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      解決方案

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      回饋單元PGC在數控機床上面的應用

      回饋單元PGC在數控機床上面的應用

      一 數控機床介紹

      數控機床是數字控制機床(Computer numerical control machine tools)的簡稱,是一種裝有程序控制系統的自動化機床。該控制系統能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規定的程序,并將其譯碼,用代碼化的數字表示,通過信息載體輸入數控裝置。經運算處理由數控裝置發出各種控制信號,控制機床的動作,按圖紙要求的形狀和尺寸,自動地將零件加工出來。數控機床較好地解決了復雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題,是一種柔性的、高效能的自動化機床,代表了現代機床控制技術的發展方向,是一種典型的機電一體化產品。
       

      1、數控機床的特點

      (1)加工精度高。數控機床是按數字形式給出的指令進行加工的。目前數控機床的脈沖當量普遍達到了0.001,而且進給傳動鏈的反向間隙與絲杠螺距誤差等均可由數控裝置進行補償,因此,數控機床能達到很高的加工精度。對于中、小型數控機床,其定位精度普遍可達0.03,重復定位精度為0.01。

      (2)對加工對象的適應性強。數控機床上改變加工零件時,只須重新編制程序,輸人新的程序就能實現對新的零件的加工,這就為復雜結構的單件、小批量生產以及試制新產品提供了極大的便利。對那些普通手工操作的普通機床很難加工或無法加工的精密復雜零件,數控機床也能實現自動加工。

      (3)自動化程度高,勞動強度低。數控機床對零件的加工是按事先編好的程序自動完成的,操作者除了安放穿孔帶或操作鍵盤、裝卸工件、對關鍵工序的中間檢測以及觀察機床運行之外,不需要進行復雜的重復性手工操作,勞動強度與緊張程度均可大為減輕,加上數控機床一般有較好的安全防護、自動排屑、自動冷卻和自動潤滑裝置,操作者的勞動條件也大為改善。

      (4)生產效率高。零件加工所需的時間主要包括機動時間和輔助時間兩部分。數控機床主軸的轉速和進給量的變化范圍比普通機床大,因此數控機床的每一道工序都可選用有利的切削用量。由于數控機床的結構剛性好,因此,允許進行大切削量的強力切削,這就提高了切削效率,節省了機動時間。因為數控機床的移動部件的空行程運動速度快,所以工件的裝夾時間、輔助時間比一般機床少。

      數控機床更換被加工零件時幾乎不需要重新調整機床。故節省了零件安裝調整時間。數控機床加工質量穩定,一般只做首件檢驗和工序間關鍵尺寸的抽樣檢驗,因此節省了停機檢驗時間。當在加工中心進行加工時一臺機床實現了多道工序的連續加工,生產效率的提高更為明顯。

      (5)經濟效益良好。數控機床雖然價值昂貴,加工時分到每個零件上的設備折舊費高,但是在單件、小批量生產的情況下:①使用數控機床加工,可節省劃線工時,減少調整、加工和檢驗時間,節省了直接生產費用;②使用數控機床加工零件一般不需要制作專用夾具,節省了工藝裝備費用;③數控加工精度穩定,減少了廢品率,使生產成本進一步下降;④數控機床可實現一機多用,節省廠房面積,節省建廠投資。因此,使用數控機床仍可獲得良好的經濟效益。

      2、 數控機床的應用 數控機床有普通機床所不具備的許多優點。其應用范圍正在不斷擴大,但它并不能完全代替普通機床,也還不能以經濟的方式解決機械加工中的所有問題.數控機床適合加工具有以下特點的零件:

      (1)多品種、小批量生產的零件。

      (2)形狀結構比較復雜的零件。

      (3)需要頻繁改型的零件。

      (4)價值昂貴、不允許報廢的關鍵零件。

      (5)設計制造周期短的急需零件。

      (6)批量較大、精度要求較高的零件。
       

      二 數控機床改造方案
       

      1、設備概況

      中山利瓊數控加工廠節能改造機床主要參數如下:

      (1)機床品牌:億潤.凱特爾 型號:YRX-46A 機床主軸功率:7.5KW

      (2)運行周期5秒 剎車時間1秒 剎車電流12A

      (3)電源:380V 50HZ
       

      2、再生電能的處理

      當數控機床在一個動作完成或一個工作周期結束時,機床的電動機將處于再生發電狀態。逆變器中的六個二極管將傳動機構的機械能轉換成電能回饋到中間直流回路,并引起儲能電容兩端電壓升高。若不采取必要的措施,當直流回路電容電壓升到保護極限值后變頻器將過電壓跳閘。 在高性能的工程型變頻器中,對連續再生電能的處理有以下兩種方案:①在中間直流回路設置電阻器,讓連續再生電能通過電阻器以發熱的形式消耗掉,這種方式稱為能耗制動;② 采用再生整流器方式,將連續再生電能送回電網,這種方式稱為回饋制動。

      (1)能耗制動 能耗制動由制動單元和制動電阻構成。

      (2)回饋制動 為了實現把制動狀態的電動機再生發電能向電網回饋,網側變流器應采用可逆變流器。加能公司推出的IPC-PGC正弦波節能回饋裝置,它的網側變流器與逆變器結構相同,采用一塊具有PWM控制方式的電網電壓識別板。由于采用了PWM控制技術,對網側交流電壓的大小和相位可以進行控制,可以使交流輸入電流與電網電壓同相位并接近正弦波,傳動系統的功率因數大于0.96,回饋制動時有100%電網回饋能力,而不需要自耦變壓器。

      IPC-PGC正弦波節能回饋裝置可以把電機調速等過程中所產生的再生電能回饋到電網,避免了采用常規能耗式制動單元因電阻發熱而造成的能量損耗,從而達到理想的節能效果,實現高效運行。

      3、選型配置

      1、根據現場的工況參數,結合我公司工程改造的經驗,推薦選型如下:
       

      項目

      節能回饋裝置

      額定電流

      峰值電流

      臺數

      備注

      數控機床

      PGC4GN

      11A

      17A

      1

       

      保留原來的制動單元+制動電阻的系統,與原來的系統相互冗余。

       

      4、控制原理


       

      5、使用案例 中山市某五金加工廠數控機床經濟效益測算:

      數控機床的耗電量直接由機床的電機功率和機床的持續運行時間決定,而數控機床的持續運行時間由機床的運行工況即啟停頻率、加速時間、加工時間、停機時間決定。因此我們根據數控機床的功率、運行時間和運行工況系數進行耗電計算。


      耗電計算
       

      數量(臺)

      機床功率(KW)

      工況系數

      日運行時間(h)

      年運行天數

      電價 (元/度)

      單臺年耗電量(度)

      單臺年電費

      1

      7.5

      0.5

      16

      312

      1

      18720度

      18720元


      效益計算
       

      數量(臺)

      單臺年耗電量(度)

      節電率(%)

      安裝回饋裝置單臺機床年總節電量

      單臺機床每年節約電費(元)

      1

      18720度

      35%

      6552度

      6552元

       




      數控機床節能改造現場,安裝電表實際測量節電量
       

      三、IPC-PGC正弦波節能回饋裝置產品介紹

       

      IPC-PGC正弦波節能回饋裝置是采用加拿大技術生產制造的低噪聲節能產品,采用先進的算法實現完全的正弦波能量回饋。其可以將電機調速過程中所產生的再生電能回饋至電網,避免采用常規能耗式制動單元造成的能量損耗,從而達到節能效果。PGC正弦波節能回饋裝置產品內部已經安裝有電抗器和噪聲濾波器,可以直接接駁電網,不會對電網和周邊的電器設備造成干擾。

      目前已經廣泛應用于數控機床、伺服控制系統等場合。

      其主回路原理圖如4-1圖所示:



      圖3-1
       

      當數控機床或者伺服控制系統的主軸急速剎車時,電動機將處于再生發電狀態。逆變器中的六個二極管將傳動機構的機械能轉換成電能回饋到中間直流回路,并引起儲能電容兩端電壓升高。為了實現把制動狀態的電動機再生電能向電網回饋,網側變流器應采用可逆變流器。加能公司推出的IPC-PGC電能回饋裝置,采用一塊具有PWM控制方式的電網電壓識別板。由于采用了PWM控制技術,對網側交流電壓的大小和相位可以進行控制,可以使交流輸入電流與電網電壓同相位并接近正弦波,傳動系統的功率因數大于0.96,回饋制動時有100%電網回饋能力,而不需要自耦變壓器。

      IPC-PGC電能回饋裝置可以把電機調速等過程中所產生的再生電能回饋到電網,避免了采用常規能耗式制動單元因電阻發熱而造成的能量損耗,從而達到理想的節能效果,實現高效運行。

      當電動機工作在發電狀態時,電機產生的電能通過逆變側的二極管回流到直流母線,當直流母線電壓超過一定的值,IPC-PGC電能回饋裝置將啟動,將直流逆變成交流,通過控制電能回饋裝置的電壓相位和幅值將電能回饋到電網,達到節能的目的。

      此時能量經由逆變部分、回饋部分流向電網。變頻器工作在第二、第四象限。輸出電抗器的主要功能是電流濾波?;仞侂娏骱碗娋W電壓波形如圖4-2所示。

       

      圖3-2

      IPC-PGC正弦波節能回饋裝置的主要技術特點:

      技術指標:

      最大機械能回收功率:12KW

      機械能轉換電能效率:70%-95%

      電能質量:純正弦波,THD < 5% @ 100%負載

      響應時間:10ms(0.01秒)

      適配電機:主軸電機系統,伺服電機系統

      極限停機時間:0.3秒

      正常停機時間:1-4秒

      適配電壓:360V-460V,50/60HZ,三相

      安全和電磁兼容標準: EN50178-1997 EN12015-2004 EN12016-2004 EN61000
       

      項目

      規范

      電源

      電網電壓

      三相340~460Vac

      電網頻率

      45Hz~65Hz

      控制

      電流控制方式

      矢量控制

      輸出控制方式

      直流母線電壓預測控制

      輸出電流波形

      正弦波,THD≤5% @100%負載

      回饋起始電壓

      590~740 Vdc多檔可調(三相340~460Vac)

      過熱保護

      83℃(IGBT內部溫度)

      顯示

      狀態指示

      電源指示、故障指示、回饋狀態指示等

      安裝環境

      安裝場所

      室內、海拔不高于1000m(海拔每升高1000 m,須降額10%使用),無陽光直射,無導電性粉塵及腐蝕性氣體。

      環境溫度

      -10~40℃,通風良好

      環境濕度

      90%RH以下(不結露)

      振動度

      0.5g以下

      空氣環境

      無塵埃、陽光直射、腐蝕性氣體、可燃性氣體、油霧、蒸汽、水體等,不含太多鹽分

      儲存環境

      環境溫度

      -40~70℃

      環境濕度

      5~95%RH

      空氣環境

      無塵埃、陽光直射、腐蝕性氣體、可燃性氣體、油霧、蒸汽、水體等,不含太多鹽分

      其他

      EMC

      滿足EN 55022 CLASS A


      四 使用IPC-PGC正弦波節能回饋裝置的優點
       

      4 內置電抗器與濾波器,即插即用

      PGC采用一體化結構設計,內置電抗器及濾波器,用戶無須另行采購



       

      5 完全取代電阻制動

      PGC完全可以取代電阻制動,把耗能的部件變為發癲的部件,并可以節省60%以上的安裝空間。

       


       

      6 操作簡單,減少安裝及培訓成本

      每一款PGC產品出廠前,都已經做好滿足90%以上需求的技術參數設置,可即插即用,同時,為了滿足復雜的工況需求,用戶也只需簡單的調節動作閥值,即可確保100%使用。因此,即便您不是技術專家,您也可以迅速上手操作PGC。



       

      7 使用全球電網頻率,應用無地域限制

      PGC產品THD滿足全球世界的濾波標準; EMC/EMI滿足苛刻的EN55022 Class A標準;45Hz-65Hz的電網頻率下均可穩定工作。 因此,PGC產品應用完全不受地域限制




      五 質量保證及服務承諾

      1、質量保證

      本公司產品自用戶從廠家購買之日起,實行為期18個月的免費保修期(出口國外/非標機產品除外),并享有有償終身服務。 但是,如由于下述原因引起的故障,即使在保修期內亦作有償修理:

      1、由于使用錯誤,自行改造及不適當的維修等原因:

      2、超過技術標準規范要求使用:

      3、地震、火災、雷擊、異常電壓、其它自然災害等原因 (未盡事宜詳見《IPC-PGC節能回饋裝置》保修條款)

      2、服務承諾

      1、在質保期內如果不是因操作不當和不可抗力因素而出現故障,我方負責進行免費維修;

      2、售后服務的承諾:服務2小時內響應,24小時內抵達現場服務;

      3、超過保修期的修理,在修理后向用戶收取器件費用。

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