变频器概述及在机床行业的应用-《变频器行业应用实践》书评

　　变频器简介

　　变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。一般而言，变频器必须有几项基本的能力：1、节能；2、调速；3、保护功能可分为以下两类：

　　（1）检知异常状态后自动地进行修正动作，如过电流失速防止，再生过电压失速防止。

　　（2）检知异常后封锁电力半导体器件PWM控制信号，使电机自动停车。如过电流切断、再生过电压切断、半导体冷却风扇过热和瞬时停电保护等。

　　变频器在机床行业中的应用

　　由于机床加工范围较广，不同的工件，不同的工序，使用不同的刀具，要求机床执行部件具有不同的运动速度，因此机床的主运动应能进行调速，机床用户对变频器产品的调速作用更为关注。

　　主轴是车床构成中一个重要的部分，对于提高加工效率，扩大加工材料范围，提升加工质量都有着很重要的作用，变频器主要应用于主轴调速系统。目前对客户来说变频器的性价比很高，所以变频器在车床上使用非常普遍。

　　通用变频器要想顺利的使用在机床行业必须有两个重要考虑：一是选用无速度传感器矢量控制的产品，二是要设计在超速运转以提高低速转矩。

　　变频器在机床应用的特点

　　变频调速的调节范围很广，一般通用型变频器都可以实现0'400HZ范围内无级调速。

　　考虑到机床要求具有较硬的机械特性。符合变频器 普通电机（或变频电机）传动具有机械特性硬的特点。一般在低频下都可以提供150%负载转矩的能力。

　　考虑到机床需要在低速时具有强大过载能力。变频器可以提供150%的过载保护（60S），能够满足设备的要求。

　　使用变频调速后，可以简化齿轮变速箱等原有复杂的机械拖动机构，自动化程度高，操作简单，维修方便。

　　变频器具有电压（DC0'5V，DC0'10V），电流模拟输入接口，可以与数控系统的控制信号很好的匹配。

　　变频器在机床应用的优点

　　目前由于变频器的高性价比，所以变频器在经济型数控机床和普通机床的数控化改造中使用非常普遍。其主要优点在于：

　　首先，简化控制线路。变频器的使用极为方便、可通过其外围的少数几个端子进行全范围的控制。变频器内部有完善的保护措施，勿需在其外围线路中设计各种保护电路。由于变频器的正反向运行是通过控制端子来改变逆变器的输出相位来实现。因此，可以比原直流调速系统少两个大型直流接触器。采用具有无速度传感器的矢量控制变频器后，还可以去掉用作传速反馈的速度传感器，使控制线路大为简化；可以采用标准异步电机。采用笼型异步电机可以发挥它结构简单、坚固耐用、运行可靠、维修方便、价格低廉的优势，避免直流电机定期更换、维护电刷和换向器的问题。

　　调试方便。变频器的各种运行参数调试通过智能化键盘和显示器来完成，设置方便、更改灵活、调试时间短。传统的直流调速系统调试涉及到触发脉冲相位调整，转速负反馈调试等多项参数的综合统调，调试难度大、时间长，且不易达到最优控制。

　　此外，用变频器来改变切削速度，选定经济效益最佳切削速度。速度选择好之后，用改变皮带轮直径和（或）更换电机的方法来改变切削速度，既经济又方便，是机械加工行业提高加工质量、降低加工成本的一种行之有效的方法。

　　变频器能减少变速传动齿轮的对数，降低噪音，提高主轴精度，有较强的适应各类产品及各种不同材质加工时所需主轴速度配给的特性。可方便实现数控，且其成本大大低于同类由直流调速组成的数控系统。

　　经济型数控车床大多数是不能自动变速的，需要变速时，只能把机床停止，然后手动变速。而全功能数控车床的主传动系统大多采用无级变速。目前，无级变速系统主要有变频主轴系统和伺服主轴系统两种，一般采用直流或交流主轴电机。通过带传动带动主轴旋转，或通过带传动和主轴箱内的减速齿轮（以获得更大的转矩）带动主轴旋转。由于主轴电机调速范围广，又可无级调速，使得主轴箱的结构大为简化。目前对客户来说由于变频器的高性价比，在车床上使用非常普遍。

　　变频器在机床行业中的总体市场情况

　　根据据国际模具及五金塑胶产业供应商协会负责人罗百辉的调查，目前机床行业变频器的市场总额约为8亿元左右。车床中变频器的应用规模最多，安川、台达、富士、三菱等都有较大的市场份额，国产品牌在机床中应用也较多，如汇川在车床中表现都不俗。而磨床、锻压行业中对变频器产品的性能要求较高，国外品牌较多，三菱、富士、西门子、台达等处于优势，并且一台机床需用的变频器数量也较多，高的可达4～5台。由于三菱变频器接近伺服的功能，其在机床中的应用也较大；台达由于其功能接近三菱，但价钱便宜许多，性价比较高，并且售后服务完善，近年来市场份额增加较大。