摘要：艾默生TD3000系列變頻器在性能上完全符合B2010A型龍門刨床拖動系統的要求。它通過對交流電機磁通電流和轉矩電流的解耦控制，實現了轉矩的快速響應和準確控制，能以很高的控制精度進行寬范圍的調速運行。
關鍵詞：艾默生變頻器 龍門刨床

一、B2010A龍門刨床工況概述

龍門刨床是機械化自動化程度很高的大型機床。龍門刨床的動力及控制回路比較復雜，尤其是刨床工作臺主拖動系統完全依靠電氣自動化控制來執行的。B2010A龍門刨床的主拖動采用最初50年代的A-G-M調速系統，即電機擴大機——-直流發電機——-直流電動機組系統。如圖一所示。采用機械速比2:1和電氣調速范圍為10:1的機電聯合調速系統。

圖1 A-G-M調速系統圖
龍門刨床對電力拖動的技術要求——-龍門刨床是頻繁往復運動的生產機械，它的工作方式為循環方式。前進行程是切削行程；后退行程是不作切削的，只讓工作臺駛回為下一步切削作準備。運動示意圖如圖二所示。實際工作中為了提高勞動生產效率，輕載后退的速度要大于前進切削速度。由于不同的金屬材料和不同的加工工藝，必須要求控制系統具備：

＊ 工作臺主拖動具有比較寬的調速范圍和較硬的機械特性；
＊ 工作臺前進切削和后退的過程中運行平穩，不振蕩，速度能單獨地作無級調整，無須停車；
＊ 運行方向的改變要迅速、平滑、沖擊力小、動作反應快；
＊ 在低速范圍內切削力基本保持恒定狀態，靜差度小于3%；
＊ 前進與后退行程的末尾工作臺自動減速，反向準確；
＊ 傳動效率高，耗電量小；
＊ 控制系統簡單，可靠安全，易于維修保養；

如圖二中，ab段（約12-15米/分）為刀具慢速切入工件，而后增加到可調速CD段進行前進切削，之后運行到設定行程開始減速為ef段，再經過換向行程控制，工作臺由前進減速迅速制動并快速反向運行可調hi速度段后退，再后退至減速換向切換到前進行程。形成一個循環工作周期。

以上簡略敘述B2010A直流拖動系統過程，有助于對它的性能特點和工作情況能進步了解。

二、龍門刨床拖動系統的演變

1．原系統存在的主要缺陷

我們知道龍門刨床這種A-G-M調速系統，它具有占地面積大、噪聲污染嚴重、尤其交流電動機拖動發電機浪費電能很嚴重。從工作情況來看，直流電動機的功率并沒有得到充分利用，并且維護保養較困難。目前許多在使用該系統工作的廠家都在想辦法解決以上問題。

2．演變

從70年代至目前有極少部分采用晶閘管——-直流電動機機組（V-M調速系統）。該系統低速時損耗大、功率因數低、對電網污染嚴重，而使用的還是直流電動機，維護保養困難的問題還是沒有解決。

3．飛躍

隨著科技進步，在電力電子技術和微電子技術方面有了飛速發展，以及矢量控制技術的完善，使得變頻調速技術日新月異，并且變頻調速發展空間愈加寬廣，涉及領域之多，其優越性為眾所周知。為此廣大科技工作者致力于交流變頻調速技術的應用，龍門刨床的拖動方式在向變頻調速的方向轉移，國外已有很多成功應用的實例。

三、EMERSON變頻器應用在B2010A龍門刨床上

1．選型

根據前述龍門刨床直流拖動系統工作要求，對于取代直流拖動并超越直流拖動的交流變頻調速來說，選擇高性能可靠矢量型的變頻器尤其關鍵。通過查閱有關資料及請教有關資深學者（對此深表感謝），加之深入了解國內外同類變頻器，反復比較論證，我們從性價比上選擇了美國EMERSON公司出產的高性能矢量控制變頻器——-TD3000系列產品。TD3000系列變頻器在性能上完全符合B2010A型龍門刨床拖動系統的要求。它通過對交流電機磁通電流和轉矩電流的解耦控制，實現了轉矩的快速響應和準確控制，能以很高的控制精度進行寬范圍的調速運行；而且我們還采用了有速度傳感器PG反饋矢量控制方式。根據我們在實際應用中確實感到TD3000矢量控制變頻器穩定可靠，對于象龍門刨床這種從安全可靠性要求很高的大型設備，選用該矢量控制型變頻器非常合適。TD3000系列變頻器是美國EMERSON公司自主開發生產的高品質、多功能、低噪音的矢量控制通用變頻器。具有電機參數自動調諧、零伺服控制、速度控制和轉矩控制在線切換、轉速跟蹤、內置PLC、內置PID控制器、編碼器和給定及反饋信號斷線監測、掉載保護、內置PG接口、故障信號追憶、28種故障監控、豐富的I/O端子和多達十種的速度設定方式，能滿足各類負荷對傳動控制的要求。

TD3000系列變頻器的優越性能主要體現在：

＊ 有速度傳感器矢量控制，調速范圍為1：1000，穩態控制精度0.05%；
＊ 低頻啟動轉矩10-100rpm時,200%額定轉矩；
＊ 啟動預勵磁,加快矢量控制快速響應；
＊ 動態轉矩響應小于150ms；
＊ 零伺服鎖定功能,可以保持零速時150%的轉矩輸出;
＊ 可靠的轉矩限定，防止頻繁跳閘；
＊ 功能豐富的對話式操作面板，全系列LCD+LED顯示中英文可選；
＊ 參數的上傳拷貝和下傳復寫功能；
＊ 功能強大的后臺調試監控軟件，可通過內置RS485接口組網監控。

電機、變頻系統選型：

1）主拖動：55KW交流變頻電機，TD3000-4T0750G變頻器；
2）垂直刀架：1.5KW交流電機，TD1000-4T0022G變頻器；
3）左刀架：1.5KW交流電機，TD1000-4T0022G變頻器；
4）右刀架：1.5KW交流電機，TD1000-4T0022G變頻器

5）主拖動制動單元：兩臺TDB-4C01-0300制動單元，兩只10Ω、10KW制動電阻。

2．控制原理

（1） 工作臺主拖動用EMERSON TD3000變頻器驅動變頻調速電機,電機為中科院研制生產。該電機采用AUTOCAD輔助設計，充分考慮了正弦脈寬調制技術和矢量控制變頻器的特點，低頻時轉速平穩，無爬行現象，恒力矩調速范圍寬，代替A-G-M系統機組實現無級調速。由于我們針對的山東煤礦萊蕪機械廠B2010A型龍門刨床，機械上基本上不動,沒有增加銑削功能,如果橫梁垂直刀架機械剛性足，可以在機械上改造,配刨、銑變速箱來實現銑削功能。通過調試實現了機械刨削速度范圍3-80米/分，無級調速；速度還可降至1米/分左右，進行磨削加工。

（2） 工作臺換向采用制動單元及制動電阻，制動速度快，從應用來看，TD3000變頻器在頻繁換向過程中速度降低快，動力制動迅速，由于換向時工作時間短，為抑制泵升電壓，采用了制動電阻進行能量釋放。