摘要：機床絲筒電機的控制方式通常采用繼電器控制，但采用此方式控制存在一系列弊端。變頻器是通過對交流電頻率的控制，達到控制電動機轉(zhuǎn)速的目的。文章所述方法充分利用了變頻器的功能特點，實現(xiàn)起來線路簡單，可維護性好。故改用小功率變頻器來實現(xiàn)原控制方式。

關(guān)鍵詞：變頻器；變頻調(diào)速；IGBT逆變；DSP；PWM

The transducer has application in the W ire cut Electro-discharge Machine AN Lian—xiang’，HE Xiao-rui ，GAO Li-ping。

（1．Institute of electric engineering automation，Hebei University Technology，Tianjin 3001 30，China；2．Beijing DM—CUT Machine Tool CO．，Beijing 101307，China；3．Beijing Sanyi Power Electronics Companny，Beijing 102613，China）

Abstract：Relay is always used in electrical motor’s contro1．But this control mode has a series of shortcomings．Transducer is used to control the speed of electrical motor by changing the frequency of AC．This technique takes full advantage of the character of the transducer．The circuitry is simplicity．The maintainability is wel1．So the low power transducer is used to carry out the former control mode．

Key words：transducer；frequency control；lGBT contravariance；DSP；PW M

0 引言

電火花線切割加工是電火花加工的重要組成部分，它是利用金屬線狀工具電極（又稱電極絲）沿著給定的幾何圖形軌跡，利用脈沖放電腐蝕金屬的原理來加工工件。快走絲線切割機床于70年代在我國興起并逐步廣泛應(yīng)用于加工精度要求高、形狀復(fù)雜，特別是模具等金屬件的加工中。 快走絲線切割機床的電氣及控制系統(tǒng)一般分為：微機控制部分、高頻電源部分和絲筒電機控制部分。絲筒電機控制部分控制電機及絲筒，帶動鉬絲作快速正反的啟動運行和停止，并提供各種相應(yīng)保護功能。其它類型機床電氣控制通常采用繼電器控制方式，也比較實用，但這種控制方式存在著下述一系列的問題：

（1）繼電器接觸器動作頻繁，損耗相對較大；中間轉(zhuǎn)換控制復(fù)雜，出故障可能性高。

（2）電機頻繁正反向全壓啟動，啟動電流大，對絲筒機械部件沖擊大。

（3）接觸器觸點頻繁閉合斷開造成的噪聲大。

這些問題導(dǎo)致的主要后果是整個加工可靠性降低，燒絲等問題增多，這勢必導(dǎo)致二次加工，最終影響產(chǎn)品質(zhì)量，造成不必要的經(jīng)濟損失。針對上述存在的問題，故用小功率變頻器來實現(xiàn)原控制方式的改進，其理由主要有以下幾點：

（1）變頻器產(chǎn)品技術(shù)成熟、性能可靠，已被廣泛應(yīng)用于異步電機各控制系統(tǒng)中。

（2）利用變頻器的外接控制輸入端子和反映運行狀態(tài)的輸出端子以及強大的可編碼功能，可以根據(jù)被控對象和控制方式的不同進行靈活選擇和設(shè)定，省去了復(fù)雜的中間轉(zhuǎn)換控制。

（3）電機的啟停時間及電流可分別通過手動編碼或自動設(shè)置完成，減少了原方式中起動電流大，機械沖擊大的弊病。

（4）主電路的相序切換通過變頻器內(nèi)部集成控制電路完成（無觸點切換）。另外變頻器內(nèi)還設(shè)有直流制動功能，并設(shè)定當電機轉(zhuǎn)速為0后，制動過程可自動解除，避免由于操作不當電機所承受的不必要的大電流。

（5）變頻器還可自行彌補電網(wǎng)電壓波動，設(shè)置自動延時關(guān)機和來電繼續(xù)加工等功能，可進一步提高自動化程度。

本機床采用Altivar31系列高性能變頻器，功率范圍從0.18～15KW；無速度傳感器磁通矢量控制；6路可變邏輯輸入端子，3路可配置模擬輸入端子，3路邏輯／模擬輸出端子，提供控制功能和保護功能。

1 走絲機構(gòu)控制系統(tǒng)

快走絲線切割機床的走絲機構(gòu)，是影響其加工質(zhì)量及加工穩(wěn)定性的關(guān)鍵部件。走絲機構(gòu)的功能是帶動電極絲按一定線速度移動往復(fù)運絲，并將電極絲整齊地排繞在儲絲筒上。儲絲筒本身作高速正反向轉(zhuǎn)動，是利用電動機正反轉(zhuǎn)來達到的。電機經(jīng)聯(lián)軸器帶動絲筒，再經(jīng)同步帶帶動絲杠轉(zhuǎn)動，拖板便作往復(fù)運動，拖板移動的行程可由調(diào)整換向左右撞塊的距離來達到。機床走絲機構(gòu)如圖1所示。

2 絲筒變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由以下幾個環(huán)節(jié)構(gòu)成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示：

（1）主電路 系統(tǒng)功率變換環(huán)節(jié)采用AD／DC整流電路和IGBT逆變電路。

（2）控制電路 控制電路主要用來接受外來信號和發(fā)出控制命令和PWM 波形。

（3）驅(qū)動電路 采用IGBT智能功率模塊（IPM）。

（4）保護電路 為了保護動作的快速性和實時監(jiān)測性，采用了硬件電路加軟件子程序的監(jiān)控方式，故障發(fā)生時如果是屬于電機短路之類的故障，則硬件電路將立即產(chǎn)生信號，關(guān)閉波形發(fā)生器并在中斷子程序中進行保護設(shè)置，并使程序回到初始狀態(tài)。

3 變頻調(diào)速系統(tǒng)的電路設(shè)計

儲絲簡采用三相交流異步電動機拖動，電機速度通過變頻器調(diào)速旋鈕進行無極調(diào)速

3．1 主電路的設(shè)計

三相交流電壓經(jīng)二極管整流模塊，大電容濾波后送到由6個IGBT組成的三相逆變器，系統(tǒng)功率器件選用第三代IGBT及續(xù)流二極管，由逆變器送出的可變頻率的交流電供給電動機調(diào)速。

3．2 控制電路的設(shè)計

使用DSP作為控制器能最大限度地減少外圍器件的數(shù)目，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在本設(shè)計中主要使用1MS32OC24Ox DSP的PWM輸出口，及板上A／D口、捕獲接口CAP。DSP的6個PWM信號經(jīng)過緩沖器反相后送到驅(qū)動電路板驅(qū)動IPM?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示

對于A／D采樣口的輸入信號做了前期的處理，直接輸入的信號是幅值在0～5V的直流電壓信號，能滿足DSP對輸入模擬信號的要求。交流電機的矢量控制要求對交流電機速度進行采樣。

3．3 驅(qū)動電路的設(shè)計

在設(shè)計中使用IGBT智能功率模塊（IPM），它是一種大規(guī)模集成模塊，不僅把功率開關(guān)器件和驅(qū)動電路集成在一起，而且還將過電壓、過電流和過熱等故障檢測電路包含在里面，并可將故障保護信號送到CPU或DSP進行處理。

3．4 保護電路的設(shè)計

IGBT用于電力變換時，容易出現(xiàn)過電壓、過電流等故障，造成器件的損壞，因而IGBT在工作時，必須采取完備的保護措施。這些保護措施主要包括過壓保護、過流保護和過溫保護3部分。IPM內(nèi)部已經(jīng)整合了很周密的保護電路，從電流保護、電壓保護到熱保護。

4 結(jié)論

電火花線切割加工機床集高效、高精度和高柔性為一體，要求電動機控制系統(tǒng)調(diào)速范圍寬、加減速性能好、速度精度高、特殊功能（如高速定位）強。變頻器在走絲機構(gòu)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，達到對三相異步電機的無級調(diào)速，具有節(jié)能、對電網(wǎng)無污染、調(diào)速范圍大、調(diào)速機械性硬等優(yōu)點。

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