單相可控硅直流調(diào)速裝置在數(shù)控機(jī)床改造中的應(yīng)用

夏筱筠，陸迺田，袁志剛，霍淑蘭

(1.中國科學(xué)院沈陽計(jì)算技術(shù)研究所有限公司，遼寧 沈陽 110168；

2.中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機(jī) (集團(tuán))有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110043)

一、引言

由于航空產(chǎn)品零部件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材料品種多樣、加工精度高，因此對數(shù)控加工機(jī)床的加工精度有較高的需求。目前的大型數(shù)控加工機(jī)床的主軸電機(jī)大部分使用直流電機(jī)，并通過直流調(diào)速裝置進(jìn)行調(diào)速，以滿足需求。

從直流電動機(jī)控制理論來說，單相可控硅直流調(diào)速裝置為雙閉環(huán)控制，外環(huán)是速度環(huán)，內(nèi)環(huán)是電流環(huán)。速度反饋是用來控制裝置中可控硅導(dǎo)通角的大小，從而穩(wěn)定電機(jī)轉(zhuǎn)速；而電流反饋?zhàn)鳛閮?nèi)環(huán)控制電流調(diào)節(jié)器的輸入，起到跟隨調(diào)節(jié)作用，它的存在也導(dǎo)致了可控硅導(dǎo)通角變化。

二、單相可控硅直流調(diào)速裝置在鏜銑床中的應(yīng)用方案

航空工業(yè)加工件加工用鏜銑床需要具有剛性大、操作簡單、精度高等特點(diǎn)。針對目前公司鏜銑床的直流伺服驅(qū)動電路復(fù)雜、本身消耗功率大、故障率高等不足，采用單相可控硅直流調(diào)速裝置對該機(jī)床的主軸驅(qū)動進(jìn)行了改造。

1.單相可控硅直流裝置的選擇

主軸電機(jī)的參數(shù)：額定電壓150V，額定電流20A，額定轉(zhuǎn)速650r/min，最高轉(zhuǎn)速2 000r/min。

根據(jù)電機(jī)的參數(shù)，選擇的單相可控硅直流調(diào)速裝置的技術(shù)指標(biāo)如下：輸出直流電流0～180V；額定直流電流35A；調(diào)速范圍的電勢反饋1:30，測速反饋1:00；調(diào)速精度的電勢反饋2%，測速反饋0.1%。

2.單相可控硅直流裝置外部接線

圖1為單相可控硅直流調(diào)速裝置在現(xiàn)場常用的外部接線圖。通常還會在電樞電源前端加裝快速熔斷器、電抗器及濾波器以保護(hù)調(diào)速裝置、穩(wěn)定電網(wǎng)、減少電磁干擾；并在直流電源輸出和電機(jī)之間加裝快速熔斷器保護(hù)調(diào)速裝置。

3.安裝及調(diào)試

單相可控硅直流調(diào)速裝置有6個可調(diào)電位器，分別調(diào)節(jié)電流正反饋強(qiáng)度、最高轉(zhuǎn)速、最低轉(zhuǎn)速、給定積分器啟動時間、穩(wěn)定性調(diào)整及電流極限調(diào)整。

(1)電流正反饋調(diào)整電位器RP1：在測速反饋時RP1順時針調(diào)至最小。在電勢反饋時，作負(fù)載IR補(bǔ)償。逆時針調(diào)節(jié)時，正反饋增強(qiáng)，調(diào)節(jié)RP1使負(fù)載后轉(zhuǎn)速變化在技術(shù)指標(biāo)內(nèi)。RP1調(diào)節(jié)太大將造成系統(tǒng)震蕩。

(2)最高轉(zhuǎn)速調(diào)整電位器RP2：當(dāng)給定電位器調(diào)至最大時，調(diào)節(jié)RP2使輸出等于需要的最高轉(zhuǎn)速。

(3)低速調(diào)整電位器RP3：當(dāng)給定電位器調(diào)至最大時，調(diào)節(jié)RP3使輸出等于所需的某一速度。

(4)給定積分器啟動時間調(diào)整電位器RP4：調(diào)節(jié)RP4來滿足機(jī)械對啟動時間的要求。

(5)穩(wěn)定性調(diào)整電位器RP5：當(dāng)輸出轉(zhuǎn)速振蕩時，調(diào)整RP5使轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。

(6)電流極限調(diào)整電位器RP6：調(diào)整電機(jī)電樞電流的最大值和電機(jī)過載保護(hù)值。RP6可調(diào)至電機(jī)額定電流的1.5倍。過載裝置額定電流1.1倍，當(dāng)電機(jī)負(fù)載為額定電流的1.5倍時經(jīng)15s后動作，即封鎖脈沖，同時可切斷電源。

4.效果

目前該機(jī)床已完成現(xiàn)場調(diào)試并投入運(yùn)行，滿足了技術(shù)要求并有一定的裕量，尤其是快速性指標(biāo)，在國內(nèi)同類型系統(tǒng)中達(dá)到了領(lǐng)先的水平。該設(shè)備的投入對航空發(fā)動機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的應(yīng)用、性能考核、系統(tǒng)評估提供了重要手段。

三、常見故障及解決方案

1.主軸電機(jī)不轉(zhuǎn)

常見原因有供電電源不正常或者是電機(jī)過流保護(hù)動作。處理方法為檢查電樞電路接線及電機(jī)是否正常，如果正常則檢查供電電源電壓是否正常。

2.主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速震蕩

通常在安裝調(diào)試初期或更換新的主軸電機(jī)時出現(xiàn)，引起故障的原因?yàn)橹骺匕逅俣拳h(huán)放大倍數(shù)太大或電流正反饋太強(qiáng)。處理方法為首先調(diào)節(jié)RP5，如不起作用需恢復(fù)原位，然后順時針調(diào)節(jié)電位器RP1，以減小正反饋強(qiáng)度。

3.可控硅和熔斷器燒毀

如果整個車間電網(wǎng)防雷效果不好，強(qiáng)烈雷擊會造成電網(wǎng)不穩(wěn)定，容易發(fā)生可控硅擊穿、熔斷器燒毀現(xiàn)象；系統(tǒng)硬件安裝錯誤或直流電機(jī)一側(cè)出現(xiàn)故障也會造成此類硬件損壞。因此，保證供電電網(wǎng)的穩(wěn)定是直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)條件。若遇到強(qiáng)烈的雷雨天氣或電網(wǎng)不穩(wěn)定時，最好暫時停止使用設(shè)備，電網(wǎng)穩(wěn)定后再重新投入使用。

四、結(jié)語

單向可控硅直流調(diào)速裝置具有良好的啟動、制動、正反轉(zhuǎn)及調(diào)速性能，同時結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，本身消耗的功率小，運(yùn)行成本低，可在多種復(fù)雜環(huán)境下使用，尤其在航空工業(yè)數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用較為廣泛。

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