單相可控硅直流調速裝置在數控機床改造中的應用

夏筱筠，陸迺田，袁志剛，霍淑蘭

(1.中國科學院沈陽計算技術研究所有限公司，遼寧 沈陽 110168；

2.中航工業沈陽黎明航空發動機 (集團)有限責任公司，遼寧 沈陽 110043)

一、引言

由于航空產品零部件的結構復雜、材料品種多樣、加工精度高，因此對數控加工機床的加工精度有較高的需求。目前的大型數控加工機床的主軸電機大部分使用直流電機，并通過直流調速裝置進行調速，以滿足需求。

從直流電動機控制理論來說，單相可控硅直流調速裝置為雙閉環控制，外環是速度環，內環是電流環。速度反饋是用來控制裝置中可控硅導通角的大小，從而穩定電機轉速；而電流反饋作為內環控制電流調節器的輸入，起到跟隨調節作用，它的存在也導致了可控硅導通角變化。

二、單相可控硅直流調速裝置在鏜銑床中的應用方案

航空工業加工件加工用鏜銑床需要具有剛性大、操作簡單、精度高等特點。針對目前公司鏜銑床的直流伺服驅動電路復雜、本身消耗功率大、故障率高等不足，采用單相可控硅直流調速裝置對該機床的主軸驅動進行了改造。

1.單相可控硅直流裝置的選擇

主軸電機的參數：額定電壓150V，額定電流20A，額定轉速650r/min，最高轉速2 000r/min。

根據電機的參數，選擇的單相可控硅直流調速裝置的技術指標如下：輸出直流電流0～180V；額定直流電流35A；調速范圍的電勢反饋1:30，測速反饋1:00；調速精度的電勢反饋2%，測速反饋0.1%。

2.單相可控硅直流裝置外部接線

圖1為單相可控硅直流調速裝置在現場常用的外部接線圖。通常還會在電樞電源前端加裝快速熔斷器、電抗器及濾波器以保護調速裝置、穩定電網、減少電磁干擾；并在直流電源輸出和電機之間加裝快速熔斷器保護調速裝置。

3.安裝及調試

單相可控硅直流調速裝置有6個可調電位器，分別調節電流正反饋強度、最高轉速、最低轉速、給定積分器啟動時間、穩定性調整及電流極限調整。

(1)電流正反饋調整電位器RP1：在測速反饋時RP1順時針調至最小。在電勢反饋時，作負載IR補償。逆時針調節時，正反饋增強，調節RP1使負載后轉速變化在技術指標內。RP1調節太大將造成系統震蕩。

(2)最高轉速調整電位器RP2：當給定電位器調至最大時，調節RP2使輸出等于需要的最高轉速。

(3)低速調整電位器RP3：當給定電位器調至最大時，調節RP3使輸出等于所需的某一速度。

(4)給定積分器啟動時間調整電位器RP4：調節RP4來滿足機械對啟動時間的要求。

(5)穩定性調整電位器RP5：當輸出轉速振蕩時，調整RP5使轉速穩定。

(6)電流極限調整電位器RP6：調整電機電樞電流的最大值和電機過載保護值。RP6可調至電機額定電流的1.5倍。過載裝置額定電流1.1倍，當電機負載為額定電流的1.5倍時經15s后動作，即封鎖脈沖，同時可切斷電源。

4.效果

目前該機床已完成現場調試并投入運行，滿足了技術要求并有一定的裕量，尤其是快速性指標，在國內同類型系統中達到了領先的水平。該設備的投入對航空發動機數字控制系統的應用、性能考核、系統評估提供了重要手段。

三、常見故障及解決方案

1.主軸電機不轉

常見原因有供電電源不正常或者是電機過流保護動作。處理方法為檢查電樞電路接線及電機是否正常，如果正常則檢查供電電源電壓是否正常。

2.主軸電機轉速震蕩

通常在安裝調試初期或更換新的主軸電機時出現，引起故障的原因為主控板速度環放大倍數太大或電流正反饋太強。處理方法為首先調節RP5，如不起作用需恢復原位，然后順時針調節電位器RP1，以減小正反饋強度。

3.可控硅和熔斷器燒毀

如果整個車間電網防雷效果不好，強烈雷擊會造成電網不穩定，容易發生可控硅擊穿、熔斷器燒毀現象；系統硬件安裝錯誤或直流電機一側出現故障也會造成此類硬件損壞。因此，保證供電電網的穩定是直流調速系統穩定運行的基礎條件。若遇到強烈的雷雨天氣或電網不穩定時，最好暫時停止使用設備，電網穩定后再重新投入使用。

四、結語

單向可控硅直流調速裝置具有良好的啟動、制動、正反轉及調速性能，同時結構簡單，操作方便，本身消耗的功率小，運行成本低，可在多種復雜環境下使用，尤其在航空工業數控機床中應用較為廣泛。

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