什么是變頻器

變頻器（Variable-frequencyDrive，VFD）是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機(jī)工作電源頻率方式來控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。

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(cè)單元微處理單元等組成。變頻器靠內(nèi)部IGBT的開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還有很多的保護(hù)功能，如過流、過壓、過載保護(hù)等等。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。

基本組成

變頻器通常分為4部分：整流單元、高容量電容、逆變器和控制器。

整流單元：將工作頻率固定的交流電轉(zhuǎn)換為直流電。

高容量電容：存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換后的電能。

逆變器：由大功率開關(guān)晶體管陣列組成電子開關(guān)，將直流電轉(zhuǎn)化成不同頻率、寬度、幅度的方波。

控制器：按設(shè)定的程序工作，控制輸出方波的幅度與脈寬，使疊加為近似正弦波的交流電，驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)。

工作原理

主電路是給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的“平波回路

plc與變頻器連接方式

1、PLC的數(shù)字量輸出與變頻器的數(shù)字量輸入連接，這樣通過PLC可以進(jìn)行多段數(shù)以及起停的控制。

2、PLC的模擬量輸出與變頻器的模擬量輸入連接，這樣可以進(jìn)行無級(jí)調(diào)速。

3、PLC與變頻器進(jìn)行通訊控制，但是要求變頻器與PLC擁有同一的通訊硬件架構(gòu)與通訊協(xié)議。

PLC與變頻器在數(shù)控車床中的應(yīng)用

數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平高低及其在金屬切削加工機(jī)床產(chǎn)量和總擁有量的百分比，是衡量一個(gè)國家工業(yè)制造整體水平的重要標(biāo)志之一。數(shù)控車床是數(shù)控機(jī)床的主要品種之一，它在數(shù)控機(jī)床中占有非常重要的位置，幾十年來一直受到世界各國的普遍重視，并得到了迅速的發(fā)展。其中主軸運(yùn)動(dòng)是數(shù)控車床的一個(gè)重要內(nèi)容，其動(dòng)力約占整臺(tái)車床的動(dòng)力的70%～80%，對(duì)于提高加工效率，擴(kuò)大加工材料范圍，提升加工質(zhì)量都有著很重要的作用?；究刂剖侵鬏S的正、反轉(zhuǎn)和停止，可自動(dòng)換檔和無級(jí)調(diào)速。采用變頻器和plc對(duì)主軸進(jìn)行有效的控制是當(dāng)前數(shù)控車床技術(shù)改造過程中的重要環(huán)節(jié)。本文主要介紹plc和變頻器應(yīng)用于數(shù)控車床主軸驅(qū)動(dòng)控制的應(yīng)用情況。

1、工藝要求

數(shù)控車床一般加工回轉(zhuǎn)表面、螺紋等。要求其動(dòng)作一般是x、z向快進(jìn)、工進(jìn)、快退。加工過程中能進(jìn)行自動(dòng)、手動(dòng)、車外圓與車螺紋等轉(zhuǎn)換；并且能進(jìn)行單步操作。

數(shù)控車床應(yīng)用恒線速功能加工，加工工序如圖1所示，步驟如下：

（1）按起動(dòng)按鈕，切削①號(hào)部位，電機(jī)正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速2400r/min，主軸正轉(zhuǎn)。

（2）切削②，電機(jī)正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速1500r/min，主軸正轉(zhuǎn)。

（3）工序③鉆孔，電機(jī)正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速2700r/min，主軸正轉(zhuǎn)。

（4）工序④攻絲，電機(jī)正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速600r/min，主軸正轉(zhuǎn)。

（5）工序⑤退出絲錐，電機(jī)反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速1200r/min，主軸反轉(zhuǎn)。

（6）按停止按鈕，電機(jī)停，主軸停轉(zhuǎn)。

2、控制要求

（1）用plc和變頻器控制交流電機(jī)工作，有交流電機(jī)帶動(dòng)數(shù)控車床主軸運(yùn)轉(zhuǎn)，交流電機(jī)工作轉(zhuǎn)速變化情況如圖2所示，應(yīng)能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

（2）主軸電機(jī)也可單獨(dú)選用任一級(jí)速度恒速旋轉(zhuǎn)。

（3）主軸電機(jī)也可進(jìn)行正、反點(diǎn)動(dòng)控制，利于檢修或調(diào)整，電機(jī)轉(zhuǎn)速選用600r/min。

（4）變頻器頻率設(shè)置估算公式f=np/60。f為變頻器設(shè)置頻率，n為電機(jī)轉(zhuǎn)速，p為極對(duì)數(shù)（設(shè)p=1）。

3、plc選型和i/o分配

根據(jù)輸入和輸出信號(hào)的數(shù)量、類型以及控制要求，同時(shí)考慮到維護(hù)、改造和經(jīng)濟(jì)等諸多因素，選用fx2n-64mr型plc和fr-a540變頻器。plc的i/o地址分配和電路接線如圖3所示。

4、變頻器選用和參數(shù)設(shè)定

在該系統(tǒng)中，選用三菱系列變頻器，變頻器采用外部端子控制，電機(jī)轉(zhuǎn)速的高低通過變頻器來設(shè)置參數(shù)。電機(jī)的正反向運(yùn)行有外圍通過變頻器的str、stf與plc程序?qū)崿F(xiàn)控制。

（1）基本參數(shù)：pr.7=2（加速度），pr.8=2（減速度）；pr.9=設(shè)定電動(dòng)機(jī)的額定電流；

（2）操作模式：pr.79=3；

（3）設(shè)定各段速度參數(shù)；pr.4=40hz（1段）、pr.5=35hz（2段）、pr.6=45hz（3段）、pr.24=10hz（4段）、pr.25=20hz（5段）。

5、plc控制梯形圖的設(shè)計(jì)

根據(jù)工藝要求和控制要求，設(shè)計(jì)出plc梯形圖如圖4所示：

對(duì)于數(shù)控車床的主軸電機(jī)，使用了plc和變頻器控制，具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)和無級(jí)調(diào)速，方便的進(jìn)行加減速控制，是電動(dòng)機(jī)獲得高性能，大幅度地節(jié)約電能，大幅度降低維護(hù)費(fèi)用；可實(shí)現(xiàn)高效率的切割和較高的加工精度；實(shí)現(xiàn)低速和高速情況下強(qiáng)勁的力矩輸出。