W250HC 鏜床進給軸驅動系統改造
2017-3-13 來源：中國第一重型機械股份公司設備維修分公司 作者：許鑫
摘要：我分廠于上世紀購進捷克斯柯達造 W250HC 鏜床，各進給軸驅動為捷克原裝。由于已使用多年，設備故障率較高，備件少且費用高，因此決定使用齊齊哈爾大華電器有限公司生產 KSA23 系列直流調速系統對其加以改造。改造后降低了機床故障率，減少了備件費用。
關鍵詞：直流電機；調速；鏜床；改造
1.直流調速系統介紹
1.1 直流調速系統發展歷史
電動機是用來拖動某種生產機械的動力設備，所以需要根據工藝要求調節其轉速。我們就將調節電動機轉速，以適應生產要求的過程稱之為調速；而用于完成這一功能的自動控制系統就被稱為是調速系統。
目前調速系統分交流和直流調速系統，由于直流調速系統的調速范圍廣，靜差率小、穩定性好以及具有良好的動態性能，因此在相當長的時期內，高性能的調速系統幾乎都采用了直流調速系統。但近年來，隨著電子工業與技術的發展，高性能的交流調速系統的應用范圍逐漸擴大并有取代直流調速系統的發展趨勢。但作為一個沿用了近百年的調速系統，直流調速系統在目前的生產生活中仍然占有舉足輕重的作用，短時間內是其他調速方式所無法替代的。
1.2 直流調速系統原理
從生產機械要求控制的物理量來看，各種系統往往都是通過控制轉速來實現的，因此，調速系統是最基本的電力拖動控制系統。直流電動機的轉速和其他參量的關系可用下述公式表示：
對于要求在一定范圍內無極平滑調速的系統來說，以調節電樞供電電壓的方式為最好。改變電阻只能實現有級調速；減弱磁通雖然能夠平滑調速，但調速范圍不大，往往只是配合調壓方案，在基速以上作小范圍的弱磁升速。因此，自動控制的直流調速系統往往以調壓調速為主。
調壓調速是直流調速系統的主要方法，調節電樞供電電壓需要有專門的可控直流電源。常用的可控直流電源有以下三種：（1）旋轉變流機組。用交流電動機和直流發電機組成機組，獲得可調直流電壓。（2）靜止式可控整流器。用靜止式的可控整流器獲得可調的直流電壓。（3）直流斬波或脈寬調制變換器。用恒定直流電源或不可控整流電源供電，利用電力電子開關斬波或進行脈寬調制，產生可變的平均電壓。
目前使用最多的是靜止式可控整流器。1957 年，晶閘管問世，到了 20 世紀 60 年代，已生產出成套的晶閘管整流裝置，并逐步取代了旋轉變流機組，使變流技術產生了根本性的變革。在晶閘管可控整流器中，通過調節觸發裝置的控制電壓來移動觸發脈沖的相位，即可改變整流電壓，從而實現平滑調速。在日常使用中，由于大部分生產機械都要求電動機既能頻繁正反轉，又能快速啟動、制動，因此，通常都使用兩組三相全控橋式整流電路反并聯的方式，來使電動機獲得反向轉矩。正組與反組晶閘管使用兩套完全獨立的觸發裝置控制，可以方便地實現直流電動機的正、反向運行。但是，為防止造成電源短路，正、反組晶閘管不能同時處于整流狀態。
與其他幾種調壓調速方案相比，晶閘管可控整流裝置不僅在性能上體現出較大的優越性，而且在穩定性、經濟性等方面上與其他調壓調速方案相比也具有較大的提高。晶閘管可控整流裝置的門極觸發脈沖可以使用電子器件直接控制，無需像旋轉變流機組一樣使用放大裝置。在控制系統的時間性上，晶閘管可控整流裝置的反應時間是毫秒級，這將會極大的提高控制系統的動態響應特性。
2.調速系統改造
2.1 調速系統選用
在本次改造過程中，綜合經濟性、穩定性等指標考慮，我們最終選用了齊齊哈爾大華電器有限公司的 KSA23/63 系列寬調速晶閘管直流調速裝置。KSA23/63 系列直流調速裝置采用單閉環控制系統，具有良好的動態性能。當驅動小慣量私服電動機或采用數字式轉速給定控制器時，調速范圍可達 1：10000 以上。該型直流調速系統體積小、重量輕，主電路采用模塊可控硅并安裝在一塊散熱器上，結構緊湊，便于構成機電一體化產品。該型直流調速裝置適應性好，可驅動各種新舊型號的直流電機。
2.2 改造過程
以 X 軸為例，W200HC 鏜床 X 軸直流電機為捷克電機，型號為MF-132M-T，該電機功率為 11.9k W，電樞電壓 400V，電樞電流 33.7A，勵磁電壓 190V，勵磁電流 1.6A，最大轉速 3240r/min。因此，我們選用了型號為 KSA23-60/400 的直流調速系統。改造前，經分析原電氣原理圖，機床送電時系統主電源接觸器 KM1 與同步電源接觸器 KM6 同時吸和，系統使能由 KA6.1 給出，系統正反方向由繼電器 KA1.2 和KA2.2 選擇，兩個繼電器分別選擇系統給出的+10V 和-10V 標準電平，通過調速器進入系統 X10:1 端子中。同時，原調速系統還通過端子X10:5 和 X10:16 端子控制繼電器 KA8，通過X10:8 和 X10:9 端子控制繼電器 KA10，分別為系統的零速輸出和系統準備好輸出。直流電動機電樞由系統 X10:+和 X10:-端子給出，勵磁回路由端子 X8:3 和 X8:4 給出。同時，速度反饋接在原系統的 X10:1 和 X10:24 端子上。在改造時，由于 KSA23 系列調速裝置要求送電時主回路電源接通時間要落后與同步電源接通時間，因此，利用同步電源送電接觸器 KM6 的輔助觸點，添加一時間繼電器，將該時間繼電器的延時閉合觸點串入主電源送電接觸器 KM1 的線圈回路中，得到合適的送電時序。將 KSA23 直流調速裝置的端子 7 和端子 63 封上，將使能繼電器 KA6.1 的常開觸點串入端子 7 和端子 64 之間。在 KSA23 直流調速裝置中，給定標準電平由端子 44 和端子 45 給出，給定輸入為端子 56，給定參考電平為端子 14，在本次改造中，保持給定回路不變，只需將對應線路接入新系統即可，即 KA1.2、KA2.2 常開觸點一端分別接入端子 44 和端子45，常開觸點另一端接入調速器，給定進入端子 56 即可。原系統的零速繼電器 KA8 和準備好繼電器 KA10，經分析圖紙，只是串入在機床“移動連鎖”回路中，起故障報警作用。原設計為若該系統報警，則機床各軸均無法移動。因此，在本次改造中，將 KA8 和 KA10 兩個繼電器所用的常開觸點取消，這樣雖然起不到報警作用，但不影響機床的正常使用。在原調速系統中，直流電機勵磁單元為一獨立模塊，單獨為電機勵磁供電。為減少工作量，減少停機時間，本次改造保留了原系統的勵磁模塊，繼續為電機勵磁回路供電。在新調速系統中，電樞接在端子1C1 和端子 1D1 上，測速及反饋則接在端子 17 和端子 13 上。至此，硬件改造結束。
2.3 試車
機床送電，首先同步電源接觸器閉合上電，經時間繼電器延時后主回路接觸器閉合上電。用萬用表測量同步電源與主回路電源相序一致。然后將 A1 板上兩個撥動開關均向左撥動，至“I”位置，移動機床，此時，使用萬用表，測量調速系統給定端子 56 和端子 14，然后測量端子 17 和端子 13，二者極性相同。此時停止移動機床，將 A1 板上的兩撥動開關恢復原位，機床即可正常工作。
3.結束語
改造前，該鏜床由于直流調速系統年久失修，經常出現故障，嚴重影響我分廠生產。且該直流調速系統結構復雜，維修困難，一旦出現故障，停機時間長，幾乎沒有備件。經過改造后，大大降低了設備故障率，且 KSA23 系列直流調速裝置采用模塊化設計，便于維修，備件價格低，減少了設備停機時間，降低了備件費用。
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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