變頻器在電火花線切割機(jī)床上的應(yīng)用

1、變頻器在電火花線切割機(jī)床上的應(yīng)用摘要：機(jī)床絲筒電機(jī)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(guò)對(duì)交流電頻率的控制，達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)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(diǎn)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)線路簡(jiǎn)單，可維護(hù)性好。故改用小功率變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)原控制方式。關(guān)鍵詞：變頻器；變頻調(diào)速；IGBT逆變；DSP；PWMThetransducerhasapplicationintheWirecutElectro-dischargeMachineANLianxiang，HEXiao-rui，GAOLi-ping。（1Ins摘要：機(jī)床絲筒電機(jī)的控制方式通常采用繼電器控制，但采用此方式控制存

2、在一系列弊端。變頻器是通過(guò)對(duì)交流電頻率的控制，達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)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(diǎn)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)線路簡(jiǎn)單，可維護(hù)性好。故改用小功率變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)原控制方式。關(guān)鍵詞：變頻器；變頻調(diào)速；IGBT逆變；DSP；PWMThetransducerhasapplicationintheWirecutElectro-dischargeMachineANLianxiang，HEXiao-rui，GAOLi-ping。（1Instituteofelectricengineeringautomation，HebeiUniversityTechnology，Tianjin300130，Chin

3、a；2BeijingDMCUTMachineToolCO，Beijing101307，China；3BeijingSanyiPowerElectronicsCompanny，Beijing102613，China）Abstract：Relayisalwaysusedinelectricalmotorscontro1ButthiscontrolmodehasaseriesofshortcomingsTransducerisusedtocontrolthespeedofelectricalmotorbychangingthefrequencyofACThistechniquetakesfullad

4、vantageofthecharacterofthetransducerThecircuitryissimplicityThemaintainabilityiswel1SothelowpowertransducerisusedtocarryouttheformercontrolmodeKeywords：transducer；frequencycontrol；lGBTcontravariance；DSP；PWM0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(lái)加工工件?？熳呓z線切割機(jī)床于70年代在我國(guó)興起并

5、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(jī)床的電氣及控制系統(tǒng)一般分為：微機(jī)控制部分、高頻電源部分和絲筒電機(jī)控制部分。絲筒電機(jī)控制部分控制電機(jī)及絲筒，帶動(dòng)鉬絲作快速正反的啟動(dòng)運(yùn)行和停止，并提供各種相應(yīng)保護(hù)功能。其它類型機(jī)床電氣控制通常采用繼電器控制方式，也比較實(shí)用，但這種控制方式存在著下述一系列的問(wèn)題：（1）繼電器接觸器動(dòng)作頻繁，損耗相對(duì)較大；中間轉(zhuǎn)換控制復(fù)雜，出故障可能性高。（2）電機(jī)頻繁正反向全壓?jiǎn)?dòng)，啟動(dòng)電流大，對(duì)絲筒機(jī)械部件沖擊大。（3）接觸器觸點(diǎn)頻繁閉合斷開(kāi)造成的噪聲大。這些問(wèn)題導(dǎo)致的主要后果是整個(gè)加工可靠性降低，燒絲等問(wèn)題增多，這勢(shì)必導(dǎo)致二次加

6、工，最終影響產(chǎn)品質(zhì)量，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。針對(duì)上述存在的問(wèn)題，故用小功率變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)原控制方式的改進(jìn)，其理由主要有以下幾點(diǎn)：（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(jī)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(yùn)行狀態(tài)的輸出端子以及強(qiáng)大的可編碼功能，可以根據(jù)被控對(duì)象和控制方式的不同進(jìn)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(jī)的啟停時(shí)間及電流可分別通過(guò)手動(dòng)編碼或自動(dòng)設(shè)置完成，減少了原方式中起動(dòng)電流大，機(jī)械沖擊大的弊病。（4）主電路的相序切換通過(guò)變頻器內(nèi)部集成控制電路完成（無(wú)觸點(diǎn)切換）。另外變頻器內(nèi)還設(shè)有直流制動(dòng)功能，并設(shè)定當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為0后，制動(dòng)過(guò)程可自動(dòng)解

7、除，避免由于操作不當(dāng)電機(jī)所承受的不必要的大電流。（5）變頻器還可自行彌補(bǔ)電網(wǎng)電壓波動(dòng)，設(shè)置自動(dòng)延時(shí)關(guān)機(jī)和來(lái)電繼續(xù)加工等功能，可進(jìn)一步提高自動(dòng)化程度。本機(jī)床采用Altivar31系列高性能變頻器，功率范圍從01815KW；無(wú)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(hù)功能。1走絲機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)快走絲線切割機(jī)床的走絲機(jī)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(jī)構(gòu)的功能是帶動(dòng)電極絲按一定線速度移動(dòng)往復(fù)運(yùn)絲，并將電極絲整齊地排繞在儲(chǔ)絲筒上。儲(chǔ)絲筒本身作高速正反向轉(zhuǎn)動(dòng)，是利用電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)來(lái)達(dá)到的。電機(jī)經(jīng)聯(lián)軸器帶動(dòng)絲筒，再經(jīng)同步帶帶動(dòng)

8、絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，拖板便作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，拖板移動(dòng)的行程可由調(diào)整換向左右撞塊的距離來(lái)達(dá)到。機(jī)床走絲機(jī)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(gè)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ADDC整流電路和IGBT逆變電路。（2）控制電路控制電路主要用來(lái)接受外來(lái)信號(hào)和發(fā)出控制命令和PWM波形。（3）驅(qū)動(dòng)電路采用IGBT智能功率模塊（IPM）。（4）保護(hù)電路為了保護(hù)動(dòng)作的快速性和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(shí)如果是屬于電機(jī)短路之類的故障，則硬件電路將立即產(chǎn)生信號(hào)，關(guān)閉波形發(fā)生器并在中斷子程序中進(jìn)行保護(hù)設(shè)置，并使程序回到初始狀態(tài)。3變頻調(diào)速系

9、統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)儲(chǔ)絲簡(jiǎn)采用三相交流異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，電機(jī)速度通過(guò)變頻器調(diào)速旋鈕進(jìn)行無(wú)極調(diào)速31主電路的設(shè)計(jì)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(gè)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(dòng)機(jī)調(diào)速。32控制電路的設(shè)計(jì)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(jì)中主要使用1MS32OC24OxDSP的PWM輸出口，及板上AD口、捕獲接口CAP。DSP的6個(gè)PWM信號(hào)經(jīng)過(guò)緩沖器反相后送到驅(qū)動(dòng)電路板驅(qū)動(dòng)IPM?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示對(duì)于AD采樣口的輸入信號(hào)做了前期的處理，直接輸入的信號(hào)是幅值在0

10、5V的直流電壓信號(hào)，能滿足DSP對(duì)輸入模擬信號(hào)的要求。交流電機(jī)的矢量控制要求對(duì)交流電機(jī)速度進(jìn)行采樣。33驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)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(kāi)關(guān)器件和驅(qū)動(dòng)電路集成在一起，而且還將過(guò)電壓、過(guò)電流和過(guò)熱等故障檢測(cè)電路包含在里面，并可將故障保護(hù)信號(hào)送到CPU或DSP進(jìn)行處理。34保護(hù)電路的設(shè)計(jì)IGBT用于電力變換時(shí)，容易出現(xiàn)過(guò)電壓、過(guò)電流等故障，造成器件的損壞，因而IGBT在工作時(shí)，必須采取完備的保護(hù)措施。這些保護(hù)措施主要包括過(guò)壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)和過(guò)溫保護(hù)3部分。IPM內(nèi)部已經(jīng)整合了很周密的保護(hù)電路，從電流保護(hù)、電壓保護(hù)到熱保護(hù)。4結(jié)論電火花線切割加工機(jī)床集高效、高精度和高柔性為一體，要求電動(dòng)機(jī)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(qiáng)。變頻器在走絲機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，達(dá)到對(duì)三相異步電機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速，具有節(jié)能、對(duì)電網(wǎng)無(wú)污染、調(diào)速范圍大、調(diào)速機(jī)械性硬等優(yōu)點(diǎn)。參考文獻(xiàn)：【1】曹鳳國(guó)電火花加工技術(shù)【M】北京：化學(xué)工業(yè)出版社2005【2】李清新伺服系統(tǒng)與機(jī)床電氣控制【M】北京：機(jī)械工業(yè)出版社1994【3】趙萬(wàn)生，劉晉春實(shí)用電加工技術(shù)【M】北京：機(jī)械工業(yè)出版社2002【4】蘇彥民