单相可控硅直流调速装置在数控机床改造中的应用

夏筱筠，陆迺田，袁志刚，霍淑兰

(1.中国科学院沈阳计算技术研究所有限公司，辽宁 沈阳 110168；

2.中航工业沈阳黎明航空发动机 (集团)有限责任公司，辽宁 沈阳 110043)

一、引言

由于航空产品零部件的结构复杂、材料品种多样、加工精度高，因此对数控加工机床的加工精度有较高的需求。目前的大型数控加工机床的主轴电机大部分使用直流电机，并通过直流调速装置进行调速，以满足需求。

从直流电动机控制理论来说，单相可控硅直流调速装置为双闭环控制，外环是速度环，内环是电流环。速度反馈是用来控制装置中可控硅导通角的大小，从而稳定电机转速；而电流反馈作为内环控制电流调节器的输入，起到跟随调节作用，它的存在也导致了可控硅导通角变化。

二、单相可控硅直流调速装置在镗铣床中的应用方案

航空工业加工件加工用镗铣床需要具有刚性大、操作简单、精度高等特点。针对目前公司镗铣床的直流伺服驱动电路复杂、本身消耗功率大、故障率高等不足，采用单相可控硅直流调速装置对该机床的主轴驱动进行了改造。

1.单相可控硅直流装置的选择

主轴电机的参数：额定电压150V，额定电流20A，额定转速650r/min，最高转速2 000r/min。

根据电机的参数，选择的单相可控硅直流调速装置的技术指标如下：输出直流电流0～180V；额定直流电流35A；调速范围的电势反馈1:30，测速反馈1:00；调速精度的电势反馈2%，测速反馈0.1%。

2.单相可控硅直流装置外部接线

图1为单相可控硅直流调速装置在现场常用的外部接线图。通常还会在电枢电源前端加装快速熔断器、电抗器及滤波器以保护调速装置、稳定电网、减少电磁干扰；并在直流电源输出和电机之间加装快速熔断器保护调速装置。

3.安装及调试

单相可控硅直流调速装置有6个可调电位器，分别调节电流正反馈强度、最高转速、最低转速、给定积分器启动时间、稳定性调整及电流极限调整。

(1)电流正反馈调整电位器RP1：在测速反馈时RP1顺时针调至最小。在电势反馈时，作负载IR补偿。逆时针调节时，正反馈增强，调节RP1使负载后转速变化在技术指标内。RP1调节太大将造成系统震荡。

(2)最高转速调整电位器RP2：当给定电位器调至最大时，调节RP2使输出等于需要的最高转速。

(3)低速调整电位器RP3：当给定电位器调至最大时，调节RP3使输出等于所需的某一速度。

(4)给定积分器启动时间调整电位器RP4：调节RP4来满足机械对启动时间的要求。

(5)稳定性调整电位器RP5：当输出转速振荡时，调整RP5使转速稳定。

(6)电流极限调整电位器RP6：调整电机电枢电流的最大值和电机过载保护值。RP6可调至电机额定电流的1.5倍。过载装置额定电流1.1倍，当电机负载为额定电流的1.5倍时经15s后动作，即封锁脉冲，同时可切断电源。

4.效果

目前该机床已完成现场调试并投入运行，满足了技术要求并有一定的裕量，尤其是快速性指标，在国内同类型系统中达到了领先的水平。该设备的投入对航空发动机数字控制系统的应用、性能考核、系统评估提供了重要手段。

三、常见故障及解决方案

1.主轴电机不转

常见原因有供电电源不正常或者是电机过流保护动作。处理方法为检查电枢电路接线及电机是否正常，如果正常则检查供电电源电压是否正常。

2.主轴电机转速震荡

通常在安装调试初期或更换新的主轴电机时出现，引起故障的原因为主控板速度环放大倍数太大或电流正反馈太强。处理方法为首先调节RP5，如不起作用需恢复原位，然后顺时针调节电位器RP1，以减小正反馈强度。

3.可控硅和熔断器烧毁

如果整个车间电网防雷效果不好，强烈雷击会造成电网不稳定，容易发生可控硅击穿、熔断器烧毁现象；系统硬件安装错误或直流电机一侧出现故障也会造成此类硬件损坏。因此，保证供电电网的稳定是直流调速系统稳定运行的基础条件。若遇到强烈的雷雨天气或电网不稳定时，最好暂时停止使用设备，电网稳定后再重新投入使用。

四、结语

单向可控硅直流调速装置具有良好的启动、制动、正反转及调速性能，同时结构简单，操作方便，本身消耗的功率小，运行成本低，可在多种复杂环境下使用，尤其在航空工业数控机床中应用较为广泛。

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