應(yīng)垂直安裝，以利于空氣流通散熱，變頻器與周圍物體之間的距離應(yīng)滿足兩個(gè)條件:兩側(cè)A>100mm；上下F>150mm。安裝變頻器的場所應(yīng)具備以下的條件：(1)禁止將變頻器安裝在易燃物上；(2)不要將變頻器安裝在陽光直射的地方，否則有損壞財(cái)物的危險(xiǎn)；(3)本系列變頻器不能安裝在含有爆炸性氣體的環(huán)境里，否則有引發(fā)爆炸的危險(xiǎn)；(4)不要將異物掉入變頻器內(nèi)，否則有火災(zāi)或受傷的危險(xiǎn)；(5)安裝時(shí)，應(yīng)將變頻器安裝在能夠承受其重量的地方，否則有掉落時(shí)受傷或財(cái)物損壞的危險(xiǎn)。多臺(tái)變頻器采用上下安裝時(shí)，變頻器之間應(yīng)用導(dǎo)流隔板以確保散熱良好。如圖1所示單臺(tái)變頻器的安裝間隔及距離要求。如圖2所示多臺(tái)變頻器采用上下安裝時(shí)，變頻器之間應(yīng)用導(dǎo)流隔板以確保散熱良好。

圖1 安裝的間隔距離圖

圖2 多臺(tái)變頻器的安裝

2.2 變頻器的配線

安裝鉆床調(diào)速裝置配線的注意事項(xiàng)：(1)空氣開關(guān)要安裝在變頻器與電源當(dāng)中，以免變頻器故障時(shí)事故擴(kuò)大。在安裝變頻器時(shí)，讓其與電機(jī)間的距離不超過30cm，如果過長，則需要調(diào)整變頻器的載波頻率。(2)電磁干擾影響嚴(yán)重的話，就需要調(diào)整，需要將浪涌吸收器安裝在變頻器相關(guān)電路中的輔助電氣裝置的線圈上。(3)選擇合適規(guī)格的接線使用在Al、AO、RS485模擬信號(hào)使用中，屏蔽層需要接地，一般選擇變頻器接地端子處(保持屏蔽層單端接地)，接線長度不能大于30cm。(4)規(guī)格為0.75mm2以上的絞合線或屏蔽線應(yīng)用在DI、DO以及繼電器輸出回路的接線上。(5)強(qiáng)電接線與弱電控制線需要隔離，平行布線應(yīng)相隔10cm以上，交又布線應(yīng)使其垂直。(6)所有引線必須與端子充分緊固，以保證接觸良好。相關(guān)接線耐壓等級(jí)應(yīng)符合變頻器電壓等級(jí)。注意：吸收電容不能出現(xiàn)在U、V、W輸出端。

2.3 變頻器的調(diào)速與使用

(1)變頻器的常用參數(shù)：P0.00(G/P機(jī)型設(shè)定)，0：G型機(jī)，1：P型機(jī)；P0.07(下限頻率)，0.0 Hz～[P0.08]；P0.08(上限頻率)，[P0.07]～600.00Hz；P7.00(運(yùn)行方向設(shè)定)，個(gè)位：0表示與設(shè)定方向一致，1表示與設(shè)定方向相反。十位：0表示反轉(zhuǎn)防止無效，1表示反轉(zhuǎn)防止有效。

(2)參數(shù)控制正轉(zhuǎn)步驟：按下確認(rèn)/ENTER鍵；把參數(shù)P0.00調(diào)到P7.003.按下確認(rèn)/ENTER鍵，調(diào)到0000；按下確認(rèn)/ENTER鍵，再按下返回/ESC鍵，回到初始狀態(tài)；運(yùn)行，調(diào)節(jié)旋鈕，正轉(zhuǎn)。

(3)參數(shù)控制反轉(zhuǎn)步驟：按下確認(rèn)/ENTER鍵；把參數(shù)P0.00調(diào)到P7.00；按下確認(rèn)/ENTER鍵，調(diào)到0001；按下確認(rèn)/ENTER鍵，再按下返回/ESC鍵，回到初始狀態(tài)；運(yùn)行，調(diào)節(jié)旋鈕，反轉(zhuǎn)。

(4)參數(shù)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速步驟：增大/減小轉(zhuǎn)速：按下確認(rèn)/ENTER鍵；調(diào)至參數(shù)P0.00到P0.08；按下確認(rèn)/ENTER鍵，會(huì)顯示0000；按下增大/減小鍵，可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速范圍0000～6000；調(diào)節(jié)到設(shè)定轉(zhuǎn)速后按下確認(rèn)/ENTER鍵，再按下返回/ESC鍵，回到初始狀態(tài)；運(yùn)行，旋轉(zhuǎn)旋鈕。

2.4 變頻器的故障分析及處理

(1)過電流故障：跳閘是因?yàn)楫a(chǎn)生過電流，變頻器調(diào)速產(chǎn)生過電流，故障檢測：首先排除短路，在確認(rèn)是否接地；排除機(jī)械；檢查逆變器；調(diào)試運(yùn)行時(shí)間；降低扭矩上升數(shù)值；排除變頻器自身問題設(shè)置好諧波干擾數(shù)值。

(2)過電壓故障：變頻器產(chǎn)生沒有電壓現(xiàn)象進(jìn)行故障檢測，檢查電源電壓、設(shè)置足夠的減速時(shí)間，可排除放電部分或制動(dòng)單元故障。

(3)欠電壓故障：通過變頻器顯示數(shù)據(jù)判斷欠電壓，故障檢測：確認(rèn)電源正常、電壓正常；確認(rèn)主回路電器元件及回路設(shè)計(jì)正常；排除電源系統(tǒng)中存在大電流負(fù)載。

(4)過載故障：通過變頻器顯示數(shù)據(jù)判斷過載，故障檢測：選擇合適的變頻器與負(fù)載；加大熱繼電器保護(hù)設(shè)定值；加大轉(zhuǎn)矩提升量；變頻器內(nèi)部故障。

該裝置通過運(yùn)用變頻技術(shù)，使得電機(jī)定子電源頻率變化。變頻調(diào)起著很重要的作用，其有過電流保護(hù)和失速防止功能，特別出現(xiàn)不穩(wěn)定電流時(shí)，峰值超過了其檢測值。而失速防止功能是為了避免頻繁的跳閘給生產(chǎn)帶來的不便。在減速制動(dòng)過程中和浪涌電壓所引起有過電壓保護(hù)功能，同時(shí)當(dāng)總體電壓降低后，會(huì)引起主電路直流電壓下降，從而使各支路的電壓隨之降低，其中變頻器的的輸出電壓也降低，則電動(dòng)扭矩不夠，產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象，該保護(hù)功能動(dòng)作，變頻器就會(huì)停止輸出。

電源突然沒有供電時(shí)，主電路直流電壓隨之降低，主電路隨時(shí)會(huì)出現(xiàn)電壓不夠的情況。為了能夠使系統(tǒng)依然正常工作，所以又了瞬間停電再啟動(dòng)功能。

電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行電流雖然比額定值高，但電流高處的量在合理范圍內(nèi)，產(chǎn)生強(qiáng)大沖擊電流的幾率不大，電動(dòng)機(jī)能夠旋轉(zhuǎn)。通常使用熱繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行過載保護(hù)。