B2010A龙门刨床电气控制系统


B2010A 龙门刨床电气控制系统
B2010A Planing Machine Electrical Control System

主 团

编:荀伟 队:陈浩 蒋昀 马宇龙

课程名称:B2010A 龙门刨床电气控制系统 提交日期:2009 年 11 月 28 日 指导老师:赵家才

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B2010A 系列龙门刨床是上世纪五十年代的产品,其调速系统 采用旋转变流机组供电的 F―D 系统。该系统需要旋转变流机组, 至少包含两台与调速电动机容量相当的旋转电机,还要一台励磁 发电机,故存在设备多、体积大、费用高、效率低、安装须打地 基、运行有噪声、维护不方便等缺点, 但是系统的可逆运行很容易实现,且无论在正转还是反转减 速时都能够实现回馈制动,因此在当时曾广泛地使用着,至今在 尚未进行设备更新的地方仍使用着这种系统。 我从网上了解到,B2010A 系列龙门刨床被誉为电气控制与电 机调速之经典之作!

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目 录

前言..............................................5 第一章 龙门刨床的简介............................6 1.1 龙门刨床的发展历史.................... ......6 1.2 B2010A 系列龙门刨床的特点.......... .........7 B2010A 龙门刨床工况概述 ..................8

第二章

2.1 龙门刨床对电力拖动的技术要求...................8 第三章 B2010A 龙门刨床详细原理与操作.............9

3.1 B2010A 龙门刨床的电气控制原理..................9 3.2 机组启动.......................................12 3.3 步进或步退.....................................13 3.4 循环前进或后退.................................15 3.5 减速和换向.....................................16 3.6 速度调节及制动................................19 第四章 工作台拖动系统.............................23 4.1 拖动控制的发展状况.............................23 4.2 工作台拖动系统的保护...........................24 4.3 龙门刨床拖动系统的演变.........................25 第五章 5.1 变频器运用在 B2010A 龙门刨床..... ........26

选型........................................26

5.2. 控制原理....................................28 第六章 EMERSON 变频器的特性应用.................30 6.1、注意变频器与电机的自调谐过程.................30
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6.2、避免爬行.....................................30 6.4、使电机获得更好的起动性能.....................30 6.3、换向运行的快速响应............................30 第七章 常见故障及检修流程.........................31

结论................................................35 致谢................................................36 参考文献............................................37

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前 言

本实训项目通过电动机调速系统总体方案设计、 选择具有电机调速的典型代表 B2010A 系列龙门刨床、绘制 B2010A 系列龙门刨床电路原理图、B2010A 系列龙门刨床各个设备 的原理、以及刨床电机的调速原理、B2010A 系列龙门刨床设备的 维护与维修、安装、刨床现代的调速方式、以及与现代调速的对 比。另外还增加了 EMERSON 变频器应用在 B2010A 龙门刨床, EMERSON 变频器的特性应用 龙门刨床交流电动机具有结构简单、价格便宜、维护方便、 运行可靠、单机容量大等优点,但直流电动机则具有较好的起动 性能和调速性能,因此,直流拖动在对起动、制动、正反转、调 速等有较高要求的场合应用都很广泛。尽管直流电动机也存在着 结构复杂、价格较贵、维修方便、安装受到一定的限制等缺点, 但随着现代调速控制理论和电力电子技术的飞速发展,使直流拖 动在现在的电气自动化中也占据了很重要的地位。 本报告正是以实训项目为载体,对实训项目中用到的软硬件 主要技术、主要设备特性进行阐述。

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第一章 龙门刨床的简介

1.1

龙门刨床的发展历史
具有门式框架和卧式长床身的刨床。龙门刨床主要用于刨 削大型工件,也可在工作台上装夹多个零件同时加工,是工 业的母机。龙门刨床的工作台带着工件通过门式框架作直线 往复运动,空行程速度大于工作行程速度。横梁上一般装有 两个垂直刀架,刀架滑座可在垂直面内回转一个角度,并可 沿横梁作横向进给运动 刨刀可在刀架上作垂直或斜向进给 运动;横梁可在两立柱上作上下调整。一般在两个立柱上还 安装可沿立柱上下移动的侧刀架,以扩大加工范围工作台回 程时能机动抬刀,以免划伤工件表面。 机床工作台的驱动可用发电机-电动机组或用可控硅直 流调速方式,调速范围较大,在低速时也能获得较大的驱动 力。有的龙门刨床还附有铣头和磨头,变型为龙门刨铣床和 龙门刨铣磨床,工作台既可作快速的主运动,也可作慢速的 进给运动,主要用于重型工件在一次安装中进行刨削、铣削 和磨削平面等加工。 中国第一台龙门刨床于1953年4月在济南第二机床厂问 世。

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1.2 B2010A 系列龙门刨床的特点

该系统需要旋转变流机组,至少包含两台与调速电动机容量 相当的旋转电机,还要一台励磁发 电机,故存在设备多、体积大、费用高、效率低、安装须打 地基、运行有噪声、维护不方便等缺点, 但是系统的可逆运行很容易实现,且无论在正转还是反转减 速时都能够实现回馈制动 龙门刨床是机械化自动化程度很高的大型机床。龙门刨床的 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 靠电气自动化控制来执行的。B2010A 龙门刨床的主拖动采用最初 50 年代的 A-G-M 调速系统,即电机扩大机---直流发电机---直流 电动机组系统。 图一所示

。 采用机械速比 2:1 和电气调速范围为 10:1 的机电联合调速系 统。

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第二章 B2010A 龙门刨床工况概述

2.1

龙门刨床对电力拖动的技术要求
龙门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;后退行程是不作切削的,只让工作 台驶回为下一步切削作准备。运动示意图如图二所示。实际工作 中为了提高劳动生产效率,轻载后退的速度要大于前进切削速度。 由于不同的金属材料和不同的加工工艺,必须要求控制系统具备: 工作台主拖动具有比较宽的调速范围和较硬的机械特性; 工作台前进切削和后退的过程中运行平稳,不振荡,速度能 单独地作无级调整,无须停车; 运行方向的改变要迅速、平滑、冲击力小、动作反应快; 在低速范围内切削力基本保持恒定状态,静差度小于3%; 前进与后退行程的末尾工作台自动减速,反向准确; 传动效率高,耗电量小; 控 制 系 统 简 单 , 可 靠 安 全 , 易 于 维 修 保 养 ;

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第三章 B2010A 龙门刨床详细原理与操作

3.1 B2010A 龙门刨床的电气控制原理
B2010A 龙门刨床的电气控制原理如图 1 所示。整个电气控制 系统由三相 380V50Hz 的交流电源供电。工作台由直流电机 D 拖 动;油泵、冷却风机、电机放大机的原动机、直流发电机的原动 机,分别由单独的三相交流异步电动机 RB、FB、B、A 拖动。其中 交流异步电动机 A 由 Y―Δ 起动。 工作台拖动电动机 D 的速度,是通过电压负反馈,电流正反 馈和电流截止负反馈的高电阻电桥系统来改变发电机的端电压, 达到速度调节的。电机扩大机控制绕组采用磁差接法,分别将给 定电压、电压负反馈、电流截止负反馈与电流正反馈接到扩大机
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单独的控制绕组 0III 与 0II 上。 全部控制电器装在三处,控制柜、悬挂操纵箱和机床上。操 纵者使用操纵箱进行操作。工作台自动循环时,由安装在机床床 身右侧的行程开关 Q-JS 1、Q-HX 1 和 Q-HX 2 或 H-JS 1、H-HX 1 和 H-HX 2 进行控制。极限开关 1HXC 和 2HXC 也安装在机床床身右 侧。1HXC 的接点在工作台前进超过极限位置时断开,2HXC 的接点 在工作台后退超过极限位置时断开。 整个电气线路可分为交流主回路-图 1 左上部分、交流控制 回路-图 1 右半部分和直流主回路图 1 左中间部分、直流控制回 路-图 1 左下部分四部分。其中交流控制回路的电源由两相 380V 交流电通过熔断器 2RL, 供给机组的 Y―Δ 起动控制和控制变压器 BK 降压至 127V。工作台的步进或步退、前进或后退、自动循环, 以及润滑泵的控制电源由交流 127V 通过熔断器 3RL 提供。直流 控制回路的电源是直流 220V,由原动机交流异步电动机 A 拖动励 磁机 L 整流通过熔断器 1RL 输出。 用于控制发电机的输出端电压。 (注:图一中继电器 JI 的触点[240]-[200]应为常闭触点)下图

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图一

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3.2 机组启动
启动前,机组和控制系统应处于就绪状态,即图 1 中自动空 气开关 UZ、1UZ、2UZ 都在合闸位置,所有接触器或中间继电器均 在释释放状态。交流电源指示灯 2e 发亮,所有电机的靠背轮都可 用手转动,此时就可以开机。 “[101]”内为线号; ( “↑”表示线 圈吸合或触点闭合, “↓”则相反下同。 ) 按下悬挂操纵箱上的“起动”按钮 2A—→ 接触器 C-A 吸合, 时间继电器 JS-A 吸合,接触器 Y 吸合 —→ Y 起动。随着电机 A 的旋转,励磁机 L 就有直流 220V 输出,使直流时间继电器 JSΔ 吸合,其常闭延时释放触点[723]-[725]闭合;当时间继电器 JS-A 的常开延时触点 [705]-[723]闭合,接 触器 C-B 吸合。其常闭触点 [717]-[719] 断开,Y 接触器释 放;常闭触点 [H1-D]-[51]断开,直流时间继电器 JS-Δ 释放; 常开触点 [717] -[721]闭合,Δ 接触器吸合。时间继电器 JS-A 延时常闭触点 [705]-[717] 断开;继电器 JS-Δ 常闭延时触点 [705]-[717]闭合。完成主拖动电机的 Y-Δ 转换,机组 启动完毕。 机组起动过程中各相关接触(继电)器或触点的动作过程如 图 2 所示。JS-A 的延时调节在 3~4s,JS-Δ 的延时为 1s 以下。 一般使电动机 A 在 Y 联结起动至稳定转速后,立即断开 Y 联结, 留出接触器转接时间,即刻转成Δ 联结运转,这时 JS-A、 JS-Δ 的延时时间认为是调节得合适的。机组起动结束后相关接触(继 电)器的状态如下:C-A、JS-A、Δ 、C-B 吸合,Y、JS-Δ 释放。 注意:继电器 JS-Δ 不吸合,主拖动电机不能从 Y 转换到Δ 。
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图二

3.3 步进或步退
机组启动完毕后且工作台不在换向位置,即在 Q-HX 1、2 或 H-HX 1、2 没有动作的情况下,方可进行步进或步退操作。以“步 进”为例,下面分别对交流控制回路和直流控制回路作分析。 ⑴交流控制回路 要使工作台步进,则按住悬挂操纵箱上的 “步进”按钮 8A,触点[111] —[113]闭合。电源通过 [101] — → [103] —→ [105] —→ [107] —→ [109] —→ [111] — → [113] —→ [115],加到“工作台前进”中间继电器 Q 的线圈 上,使中间继电器 Q 吸合。其他中间继电器 H、1Q、 1H、J、JI 处在释放状态。 松开“步进”按钮 8A,则触点 [111]-[113]断开,中间继电器 Q 释放。 ⑵直流控制回路 工作台步进时,中间继电器 Q 吸合,常开触

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点[1]-[3]闭合→ 继电器 JS 吸合。JS 的常闭触点 [280]-[ OⅢ2] 和[270]-[S1-K]断开,制动回路断开。但中间继电器 H、1Q、1H、 J、JI 处在释放状态,此时直流控制回路的等效电路如图 3(a) 所示。为清楚起见再进一步将给定电压 U I1 和发电机反馈取样电 压 U F 作等效,更简化的电路见图 3(b)所示。图中 R F、RI 分 别是 2R、1R 的等效电阻,其值固定,只有可变电阻器 5RT 可以改 变其阻值。因此当 U I 和 UF 稳定时调节 5RT 阻值的大小,便可 改变回路中的电流,即流过放大机控制绕组 OⅢ 1-OⅢ2 的电流 iw,从而改变行进的速度。因此工作台以给定电压 U I 低速向前 移动。

图 3(a) 图 3(b)

中间继电器 Q 释放,则工作台停止。 若工作台步退时,则按住悬挂操纵箱上的“步退”按钮 12A,此 时不是中间继电器 Q 吸合,而是中间继电器 H 吸合。其他与上面 步进类似,这里不再重复。 步进(退)时有关接触(继电)器的 状态如下:Q(H) 、JS 吸合。

注意:改变可变电阻器
“步退”的速度。

5RT 或 6RT 的阻值,便可改变“步进”或

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3.4 循环前进或后退
如前所说,机组启动完毕后且工作台不在换向位置,既 Q-HX 1、2 或 H-HX 1、2 没有动作的情况下,方可进行循环前进或后退 操作。 ⑴交流控制回路 要使工作台前进,则按住悬挂操纵箱上的 “前进”按钮 9A,触点[111] —[131]闭合。电源通过 [101] — → [103] —→ [105] —→ [107] —→ [109] —→ [111] — → [131] —→ [133] —→ [135] —→ [137] —→ [139] ,加 到“工作台自动工作与调整移动连锁”中间继电器 JI 的线圈上, 使中间继电器 JI 吸合。中间继电器 JI 的触点 [111] —[113]闭 合, 使中间继电器 Q 也吸合。 中间继电器 JI 的触点 [107] —[129] 闭合,起自保作用。工作台快速向前移动。由此可见工作台在自 动循环工作状态下, 中间继电器 JI 和 Q 或 H (后退) 应同时吸合。 ⑵直流控制回路 工作台在前进过程中,中间继电器 JI 和 Q 吸合。其余中间继电器 H、1Q、1H、J 处在释放状态,此时直流控 制回路的等效电路如图 4(a)所示。同样再进一步将给定电压 U O2 和发电机反馈取样电压 U F2 作等效,更简化的电路见图 4(b) 所示。图中 R F2、RO2 也分别是 2R、1R 的等效电阻,其值固定, 而调速器 R-Q 和可变电阻器 1RT 可以改变其阻值。调节调速器 R-Q 可改变 U O2 和 RO2 或改变可变电阻器 1RT 的阻值,都能改变 回路中的电流,即流过放大机 K 控制绕组 OⅢ 1-OⅢ2 的电流,
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从而调节工作台行进的速度。

图 4(a) 图 4(b)

工作台后退时,则按住悬挂操纵箱上的“后退”按钮 11A, 此时不是中间继电器 Q 吸合,而是中间继电器 H 吸合。即中间继 电器 JI 和 H 同时吸合。 其他与上面前进类似, 这里不再重复。 循 环前进(后退)有关接触(继电)器的状态如下:JI、Q(H) 、JS 吸合。

注意:调节调速器 R-Q 或 R-H 位置,便可改变“前进”或
“后退”的速度。

3.5 减速和换向
为了实现工作台的平稳换向,工作台在换向前都先进行减速, 降速后才换向。减速和换向的过程是通过安装在工作台底侧面的
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挡铁拨动安装在机床床身右侧的行程开关来实现的。每端各有两 个 Q-JS、Q-HX 或 H-JS、H-HX。4 ⑴交流控制回路 假定工作台在前进状态, 当挡铁拨动 “前进减速” 行程开关 Q-JS,其常开触点 Q-JS 1([129]-[159])闭合,中间 继电器 J 吸合。 工作台减速前进。当挡铁拨动“前进换向”行程 开关 Q-HX,其常闭触点 Q-HX1([107]-[109])断开, “工作台前 进”中间继电器 Q 释放, “工作台后退”中间继电器 H 吸合。其 常开触点 Q-HX 2([129]-[155])闭合, “前进换向” 中间继电 器 1H 吸合。工作台开始换向。 ⑵直流控制回路 中间继电器 J 吸合后,其常闭触点[223]-[225] 断开,常开触点[225]-[237]闭合。加上行程开关 Q-JS 的常闭触 点 Q-JS 2([210]-[212])断开。工作台随即进入低速移动。此 时直流控制回路的等效电路如图 5(a)所示。这时工作台移动的 速度给定电压由 R-Q 的固定抽头[231]与 1R 中心的固定抽头[210] 之间的电压 U O3 决定。速度调节可通过调节 b-Q 的位置,通过 改变 b-Q 的阻值来改变流过放大机 K 控制绕组 OⅢ 1-OⅢ2 的电 流 i k3 到达。 工作台继续以低速前进。当“工作台前进”中间 继电器 Q 释放, “工作台后退”中间继电器 H 吸合。 “前进换向” 中间继电器 1H 吸合后。此时直流控制回路的等效电路如图 5(b) 所示。

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图 5(a) 图 5(b)

注意:行程开关 Q-JS 未恢复原来状态,Q-JS 1 仍在闭合状
态,即 J 仍吸合;Q-JS 2 仍在断开状态。 从图 5 中可以明显看出,原来由 R-Q 的固定抽头[231]通过 3RT 提供电压的,现在变成由 R-H 的固定抽头[232]通过 4RT 来提 供电压了。此时工作台虽然同样处在低速移动,但因流过放大机 控制绕组 OⅢ 1-OⅢ2 的电流方向改变了,故工作台移动的方向变 为后退了。若 R-H 的固定抽头[232]与 1R 中心的固定抽头[210] 之间的电压跟 R-Q 的固定抽头[231] 与 1R 中心的固定抽头[210] 之间的电压数值相同,只是方向相反的话,那么工作台低速移动 的速度相同,而方向相反。变前进为后退,到达换向的目的。 随着工作台往回移,挡铁拨回“前进换向”行程开关 Q-HX,以及 “前进减速”行程开关 Q-JS。工作台进入快速后退移动状态。前 进换后退过程结束。 工作台在后退状态下,减速和换向的过程与上述类似,只是 直流控制回路的等效电路从图 5(b)到图 5(a) ,与上面正好相

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反,这里不再重复。 减速时有关接触(继电)器的状态如下:JI、 Q(H) 、JS、J 吸合。 换向时有关接触(继电)器的状态如下:JI、 H(Q) 、JS、J、1H(1Q)吸合。

3.6 速度调节及制动
速度调节分两种情况:人为的手动调节和受外界影响的自动调节。 通常是在工作台自动循环工作状态下。 ⑴人为的手动调节以图 4 为例, 假如要求工作台移动速度加快 (或 变慢) 。调节调速器 R-Q 使 UI 升高(降低) ,由于发电机输出的 电压还没有变,即 U F 电压还没有变,所以回路中的电流就增大 (减小) 。即流过放大机 K 控制绕组 OⅢ 1-OⅢ2 的电流增大(减 小) ,使放大机输出的电压也升高(降低) ,发电机励磁电流随即 增大(减少) ,发电机输出电压升高(降低) ,直流电动机 D 的转 速升高(降低) ,工作台移动速度加快(变慢) 。因发电机输出电 压升高(降低) ,使反馈采样得到的电压 U F 也升高(降 低) ,使回路电流又逐渐减少,直到恢复至接近原来值。工作台在 新的速度上稳定运行。 由图中可以看出,采样电压 U F 的极性始终与给定电压 U I 的极 性相反,而电压 U F 是通过发电机输 出反馈回来的,所以系统具有电压负反馈功能。使发电机输出电 压,即工作台的运动速度得到稳定有了可靠保证。 由上可知,工 作台的运动速度由 R-Q 和 1RT 或 R-H 和 2RT 的阻值决定。 ⑵受外界影响的自动调节仍以图 4 为例。一种情况是假如在负载 或其他因数的作用下,使直流电动机 D 的速度降低,那么直流电
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动机 D 反电势也降低,即 U F 降低了。因而加在放大机 K 控制绕 组 OⅢ 1-OⅢ2 两端的电压增大,这样一来放大机 K 将增加发电 机的输出电压直到直流电动机 D 的转速恢复至接近原来值。 另一 种情况是假如直流主回路中的电流增大,即图 6 中的 ID 增大, 使得电压 UID 也随之增大。引起流过放大机 K 另一控制绕组 OⅡ 1-OⅡ2 的电流增大。因该电流的方向与流过放大机 K 控制绕组 O Ⅲ1-OⅢ2 的电流方向相同,使放大机电势升高,发电机电压保持 不便,电动机 D 转速不变。 由于流过控制绕组 OⅡ 1-OⅡ2 的电流与流过控制绕组 OⅢ 1-O Ⅲ2 的电流方向相同,这种功能称为电流正反馈。

图 6

⑶限流功能由于电流正反馈功能的存在,补偿了直流主回路因电 机 D 电流增大引起转速下降的不足,使电机 D 的转速保持平稳。 但是当电机 D 旋转方向改变即换向时,因电机 D 的反电势方向还
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没有改变,而发电机输出的电压极性改变了。此时直流主回路中 就会产生很大的与 I D 相反的电流 ID1,如图 5(b)所示。为了防止直流主回路中的电流超过 所 允 许 的 整 定 电 流 , 在 线 路 中 设 有 限 流 电 路 。 当 U ID> U1R/2+Ub-Q+V2ZX 时(忽略控制绕组 0Ⅲ上的电压) ,二极管开始 导通。控制绕组 OⅢ流过相反的去磁电流 I U1R。也就是说 U ID 被箝位在 U 1R/2+Ub-Q+V2ZX 上。保证直流主回路中的电流不超过 所允许的数值。这就实现了系统的过电流保护。 从图 5(b)中可以看出,由于 I U1R 的方向与正常的激磁电流 I K4 的方向相反,且随着电流 I D1 的增大,电压 U ID 被箝定在 U 1R/2+Ub-Q+V2ZX 上。这种作用被称为电流负反馈截止功能。 ⑷停车制动控制系统为了防止工作台爬行或振荡,分别采取了两 级 不 同 的 制 动 方 式 。 时 间 继 电 器 JS 的 延 时 触 点 [1--203] 和]2--204]动作之前为一级停车制动,延时触点动作动作之后为 二级停车制动。工作台运行中,按下停止按钮 10A, “工作台自动 工作与调整移动联锁”继电器 JI、 “工作台前 进”或“工作台后退”继电器都释放时,直流时间继电器 JS 也释 放。换向继电器 Q 或 H 和减速继电器 J 也都释放。此时各继电器 都在自然状态, 而时间继电器 JS 的延时触点 [1--203]和]2--204] 还没有断开,其直流控制回路的等效电路如图 7(a)所示。

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图 7(a)图 7(b)

从图中可以看出,由于电路的对称性,此时速度给定电压 UI=0V, 而反馈电压 UF 还是原来的数值,因此放大机控制绕组 0 III 中 流过一个很大的反向励磁电流 IUF,放大机反向励磁改变了放大 机输出电压极性,从而使发电机反向励磁,发电机输出电压急剧 下降。由于机械慣性,电动机的反电动势暂时不变,因此电动机 的反电动势大于发电机电动势,主回路电流反向,电动机进行发 电制动,使电动机转速迅速降低。为了加强停车的稳定作用,在 8RT 两端并联了一副 JI 的常闭触点。 改变电阻 5RT 或 6RT 的阻值, 可以调节一级制动的强弱。 阻值小, 制动效果强。但必须保证这两个电阻阻值基本相同。 时间继电器 JS 的延时触点[1--203]和[2--204]动作即断开、 [280--0III2]和[270--S1-K]闭合后,进入二级停车制动的电路见 图 7(b) 。此时放大机和发电机的输出电压极性已改变。时间继 电器 JS 的延时触点[280--0III2] 闭合,流过 0 III 绕组的电流

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继续对放大机反向励磁。由于触点 [270--S1-K]闭合,使流过放 大机补偿绕组的电流被 7RT 分流一部分,进一步削弱了放大机补 偿能力,减少了对发电机的反向励磁,缓和了停车制动。增大 7RT 的阻值,可加强消磁,但会影响二级停车制动的强弱。

第四章 工作台拖动系统

4.1 拖动控制的发展状况
现代拖动控制中,长期以来存在着交流控制和直流控制之争。 由于近代理论 与科技的发展,尤其是电力电子技术的发展,交流拖动系统将 会在更多的场合取代直流拖动控制系统,但是成熟的直流拖动控 制系统所运用地一些控制思想与有关控制技术在整个拖动系统中 具有普遍意义。对于直流电机只要改变电机的电压或者励磁电流 就等于可以实现电机的无级调速,且电动机的转矩容易控制,具 有良好的动态性能,但是直流电动机也有其固有缺点: 1.结构复杂,重量大,价格高。 2.电刷容易磨损,维修不方便。

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3.对环境要求高,不适合与易燃,易爆及有腐蚀性气体的场 合。 这些都与现代控制系统要求的可靠性、可用性、可维修性相 违背。所以直流电动机已经难以适应现代调速系统的要求了,必 然要再出现一种新的调速方式来代替它。 龙门刨、可逆轧钢机等生产机械在产品加工过程中要求有规 律地不间断的改变电动机的转向。正转、反转、调速、制动等运 行状态需要交流和直流配合来控制。 根据异步电动机的转速公式: n=n0(1-s)= 式中 P——电机极对数 f1——供电电源频率 S——电机转差率 可见,异步电动机有三种基本调速方法: (1) 极调速:改变定子绕组的极对数 p; (2) 变频调速:改变供电电源的频率 f1; (3) 变转差率调速:改变电动机的转差率 s。 因此,异步电动机有三种基本的调速方式,即改变极对数,改 变转差率和改变供电电源频率。在变转差率调速中又分为转子串 电阻调速、串级调速、调压调速和电磁转差离合器调速四种类型。

4.2 工作台拖动系统的保护
⑴电路短路保护:自动空气开关 UZ、1UZ、2UZ,熔断器 1RL、 2RL、3RL。 ⑵电机过载保护:热继电器 JR-A、JR-B、JR-FB、JR-RB。 ⑶润滑油压低:压力继电器 Je。
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⑷直流主回路过电流保护:直流电流继电器 JL-F。 ⑸工作台极限保护:限位开关 1HXC、2HXC。

4.3龙门刨床拖动系统的演变

4.3.1.原系统存在的主要缺陷 我们知道龙门刨床这种 A-G-M 调速系统,它具有占地面积大、 噪声污染严重、尤其交流电动机拖动发电机浪费电能很严重。从 工作情况来看,直流电动机的功率并没有得到充分利用,并且维 护保养较困难。目前许多在使用该系统工作的厂家都在想办法解 决以上问题。 4.3.2.演变 从70年代至目前有极少部分采用晶闸管---直流电动机机组 (V-M 调速系统) 。该系统低速时损耗大、功率因数低、对电网污 染严重,而使用的还是直流电动机,维护保养困难的问题还是没 有解决。 4.3.3.飞跃 随着科技进步,在电力电子技术和微电子技术方面有了飞速 发展,以及矢量控制技术的完善,使得变频调速技术日新月异, 并且变频调速发展空间愈加宽广,涉及领域之多,其优越性为众

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所周知。为此广大科技工作者致力于交流变频调速技术的应用, 龙门刨床的拖动方式在向变频调速的方向转移,国外已有很多成 功应用的实例。

第五章

EMERSON 变频器应用在 B2010A 龙门刨床上

5.1

选型

根据前述龙门刨床直流拖动系统工作要求, 对于取代直流拖动 并超越直流拖动的交流变频调速来说,选择高性能可靠矢量型的 变频器尤其关键。通过查阅有关资料及请教有关资深学者(对此 深表感谢) ,加之深入了解国内外同类变频器,反复比较论证,我 们从性价比上选择了美国 EMERSON 公司出产的高性能矢量控制变 频器---TD3000系列产品。TD3000系列变频器在性能上完全符合 B2010A 型龙门刨床拖动系统的要求。它通过对交流电机磁通电流 和转矩电流的解耦控制,实现了转矩的快速响应和准确控制,能 以很高的控制精度进行宽范围的调速运行;而且我们还采用了有 速度传感器 PG 反馈矢量控制方式。根据我们在实际应用中确实感 到 TD3000矢量控制变频器稳定可靠,对于象龙门刨床这种从安全 可靠性要求很高的大型设备,选用该矢量控制型变频器非常合适。

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TD3000系列变频器是美国 EMERSON 公司自主开发生产的高品质、 多功能、低噪音的矢量控制通用变频器。具有电机参数自动调谐、 零伺服控制、 速度控制和转矩控制在线切换、 转速跟踪、 内置 PLC、 内置 PID 控制器、编码器和给定及反馈信号断线监测、掉载保护、 内置 PG 接口、故障信号追忆、28种故障监控、丰富的 I/O 端子和 多达十种的速度设定方式,能满足各类负荷对传动控制的要求。 TD3000系列变频器的优越性能主要体现在: 有速度传感器矢量控制,调速范围为1:1000,稳态控制精度 0.05%; 低频启动转矩10-100rpm 时,200%额定转矩; 启动预励磁,加快矢量控制快速响应; 动态转矩响应小于150ms; 零伺服锁定功能,可以保持零速时150%的转矩输出; 可靠的转矩限定,防止频繁跳闸; 功能丰富的对话式操作面板,全系列 LCD+LED 显示中英文可 选; 参数的上传拷贝和下传复写功能; 功能强大的后台调试监控软件, 可通过内置 RS485接口组网监 控。 电机、变频系统选型: 1)主拖动:55KW 交流变频电机,TD3000-4T0750G 变频器; 2)垂直刀架:1.5KW 交流电机,TD1000-4T0022G 变频器; 3)左刀架:1.5KW 交流电机,TD1000-4T0022G 变频器; 4)右刀架:1.5KW 交流电机,TD1000-4T0022G 变频器 5)主拖动制动单元: 两台 TDB-4C01-0300制动单元, 两只10Ω 、
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10KW 制动电阻。

5.2.控制原理
(1) 工作台主拖动用 EMERSON TD3000变频器驱动变频调速电 机,电机为中科院研制生产。该电机采用 AUTOCAD 辅助设计,充分 考虑了正弦脉宽调制技术和矢量控制变频器的特点,低频时转速 平稳,无爬行现象,恒力矩调速范围宽,代替 A-G-M 系统机组实 现无级调速。由于我们针对的山东煤矿莱芜机械厂 B2010A 型龙门 刨床,机械上基本上不动,没有增加铣削功能,如果横梁垂直刀架 机械刚性足, 可以在机械上改造,配刨、 铣变速箱来实现铣削功能。 通过调试实现了机械刨削速度范围3-80米/分,无级调速;速度还 可降至1米/分左右,进行磨削加工。 (2) 工作台换向采用制动单元及制动电阻,制动速度快,从 应用来看,TD3000变频器在频繁换向过程中速度降低快,动力制 动迅速,由于换向时工作时间短,为抑制泵升电压,采用了制动 电阻进行能量释放。 (3) 电气控制系统采用由我们莱芜凤普自控有限公司自行研 制的 XH-120PLC 可编程控制器来实现对主拖动变频器及整个机床 的电气控制。优点是控功能强、速度快、易维护、便于改变程序。 并且根据工艺情况编制故障,面板显示运行状态、查找故障点简

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单。 (4) 工作台的减速、换向控制采用龙门刨床高可靠性电子组 合开关,无机械磨损、寿命长、无故障工作时间在一万小时以上, 全密封、无维修、可防止使用中铁屑引起误动作。

5.3、龙门刨床简要电气.控制框图 (如图三)

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第六章

EMERSON 变频器的特性应用

我们在调试变频器过程中,重点针对工作台频繁换向、快速 响应等问题对于变频器参数作了调整,仅举几例加以说明。

6.1、注意变频器与电机的自调谐过程
在选择矢量控制方式第一次运行前,一定要进行电机的自动 调谐工作,以便获得被控电机的准确电气参数。这种过程相当于 对负载电动机自动地进行一次“等效电路参数测定实验” ,力求 达到精确矢量控制。

6.2、避免爬行
我们知道由于加工切削量不同、 工件重量不等、行程不一、 高速运行等严重恶劣条件造成在运动中工作台惯性大,势必会在 减速与反向过程中会向原方向作一定距离的惯性运动。所以认真 调整 TD3000变频器的有关参数,一定要准确控制加减速时间及制 动的投入方式,否则将会出现越位等故障。

6.3、换向运行的快速响应
应用 TD3000变频器在工作台拖动换向上要精心调整转速调节 器,使之适应工作要求,当比例增益 P 和积分时间 I 参数选取不 当时,可能会在系统中产生振荡或产生减速过电压故障。这一点
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需要根据实际情况来调整。

6.4、使电机获得更好的起动性能
我们在调试过程中,将电机预励磁功能参数作了调整,起动 方式、起动频率、正反转死区、脉冲编码器等参数作了调整,使 之具有更好的响应速度

第七章常见故障及检修流程
维修中需要关注的元器件(部件)有:Δ 接触器,直流继电器 JS,油压继电器 Je,中间继电器 JI,两只 Q 继电器,两只 H 继电器,中间继电器 J,行程开关 Q-HX、H-HX,速度调节器 R-Q、R-H。 维修中需要测试电压的关键点有:[B1-K,H2-K],[1,2],[101, 102],[107,102],[115,102], [125,102],[139,102],[220, 210],[200,0III1]。 ⑴常见故障 ①故障现象:点动或自动工作台都不能移动。 检查处理:用万用表 250VAC 档测[107]与[102]间的电压,无电压;再测 [105]与[102]间的电压,
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测得 120V;切断电源,打开操纵箱检查,拆去停止按钮 10A 上的[107]线,用万用表电阻档 RX1 测 按钮的常闭触点,不通;按动按钮,时通时断;更换按钮,故障 排除。 ②故障现象:点动或自动工作台不能前进,但能后退。 检查处理:先检查点动,按下点动按钮,检查继电器 Q 有没有吸。看到两个 Q 继电器中,只有 一个吸合,另一个不动。用万用表 250VAC 档测[115]与[102]间的电压,有 120V。切断电源,拆去 不吸那只继电器线圈上的[115]连线,用万用表电阻档 RX100 测其线圈电阻,显示“∞”。取下继电 器拆开,见线圈连线已断,用烙铁焊接后装上。故障排除。 ③故障现象:工作台减速不明显,并有继电器发出的“吱吱”声。 检查处理:检查“吱吱”声的来源,估计是减速继电器 J 发出的。更换后故障消失。 ④故障现象:工作台换向时有明显的撞击声。 检查处理:检查减速行程开关,及换向行程开关;并作适当调整。 ⑵检修流程 由于实际生产中出现的故障五花八门,下面提供的检查流程只是 一种思路方法,仅供参考。 ①机组不能起动的检查流程见图
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② 工 作 台 不 能 点 动 的 检 查 流 程 见 图

③工作台不能循环工作的检查流程见图
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④工作台不能换向的检查流程: 继电器 1Q 或 1H 在换向时是否吸合→ H-HX1、2 或 Q-HX1、2 触点 及连线 → 挡铁。 ⑤工作台不能减速的检查流程见图

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结 论

作为即将毕业的我们,熟知实训的重要性!我们学校的宗旨 ——手脑并用,双手万能。将所学的理论知识用于实践,就是我 们最大的收获。 五周时间很快就过去了,关于 B2010A 型龙门刨的电气控制, 电机调速方面的实训已经结束,在此次实训中我们完成了从资料 收集、确定方案、计划制定、电路图设计、现场勘察、检查和评 估等一系列任务,实现了 B2010A 型龙门刨的原理与操作,以及爱 默生变频器的认识,颠覆了原有学习的三菱变频器和西门子变频 器的技术要求。 实训期间遇到一些疑难,及时向老师咨询。在赵老师的带领 下,即巩固了大一,大二所学的理论知识,又学到了新的知识。 为以后走上实习单位,奠定了良好的理论基础。每一位同学都按 老师的要求,一步一步完成自己的任务,分组实训,既有竞争, 又有合作!最后大家都圆满地完成了本次实训。 用一词概括本次实训——受益匪浅。

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本综合实训项目是在赵家才老师的悉心指导下完成的,他对 本次实训工作倾注了大量的心血。五周来,赵家才老师深厚的专 业背景、严谨的治学态度、平易宽厚的人格作风使我受益匪浅。 感谢您对我的悉心教诲,使我顺利地完成了实训任务,在实训任 务完成之际,衷心感谢赵家才老师对我的关心和培养! 感谢我同组同学及同班同学的帮助和关心!最后向审阅技术 报告的老师致以深深的谢意!

参考文献
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『1』 .天津电气传动设计研究所. 电气传动自动化技术手册. 『M』 . 1992 年出版. 『2』.康光华,陈大钦. 电子技术基础模拟部分. 『M』. 高等教 育出版社. 1979 年. 『3』 .电气工程师手册第二版编辑委员会. 电气工程师手册. 『M』 . 2000 年版. 『4』 .谢宗安主编. 自动控制系统. 『M』 重庆大学出版社. 1996 . 年 『5』.杨威, 张金栋主编. 电力电子技术. 『M』. 重庆大学出版 社. 1995 年. 『6』.晁勤等主编. 自动控制原理. 『M』.重庆大学出版社. 2001 年. 『7』.杨长能编. 电力拖动基础. 『M』. 重庆大学出版社. 1994 年. 『8』. 莱芜凤普自控有限公司 『9』.济南广林科技有限公司 『10』.关于艾默生网络能源

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