变频调速在龙门刨床中的高效节能控制研究.docx

变频调速在龙门刨床中的高效节能控制研究张会娜 刘文胜（.河南科技大学电信工程学院，河南 洛阳，.平顶山工业职业技术学院，河南 平顶山，）摘要：针对老式龙门刨床主传动系统的拖动存在的问题，提出采用变频调速，叙述了变频调速的优点，分析了变频调速在龙门刨床中的节能原理和节能计算。变频调速装置除了具有节能效果外，还可以改善工艺状况，具有广泛的优越性。关键词：龙门刨床；变频调速；节能一、 引言龙门刨床是机械加工行业的大型关键设备之一，运动的一个主要特点就是需要快速地起动、制动和正反转，采用的主传动系统主要有三种形式：晶闸管直流电动机系统（系统）、直流发电机直流电动机系统（系统）和感应电动机电磁离合器系统（系统）。这三种控制系统大都采用能耗制动方式，即通过内置或外加制动电阻的方法将电能消耗在大功率电阻器中，实现电机的四象限运行，该方法虽然简单，但有如下严重缺点:： () 浪费能量，降低了系统的效率。() 电阻发热严重，影响系统的其他部分正常工作。() 简单的能耗制动有时不能与时抑制快速制动产生的泵升电压，限制了制动性能的提高(制动力矩大，调速范围宽，动态性能好)。 上述缺点决定了能耗制动方式只能用于几十以下的中小容量系统，随着社会的进步和科技的发展，出现了一种取代直流拖动并超越直流拖动的调速变频调速。二、变频调速的优点变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系： （），（式中、分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）；通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。变频调速已被认为是最理想、最有发展前途的调速方式之一，其优势主要体现在以下几方面： 变频调速的节能龙门刨床在机械加工行业中是常用的大型设备，工作时常需要加速和减速，当电机处于减速运行状态时，由于负载惯性作用进入发电状态，其再生能量可经逆变器馈如到交流电网。龙门刨床采用变频调速后，节电率可达到。 变频调速在电动机运行方面的优势变频调速很容易实现电机的正、反转。只需要改变变频器内部逆变管的开关顺序，即可实现输出变相，也不存在因换相不当而烧坏电动机的问题。变频调速系统启动大都从低速区开始，变频较低。加、减速时间可以任意设定，故加、减速过程比较平缓，启动电流较小，可以进行较高频率的起停。变频调速制动时，变频器可以利用自己的制动回路，将机械负载的能量消耗在制动电阻上，也可回馈给供电电网，但回馈给电网需增加专用附件，投资较大。除此之外，变频器还具有直流制动功能，需要制动时，变频器给电机加上一个直流电压，进行制动，而无需另加制动控制电路。 以提高工艺水平和产品质量的应用采用变频调速可以提高企业的产品成品率，延长设备正常工作周期和使用寿命，使操作和控制系统得以简化，有的甚至可以改变原有的工艺规范，从而提高了整个设备控制水平。三、龙门刨床交流变频调速系统的组成工作台主传动采用变频器（）驱动一台异步电机代替系统中的两套机组，实现无级调速。电气控制部分采用可编程（）无触点控制。工作台采用能量回馈装置实现快速制动，其减速、换向控制采用高可靠性接近开关配以软件换向程序。其系统组成如图所示。图 电气系统控制框图四、变频调速在龙门刨床中的节能分析由电机学知识得知，电动机的调速方式必须与负载类型相配合，否则电动机就得不到充分利用，造成电动机容量的浪费。龙门刨床属混合型负载，与很多切削机床相同，刨台运动特性分两种情况分析。      4.1.1  低速区      刨台运动速度较低时，此时刨刀允许的切削力由电动机最大转矩决定。电动机确定后，即确定了低速加工时的最大切削力。因此，在低速加工区，电动机为恒转矩输出。        高速区      速度较高时，此时切削力受机械结构的强度限制，允许的最大切削力与速度成反比，因此，电动机为恒功率输出。 由此可得， 龙门 图  负载机械特性刨床机械特性曲线分为如图所示两段。 为充分利用电动机容量，同时满足负载对电动机的要求，龙门刨床主拖动电动机运行时的机械特性应与负载机械特性配合，即电动机机械特性应靠近并位于负载机械特之 上。     变频调速机械特性    从电动机调速理论可知，若采用变频调速，在频率低于额定频率时，电动机调速具有恒转矩输出特性，而在高于额定频率区，电动机电压不能升高，具有恒功率输出特性。如图所示。比较可知，采用变频调速时，电动机的机 图 变频调速机械特性械特性曲线刚好与刨台 的运动所对应的特性曲线相符。 因此，适宜于采用变频调速对龙门刨床主运动系统进行改造，并使电动机的工作频率适当提高至额定频率以上。五、节能计算采用交流变频调速设计主传动系统最大优点是可以降低主传动电机容量。针对平顶山东联机械厂的型米龙门刨床来说，减少设备容量节电（全部由交流进线侧计算） 改造前总装机容量为 改造后总装机容量约为实际装备容量减少 电机实际平均出力系数取 实际耗能容量 * 平均按每天工作六小时,全年三百天计算:年节电* 平顶山工业电费平均取元年节电费*元 万元，若选用价格为万元的型变频器，则静态投资大约为个月就可收回。六、结束语变频调速用于龙门刨床设备驱动控制场合不但能够取得显著的节电效果，提高设备效率，还可以满足了生产工艺要求，没有因调速而带来附加转差损耗，调速范围大、精度高，可实现无级调速，而且容易实现协调控制和闭环控制，并且因此而大大减少了设备维护、维修费用，还降低了停产周期，直接和间接经济效益十分明显，是一种理想的调速控制方式。 参考文献：曲海波.龙门刨工作台往返控制电路的改进.电气时代，()陈伯时.电力拖动自动控制系统.北京：机械工业出版社，.李发海，王岩.电机与拖动基础.北京：清华大学出版社，.作者简介：张会娜()，女，河南许昌人，平顶山工业职业技术学院讲师，河南科技大学电信工程学院在读研究生，主要从事电气控制方面的教学和研究。, : ,