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隨著現(xiàn)代電子電氣技術(shù)的發(fā)展成熟，極大得拓寬了變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用范疇，首先就是在機(jī)械加工行業(yè)當(dāng)中，變頻技術(shù)的應(yīng)用效果獲得了充分的體現(xiàn)。這是因?yàn)?strong>變頻器（以下簡(jiǎn)稱VFD）所具備的無(wú)級(jí)調(diào)速，軟啟動(dòng)，恒轉(zhuǎn)矩輸出等功能極大地滿足了機(jī)械加工設(shè)備的恒速度/ 恒轉(zhuǎn)矩的需求。
一、概述
外圓磨床作為一種常用的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械加工設(shè)備，在機(jī)加工領(lǐng)域中的應(yīng)用極為廣泛。傳統(tǒng)外圓磨床的砂輪電機(jī)基本都是通過(guò)傳統(tǒng)啟動(dòng)電路運(yùn)行，電機(jī)啟動(dòng)后按照額定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，但由于電網(wǎng)電壓的波動(dòng)性，這導(dǎo)致砂輪和工件的摩擦負(fù)載不斷的在變化，令電機(jī)的轉(zhuǎn)速出現(xiàn)誤差，標(biāo)準(zhǔn)砂輪電機(jī)啟動(dòng)電路一般只有一種加工速度，難以適應(yīng)不同工件大小的要求不同的加工相對(duì)線速度，以至于所加工工件的加工精密度很難保證，因此從提高加工質(zhì)量和加工效率，節(jié)約能源等方面考慮，將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于外圓磨床中，可以收到滿意的效果。
在機(jī)加工領(lǐng)域中，鑒于外圓磨床所加工產(chǎn)品的種類繁多，工件大小尺寸不一，所需加工精度也有不同。相較于要求砂輪轉(zhuǎn)速與主軸的線速度不同，單純地調(diào)整主軸的轉(zhuǎn)速來(lái)滿足工件的加工線速度是較難調(diào)整至理想狀態(tài)。又由于軸桿類在加工過(guò)程中所產(chǎn)生的應(yīng)力彎曲，在磨削過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生砂輪進(jìn)給的力矩不同，這樣就帶來(lái)砂輪輸出轉(zhuǎn)速/ 力矩不同的變化，相應(yīng)的會(huì)產(chǎn)生振刀紋/ 燒糊紋等，磨削精度很難保證，由此造成生產(chǎn)效率低，精品率低等。
二、外圓磨床加工的負(fù)載特性
根據(jù)不同的軸桿直徑的大小，主砂輪電機(jī)的轉(zhuǎn)速等于砂輪輸出的轉(zhuǎn)速。磨削力的大小取決于電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。在驅(qū)動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)的主軸電機(jī)的高速段，相對(duì)于砂輪輸出轉(zhuǎn)速不變，所加工的工件直徑小，磨削進(jìn)給少，加工大直徑，長(zhǎng)軸類工件時(shí)，工件旋轉(zhuǎn)的電機(jī)在低速段，砂輪進(jìn)給量大，砂輪磨削力也在變大，電機(jī)很難在恒轉(zhuǎn)矩/恒速度下運(yùn)行，速度的變化就產(chǎn)生了如振刀紋/ 燒糊紋/ 加工精度等的變化。變頻調(diào)速電機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速，恒轉(zhuǎn)矩輸出恰能彌補(bǔ)上述缺陷。
三、VFD的選擇
根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的特點(diǎn)，考慮滿足機(jī)械加工外圓磨床的使用要求和設(shè)備投資費(fèi)用等角度考慮，選用帶自動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升功能的杭州三科生產(chǎn)的SKI600系列產(chǎn)品。根據(jù)砂輪電機(jī)的功率不同選用功率不同的VFD，以10kw為例，額定電壓三相380V，輸出電流17.5A，頻率控制0.50- 400Hz，速度控制0.1%，過(guò)負(fù)載能力150%/60s。具有自動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升功能，低速轉(zhuǎn)矩大，可實(shí)現(xiàn)更低噪音運(yùn)行，16 段的低速，全系列三防漆，更耐油氣環(huán)境。
四、系統(tǒng)的啟動(dòng)與調(diào)速
由于傳統(tǒng)外圓磨床的主砂輪電機(jī)啟動(dòng)電路多是采用的星—三角轉(zhuǎn)換來(lái)完成啟動(dòng)電路。這里將采用VFD取代原有電路的方案，在通過(guò)利用原有接觸器的常開(kāi)觸點(diǎn)控制VFD的運(yùn)行，同時(shí)考慮到砂輪啟動(dòng)的慣性問(wèn)題，將軟啟動(dòng)時(shí)間調(diào)整為10S，停止剎車(chē)時(shí)間調(diào)整為15S，不同類型的砂輪啟動(dòng)力矩可根據(jù)需求在50%--80% 之間進(jìn)行自主調(diào)節(jié)。
系統(tǒng)速度通過(guò)外接可調(diào)電位器調(diào)節(jié)頻率，根據(jù)工件直徑不同的適應(yīng)速度調(diào)整，因受電機(jī)高速時(shí)的機(jī)械強(qiáng)度/ 噪音/ 振動(dòng)等因素的限制，電機(jī)最高頻率設(shè)定為60HZ；因低速時(shí)電機(jī)散熱效果差，考慮工件旋轉(zhuǎn)的變速因素和實(shí)際最大加工工件尺寸，最低頻率設(shè)定為35HZ，基準(zhǔn)頻設(shè)定為50HZ。
由前面的負(fù)載特性分析可知，高速段為恒功率性質(zhì)，低速段為恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)，且低轉(zhuǎn)速時(shí)負(fù)載要求轉(zhuǎn)矩大，過(guò)載能力強(qiáng)。對(duì)電機(jī)基準(zhǔn)頻以上，為保證電機(jī)不過(guò)壓，采用恒壓變頻調(diào)速。
由電機(jī)理論可知，當(dāng)電壓不變，頻率增大時(shí)，電機(jī)每極下的磁通隨著頻率的增大而減??；當(dāng)電機(jī)電流為額定電流時(shí)，最大允許輸出轉(zhuǎn)矩減小，容許輸出功率不變，屬恒功率調(diào)速，適用于恒功率負(fù)載。基頻以下，為保證電機(jī)每極下磁通不變，采用V/F= 常數(shù)的變壓變頻調(diào)速，當(dāng)電機(jī)的電流為額定電流時(shí)，電機(jī)容許輸出轉(zhuǎn)矩不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。
但當(dāng)速度較低時(shí)因電機(jī)內(nèi)阻不可忽略，若仍保持V/F 為常數(shù)，則電機(jī)轉(zhuǎn)矩將減小，無(wú)法滿足低速時(shí)負(fù)載要求的轉(zhuǎn)矩大，過(guò)載能力強(qiáng)的性能，因此采用VFD的轉(zhuǎn)矩自動(dòng)補(bǔ)償功能，選擇補(bǔ)償后的V/F 曲線加以修正。
五、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)
磨削砂輪平衡的精度要提高：將電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速上運(yùn)行，為了減小高速時(shí)的振動(dòng)，應(yīng)提高電機(jī)轉(zhuǎn)子和砂輪的動(dòng)平衡度，并加以校正。低速時(shí)的散熱情況：因電機(jī)為自冷風(fēng)扇方式散熱冷卻，低速時(shí)散熱條件變差，而負(fù)載轉(zhuǎn)矩較大，電機(jī)溫度會(huì)增加，因此最低轉(zhuǎn)速的設(shè)定以電機(jī)表面溫差不超過(guò)容許值為依據(jù)。由于變頻調(diào)速時(shí)輸出的電流含有高次諧波，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)出現(xiàn)電磁噪音，因此需要在輸出端需安裝濾波器。還有一點(diǎn)需要工控技術(shù)人員注意的地方，那就是變頻器的參數(shù)設(shè)定項(xiàng)目中，我們需要將反轉(zhuǎn)/ 最高頻率/ 失速等功能進(jìn)行鎖定！
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