簡(jiǎn)立明,雷小紅

(1.湖南衡陽(yáng)財(cái)經(jīng)工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖南 衡陽(yáng) 421002;2.湖南衡陽(yáng)紡織機(jī)械廠,湖南 衡陽(yáng) 421007)

某紡機(jī)專用軸承制造廠,大量使用電主軸(俗稱“磨頭”)最高轉(zhuǎn)速為60 000 r/min的高速磨床MZ204、SI50、3MZ146。當(dāng)時(shí)德國(guó)采用旋轉(zhuǎn)變頻機(jī)組(異步電動(dòng)機(jī)-中頻機(jī)組)給高速電主軸供電,旋轉(zhuǎn)變頻機(jī)組有體積大、效率低、噪聲大、精度差、難維修等許多缺陷。目前變頻技術(shù)已發(fā)展成熟,采用中頻交流靜止變頻器驅(qū)動(dòng)高速電主軸,能大大降低磨床的能耗、料耗,而且能提高其工藝性能、改善工作條件。我們?cè)谡n題項(xiàng)目實(shí)施過程中,對(duì)變頻器選型、調(diào)試與運(yùn)行維護(hù)時(shí)遇到了一些問題,本文簡(jiǎn)單介紹這些問題及其分析、處理過程。

1 變頻器的容量選擇問題

1.1 故障現(xiàn)象

在SI50、MZ204、3MZ146等高速磨床電主軸電源驅(qū)動(dòng)裝置改造初期選擇變頻器時(shí),出現(xiàn)如下故障:3MZ146電主軸參數(shù)230 V/1.5 kW,選用春日KVFG-H422ER。根據(jù)變頻器說明書,KVFGH422ER的配用電動(dòng)機(jī)容量可達(dá)2.2 kW。在調(diào)試過程中,頻繁出現(xiàn)恒速過流報(bào)警OC-1,并跳閘。而且隨使用時(shí)間增長(zhǎng),報(bào)警跳閘日益頻繁。

1.2 排查、分析原因

將變頻器設(shè)置為顯示電流,觀察到電主軸在啟動(dòng)過程中,變頻器顯示電流達(dá)11 A;啟動(dòng)完成后,隨機(jī)床外接電源電壓的波動(dòng)、負(fù)載的波動(dòng),變頻器的運(yùn)行電流也波動(dòng)。結(jié)合觀察情況進(jìn)行分析,電主軸在啟動(dòng)時(shí)電流大,另外,電源電壓不穩(wěn)定,電主軸在加工過程中偶有負(fù)載波動(dòng),而變頻器的過載能力相對(duì)電動(dòng)機(jī)而言相當(dāng)小,選擇KVFG-H422ER,配用電動(dòng)機(jī)容量可達(dá)2.2 kW,雖然已比電主軸的功率(1.5 kW)大,該型號(hào)變頻器的額定電流有時(shí)還小于電主軸的最大運(yùn)行電流,所以易過流報(bào)警跳閘,此問題無(wú)法依靠調(diào)整變頻器的參數(shù)而解決,只有換容量更大的變頻器。

1.3 處理措施及結(jié)論

換用容量大兩級(jí)的KVFC-H440ER,經(jīng)參數(shù)調(diào)整,試運(yùn)行,能正常驅(qū)動(dòng)。

在選擇變頻器的容量時(shí),不能盲目地按變頻器說明書中“配用電動(dòng)機(jī)容量”來(lái)選擇,必須保證變頻器的額定電流大于電動(dòng)機(jī)的最大運(yùn)行電流。要做到此,必須做好以下2方面的工作。

1)要認(rèn)真對(duì)照變頻器和電動(dòng)機(jī)的額定電流,并且要對(duì)負(fù)載的輕重估算后再作選擇。我國(guó)通用的Y系列三相籠型異步電動(dòng)機(jī)常用規(guī)格的額定電流與幾種較典型的變頻器額定電流的對(duì)照情況見表1。

表1 電動(dòng)機(jī)與對(duì)應(yīng)變頻器的電流Tab.1 Electric motor and corresponding frequency transformer current

2)注意測(cè)量電動(dòng)機(jī)的最大運(yùn)行電流。對(duì)于電動(dòng)機(jī)而言,只要電動(dòng)機(jī)的溫升不超過額定溫升,短時(shí)間(幾min～幾十min)的過載是允許的。但變頻器的過載能力卻很弱,通常是 150%,1 min。變頻調(diào)速系統(tǒng)中,若電動(dòng)機(jī)可能過載,選擇變頻器時(shí)應(yīng)加大容量。

2 參數(shù)設(shè)置問題

所有變頻器的每個(gè)參數(shù)都有出廠值,但對(duì)于絕大多數(shù)傳動(dòng)系統(tǒng)而言,出廠值并不能滿足具體的工藝控制要求,往往需要從多方面進(jìn)行修改。如果變頻器參數(shù)設(shè)置不正確,輕者控制效果不好,重者系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。以下是春日KVFG系列中頻變頻器在驅(qū)動(dòng)高速電主軸過程中因參數(shù)設(shè)置不當(dāng)造成的一些現(xiàn)象及排除經(jīng)過。

2.1 基本頻率(簡(jiǎn)稱基頻)設(shè)置問題

SI50隨機(jī)的電主軸是意大利研制的,電主軸相對(duì)機(jī)床而言屬于易損件,因采購(gòu)困難、費(fèi)用高,該廠最終自己仿制了結(jié)構(gòu)、功能相似的電主軸。采用中頻變頻器之前,高速磨床的電主軸有多種規(guī)格,其中有230 V/1.5 kW。

2.1.1 故障現(xiàn)象

在對(duì)一臺(tái)SI50進(jìn)行改造時(shí),設(shè)置參數(shù)完后試運(yùn)行,約1 h,電主軸發(fā)出異味。

2.1.2 排查、分析原因

用500 V搖表測(cè)電主軸繞組對(duì)外殼的絕緣幾乎為0,說明絕緣已損壞。經(jīng)檢查知,電工忽略了對(duì)基頻F02的修改,其出廠值=50 Hz。而工藝要求運(yùn)行頻率=1 000 Hz。主電路見圖1;變頻器的U/f曲線見圖2。圖2中曲線1為利用轉(zhuǎn)矩提升功能的U/f曲線;曲線2為未用轉(zhuǎn)矩提升功能的U/f曲線;fb為基頻;100%為與輸入電壓對(duì)應(yīng)的最大輸出電壓。變頻器的型號(hào)約定見圖3。

圖1 SI50中變頻器的主電路Fig.1 Main circuit of the frequency transformer used in SI50

圖2 變頻器的U/fFig.2 U/f of the frequency transformer

圖3 變頻器的型號(hào)約定Fig.3 Frequency transfo rmer ty pe arranges

由變頻器的原理及圖2可知,變頻器的輸出電壓由3個(gè)因素決定:變頻器的輸入電壓、基頻、運(yùn)行頻率;變頻器的輸出電壓有 2種情況:1)fout＜fb,則Uout＜380 V,Uout與 fout成線性關(guān)系;2)fout≥fb,則Uout=380 V。由此可知,當(dāng) fout=1000 Hz＞fb,所以Uout=380 V大于電主軸的Ue,使電主軸超壓運(yùn)行,時(shí)間長(zhǎng)導(dǎo)致絕緣損壞。

2.1.3 處理措施及結(jié)論

更換一臺(tái)電主軸,將基頻F02修改大于1000 Hz,先不接電主軸,讓變頻器輸出1 000 Hz空載運(yùn)行,查看其輸出電壓?；l的設(shè)置難以一步到位,經(jīng)多次調(diào)整,直到查看到運(yùn)行頻率=1 000 Hz時(shí),輸出電壓等于或略小于電主軸的額定電壓(230 V),才讓變頻器帶電主軸運(yùn)行。經(jīng)處理后正常運(yùn)行。

調(diào)試時(shí),應(yīng)先空載觀察各種運(yùn)行參數(shù),特別要確保在變頻調(diào)速系統(tǒng)的所有調(diào)速范圍內(nèi),變頻器輸出的電壓都不能超過所驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的額定電壓,否則將損壞電動(dòng)機(jī)的絕緣。例如:改造一臺(tái)MZ204時(shí),其電主軸350 V,3 kW,工藝要求運(yùn)行頻率650 Hz,將基頻設(shè)置為710 Hz時(shí)滿足要求。

2.2 轉(zhuǎn)矩提升功能的設(shè)置問題

當(dāng)我們使用變頻器時(shí),如果遇到報(bào)警號(hào)OC-1,加速中過流。首先會(huì)適當(dāng)延長(zhǎng)加速時(shí)間,其次,會(huì)利用手動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升功能。春日KVFC、KVFG系列不僅設(shè)計(jì)有轉(zhuǎn)矩提升功能,而且提升的程度還可以通過設(shè)置參數(shù)F10的值進(jìn)行16種選擇。特別提示,F10的值并非越大越好,太大也會(huì)引起過流報(bào)警跳閘。例如:在改造一臺(tái) 3MZ146時(shí),F10設(shè)置為H-7時(shí),OC-1加速中過流的故障現(xiàn)象沒有改善,把 F10設(shè)置為 H-6時(shí),運(yùn)行正常。圖2中B1的值因提升程度不同而異,具體地說,因參數(shù)F10的設(shè)置值不同而異,表2為春日KVFC,KVFG系列 F10設(shè)置值對(duì)應(yīng)的0 Hz時(shí)的提升電壓(用額定輸出電壓的百分?jǐn)?shù)表示)。

表2 提升電壓Fig.2 Lifting voltage

2.3 電源電壓波動(dòng)造成有時(shí)停機(jī)

變頻器用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)時(shí),如果輸入電壓波動(dòng)下降幅度達(dá)到一定值,變頻器一般在幾s內(nèi)就停止輸出。如果瞬停再啟動(dòng)功能無(wú)效,假如電源只是幾s的波動(dòng)后馬上又恢復(fù)正常,電動(dòng)機(jī)還在運(yùn)轉(zhuǎn),但變頻器卻停止運(yùn)行,導(dǎo)致不必要的停機(jī),影響生產(chǎn)。該廠特軸分公司因?yàn)橛写罅康聡?guó)進(jìn)口設(shè)備,建廠時(shí),考慮了大型穩(wěn)壓電源,用于該車間的變頻器未出現(xiàn)瞬?，F(xiàn)象。而軸承分公司建于1978年,設(shè)備多,無(wú)穩(wěn)壓電源。用于該公司的多臺(tái)變頻器時(shí)多次出現(xiàn)瞬?，F(xiàn)象。增設(shè)穩(wěn)壓電源投入太大不現(xiàn)實(shí)。于是考慮修改參數(shù)。春日KVFC,KVFG系列與瞬停相關(guān)的參數(shù)F110,將其由出廠值OFF改為5 s后,變頻器運(yùn)行正常。

2.4 變頻器的輸出頻率與給定頻率不一致

改造SI50,MZ204,3MZ146共計(jì)100多臺(tái),全部采用直接給定頻率方式,設(shè)置參數(shù)F01的值即可。只有一臺(tái)MZ204,設(shè)F01=1 000 Hz,測(cè)量工件時(shí)發(fā)現(xiàn)光潔度不好,分析可能是電主軸速度偏低造成的,查看 outf時(shí)顯示 980 Hz,將參數(shù)F22由出廠值100%改為105%,顯示頻率正常,工件質(zhì)量正常。

3 中頻變頻器臨時(shí)用于低頻設(shè)備應(yīng)急的問題

我們有2次試圖用中頻變頻器臨時(shí)代替低頻變頻器以應(yīng)急,第1次,低速磨床MS1080導(dǎo)輪所用的變頻器損壞,因?yàn)樯a(chǎn)急需,用一臺(tái)除頻率以外其他參數(shù)滿足要求的丹佛斯VLT-5004試圖替代。進(jìn)行參數(shù)設(shè)置時(shí),易出現(xiàn)加速過流,經(jīng)反復(fù)調(diào)試,能正常運(yùn)行,但使用約1周,變頻器損壞。第2次,另一臺(tái)低速磨床MS1080的變頻器損壞,試圖用庫(kù)存的VLT-2008應(yīng)急,運(yùn)行不到2周,變頻器損壞。由此得知中頻變頻器不能用于低頻設(shè)備,哪怕只是臨時(shí)的應(yīng)急。

4 結(jié)論

本文介紹的較嚴(yán)重或較少見的問題,有些問題看似簡(jiǎn)單,但如果發(fā)生,損失較大。希望我們的粗淺經(jīng)驗(yàn)?zāi)芙o同行一定的幫助。

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