开关磁阻电动机调速系统在单臂刨中的应用

　　摘要：开关磁阻调速系统（SRD）兼有直流、交流两类调速系统的优点，是具有典型机电一体化结构的无级调速系统。将它运用在单臂刨的改造中，具有控制精度高，运行稳定，节能显著等特点。
　　关键字：开关磁阻调速系统、单臂刨、传感器
　　一、概述
　　我公司承接某大型加工企业拆迁工程，应业主要求对设备进行技改。现将其中单臂刨床的调速系统改造总结如下。
　　某企业的B1016A单臂刨床（规格1600mm×6000mm）是由太原第一机床厂1979年3月生产制造的机械自动化程度很高的大型机床。它的动力及控制回路比较复杂，尤其是刨床工作台主拖动系统完全依靠电气自动化来执行的。其主拖动采用最初50年代的A-G-M调速系统，即扩大机――直流发电机――直流电动机组系统，该系统占地面积大、噪声污染严重，尤其交流电动机拖动发电机浪费电能严重，直流电动机的功率并没有得到充分的利用，并且维护保养较困难。
　　开关磁阻电动机调速系统（简称SRD）是继交流变频器之后，国际上20世纪90年代推出的一代性能价格比极高的，具有典型机电一体化结构的无级调速系统，它兼有交流电动机简单坚固、无刷无整流子的优点，也兼有直流系统调速性能好、控制电路简单廉价的优点，并且在负载、转速大范围变化时均有很高的效率。国外对它给予了很高的评价，称“SRD的出现可视为变速传动系统发展的里程碑，并将作为各种传动系统的有力竞争对手逐步用于工业装置和民用电器中”。
　　二、B1016A单臂刨床的工作要求
　　单臂刨床对电力拖动的技术要求――单臂刨床是频繁往复运动的生产机械，它的工作方式为循环方式。前进行程是切削行程；后退一作切削，只让工作台返回为下一步切削作准备。运动示意图如图1所示。
　　图1中ab段（约12-15米/分）为刀具慢速切入工件的行程，cd段为增加调速进行前进切削的行程，ef段为运行到设定行程开始减速的行程，经过换向行程控制，工作台由前进减速并迅速制动后快速反向可调速度运行至后退行程，后退至jk段减速，碰到后退换向行程开关，再切换回前进行程。形成一个循环工作周期。

　　图1工作台运动示意图
　　
　　三、开关磁阻调速系统应用在B1016A单臂刨上
　　图2为开关磁阻电动机结构示意图。电动机为定转子双凸极12/8齿结构。定子齿上有集中绕组，第四个齿绕组相连接，构成A、B、C三相绕组。当某绕组通电时，将产生一个使邻近转子齿与该相绕组轴线相重合的电磁转矩。顺序对各相绕组通电（如A-B-C-A），则可使转子连续转动。改变通电次序，可改变电动机转向，控制该电流的大小和通断电时刻，可以改变转矩，改变转速，还可以实现制动运行。该电动机结构十分简单坚固，控制也十分方便。为了检测电动机转子的瞬时位置和转速，在电动机后部装有传感器。该传感器采用高性能红外光电元件，其抗干扰能力强，耐热性能好、寿命长，并且有防尘密封罩保护。图3为调速器系统框图，图4为控制电路逻辑框图。

　　图2电动机结构示意图

　　图3系统框图

　　图4控制电路逻辑框图
　　由图4所见，其调速系统属于转速电流双闭环系统，通过脉冲宽度调制电路调节加于电动机上的电压和电流，实现调速和稳速的目的。通电逻辑电路通过变通电相序改变电动机的转向，并通过改变换向角改变电动机的电动、制动工作状态。电流限幅电路则改善了电动机转矩的平稳性，并实现控制器和电动机的安全工作。
　　四、开关磁阻调速系统的调整
　　用北京中纺锐力生产的开关磁阻调速系统和日产OMRONPLC（型号CPM2A）相结合，对B1016A单臂刨床进行了改造。图5为开关磁阻调速系统基本配线图。为了避免外界干扰，转速给定采用屏蔽线连接。
　　
　　图5系统基本配线图
　　在调试开关磁阻调速系统的过程中，针对工作台频繁换向、快速响应等问题，对开关磁阻系统上的RP201、RP202、RP203电位器进行了反复调节，使系统达到最佳的性能。其中RP201调节系统的升速时间，对应刨床工作台的升速快慢；RP202调节的是系统的升降速时间比，对应换向越位行程大小；RP203为转速调节比例系数，对应吃刀时降速和升速时超调。
　　五、改造效果
　　为了便于对改造前后效果进行比较，改造前准备了两个相同的试件，分别在改造前后在相同的运行速度和切削量、走刀量下进行测试，结果如下表如示：
　　改造前后效果对比表

　　通过上表我们可以得出以下结论：
　　1、由于换向超程的缩短，大大提高了工作效率。
　　2、噪声减小，改善了工作环境，有利于工人的身心健康。
　　3、空载电流和切削电流明显减小，节能效果十分显著。
　　并且控制系统由于取消了大量的继电器和机组，维护的工作量大大减少，基本不出故障。