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英威腾Goodrive300在直驱式电动螺旋压力机上的应用
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摘要:采用直驱式电动螺旋锻压机床取代双盘摩擦式锻压机床成为趋势。Goodrive300变频器在该类直驱式电动螺旋锻压机械的成功应用,体现了矢量变频器优异的驱动能力及矢量控制特性,大大提升了锻压机械的效率。

关键词:Goodrive300、直驱式锻压机床、一拖二电机、矢量控制

1.引言
在很多金属器件的加工过程中,锻压是必须经过的处理阶段。工件在加工过程中往往要求锻压设备能够连续精确的击打,同时在加工效率上要求有比较高的击打速度。目前大多数的锻压机床采用双盘摩擦的方式。这种方式存在的问题是击打精度低(误差10%),击打速度慢(每分钟15次),能耗高(机械效率20%)。为克服双盘摩擦锻压机床的缺点,本文将着重论述变频器在直驱式电动螺旋压力机床的应用。

2.直驱式压力机的特点

● 直驱式电动螺旋压力机电动机的转子是压力机飞轮的组成部分,直接驱动螺杆转动,减少了传统螺旋压力机的传动链,机械故障降至最低。

● 电机装有位置传感器,位置信号反馈给控制器,控制器按程序数字化控制电机运转,打击力控制准确,适应于各种金属精密锻造。

● 机身采用预应力机架、机架与滑块之间采用矩型导轨,导向精度高、抗偏载能力强,适应于多模膛锻造。

● 结构简单、紧凑,传动链短,操作维修方便,检修工作量很小,节约劳动力和维修费用,运行安全。                                        

● 电机起动电流小,当起动转矩为额定转矩的150%时,起动电流仅为额定数值的30%,对电网冲击小。滑块静止时,主电机不工作,电量消耗低。节电效果显著。

● 制动器为瓦块式结构性能可靠,加上电机自身带有制动功能,双重刹车,可有效避免设备及人身伤害,安全性能高。

● 与摩擦螺旋压力机相比,无摩擦盘、横轴等中间传动装置和摩擦带易损件,零部件少,可靠性高,精度好,效率高。

3.控制要求

本文仅以青岛某锻压机械厂直驱式电动螺旋压力机使用现场的要求为例进行说明,具体要求有如下:

(1)客户提供的电机参数见表1。变频器需控制两台132KW异步电机的同时启停控制。给变频器控制命令有:正转启动,反转启动,多段速指令,正转点动,反转点动,故障复位;

电机个数 额定功率 额定电压 额定电流 额定频率 额定转矩 恒转矩频率
2台 132kW 380V 261A 50Hz 1727N.M 5~50Hz
(2)输出电压稳定,启动电流小; 

(3)矢量控制;

(4)停车方式:正转自由停车,反转减速停车;

(5)启动方式:正转直接启动,反转转速追踪启动。

4.系统原理及控制实现

4.1变频器选择

采用两台异步电动机同时带动的电动螺旋压力机需要超过额定转矩的启动转矩,要实现迅速的启停控制,对控制精度的要求也较高,必须选用矢量控制型变频器。Goodrive300系列变频器是一款用来控制异步交流感应电机和永磁同步电机的变频器,能很好满足其性能要求。该变频器具有以下技术特点:

● 低频起动转矩大,无PG矢量控制0.25Hz/150%(SVC)

● 过载能力:150%额定电流60s,180%额定电流10s,200%额定电流1s

● 调速比:无PG矢量控制 1:200

● 速度控制精度:无PG矢量控制:±0.2%最高速度 响应时间<20ms

● 内置C3滤波器,防干扰能力更强

4.2 控制实现

变频器需要一拖二控制两台132KW的异步电动机充分考虑其启动时要求的转矩大,选用GD300-500G-4变频器。直驱式压力机需快速启停,正反转快速切换。下压时(正转)直接启动,碰到下压停止接近开关后自由停车,靠惯性打击完部件后(有个反弹的力)输出反转信号,上升(反转)转速追踪启动,碰到上升停止接近开关后有效制动,完成一次打击动作。整个变频驱动系统的电气接线如图所示     

5.系统接线及调试

整个系统是由PLC给变频器运行命令的.Goodrive300系列变频器在矢量控制上性能优异,只需简单的自学习就能达到对驱动电机的精确控制。

5.1 系统接线

变频器从S1接受启动信号、S2接收反转信号、S3接多段速控制信号(端子和反转信号并联)、S4接正转点动信号、S5接反转点动信号、S6接故障复位信号、R01继电器输出接故障报警信号。

5.2 系统调试

调试主要包括参数自学习、空载调试两个阶段。

首先将电机参数输入变频器(功率是两台电机的总和,电流是两台电机的额定电流的总和),输入后将P00.01改为0,通过P00.15改为2(静态自学习),学习完毕后对参数表2上所述的参数一一输入变频器内。开始空载调试。

5.3 变频器参数设置

变频器部分关键参数见表2:

功能玛 功能说明 参数值 功能玛 功能说明 参数值
P0.00 速度控制模式 1 P2.09 电机互感 3
P0.01 运行通道选择 1 P2.10 电机空载电流 223.9
P0.05 下限频率 8 P3.20 电动转矩上限键盘设定 250
P0.10 键盘给定频率 15 P3.21 制动转矩上限键盘设定 250
P0.11 加速时间 0.5S P5.02 S2端子 2
P0.12 减速时间 2S P5.03 S3端子 16
P1.00 启动运行方式 4(注1) P5.04 S4端子 4
P1.08 停机方式选择 3(注2) P5.05 S5端子 5
P5.06 S6端子 7
P2.00 电机类型选择 0 P5.16 S2端子闭合延时时间 0.35
P2.01 电机额定功率 250 P6.03 R01继电器输出 5
P2.02 电机额定频率 50 P8.06 点动运行频率 8
P2.03 电机额定电压 380 P8.07 点动运行加速时间 1
P2.04 电机额定电压 380 P8.08 点动运行减速时间 2
P2.05 电机额定电流 500 P8.37 能耗制动使能 1
P2.06 电机定子电阻 0.006 P10.04 多段速1设定值 20%
P2.07 电机转子电阻 0.011 P11.06 变频器限流点 120%
P2.08 电机漏感 0.1
注1:4为正转直接启动,反转转速追踪启动;

注2:3为正转自由停车,反转减速停车;

本系统变频器具有短路、过载、过压、缺相、失速等多种保护和故障输出功能,能有效保证系统安全高效的运行。

在调试过程中,由于正反转转换时间过短,电机剩磁电压比较大,导致变频器过流报警,可是适当调整P5.16反转指令延时闭合时间,适当调整P3.20,P3.21电机的限流点和P11.06变频器的限流点的比例值。

6.结束语

随着控制技术的发展,直驱式电动螺旋压力机替代传统的摩擦锻压机床的趋势越来越明显了,而英威腾变频器在直驱式压力机上的成功应用,在锻压机械行业中的应用将会有广阔的空间。

  

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