W250HC 镗床进给轴驱动系统改造
2017-3-13 来源：中国第一重型机械股份公司设备维修分公司 作者：许鑫
摘要：我分厂于上世纪购进捷克斯柯达造 W250HC 镗床，各进给轴驱动为捷克原装。由于已使用多年，设备故障率较高，备件少且费用高，因此决定使用齐齐哈尔大华电器有限公司生产 KSA23 系列直流调速系统对其加以改造。改造后降低了机床故障率，减少了备件费用。
关键词：直流电机；调速；镗床；改造
1.直流调速系统介绍
1.1 直流调速系统发展历史
电动机是用来拖动某种生产机械的动力设备，所以需要根据工艺要求调节其转速。我们就将调节电动机转速，以适应生产要求的过程称之为调速；而用于完成这一功能的自动控制系统就被称为是调速系统。
目前调速系统分交流和直流调速系统，由于直流调速系统的调速范围广，静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能，因此在相当长的时期内，高性能的调速系统几乎都采用了直流调速系统。但近年来，随着电子工业与技术的发展，高性能的交流调速系统的应用范围逐渐扩大并有取代直流调速系统的发展趋势。但作为一个沿用了近百年的调速系统，直流调速系统在目前的生产生活中仍然占有举足轻重的作用，短时间内是其他调速方式所无法替代的。
1.2 直流调速系统原理
从生产机械要求控制的物理量来看，各种系统往往都是通过控制转速来实现的，因此，调速系统是最基本的电力拖动控制系统。直流电动机的转速和其他参量的关系可用下述公式表示：
对于要求在一定范围内无极平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。改变电阻只能实现有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速以上作小范围的弱磁升速。因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主。
调压调速是直流调速系统的主要方法，调节电枢供电电压需要有专门的可控直流电源。常用的可控直流电源有以下三种：（1）旋转变流机组。用交流电动机和直流发电机组成机组，获得可调直流电压。（2）静止式可控整流器。用静止式的可控整流器获得可调的直流电压。（3）直流斩波或脉宽调制变换器。用恒定直流电源或不可控整流电源供电，利用电力电子开关斩波或进行脉宽调制，产生可变的平均电压。
目前使用最多的是静止式可控整流器。1957 年，晶闸管问世，到了 20 世纪 60 年代，已生产出成套的晶闸管整流装置，并逐步取代了旋转变流机组，使变流技术产生了根本性的变革。在晶闸管可控整流器中，通过调节触发装置的控制电压来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压，从而实现平滑调速。在日常使用中，由于大部分生产机械都要求电动机既能频繁正反转，又能快速启动、制动，因此，通常都使用两组三相全控桥式整流电路反并联的方式，来使电动机获得反向转矩。正组与反组晶闸管使用两套完全独立的触发装置控制，可以方便地实现直流电动机的正、反向运行。但是，为防止造成电源短路，正、反组晶闸管不能同时处于整流状态。
与其他几种调压调速方案相比，晶闸管可控整流装置不仅在性能上体现出较大的优越性，而且在稳定性、经济性等方面上与其他调压调速方案相比也具有较大的提高。晶闸管可控整流装置的门极触发脉冲可以使用电子器件直接控制，无需像旋转变流机组一样使用放大装置。在控制系统的时间性上，晶闸管可控整流装置的反应时间是毫秒级，这将会极大的提高控制系统的动态响应特性。
2.调速系统改造
2.1 调速系统选用
在本次改造过程中，综合经济性、稳定性等指标考虑，我们最终选用了齐齐哈尔大华电器有限公司的 KSA23/63 系列宽调速晶闸管直流调速装置。KSA23/63 系列直流调速装置采用单闭环控制系统，具有良好的动态性能。当驱动小惯量私服电动机或采用数字式转速给定控制器时，调速范围可达 1：10000 以上。该型直流调速系统体积小、重量轻，主电路采用模块可控硅并安装在一块散热器上，结构紧凑，便于构成机电一体化产品。该型直流调速装置适应性好，可驱动各种新旧型号的直流电机。
2.2 改造过程
以 X 轴为例，W200HC 镗床 X 轴直流电机为捷克电机，型号为MF-132M-T，该电机功率为 11.9k W，电枢电压 400V，电枢电流 33.7A，励磁电压 190V，励磁电流 1.6A，最大转速 3240r/min。因此，我们选用了型号为 KSA23-60/400 的直流调速系统。改造前，经分析原电气原理图，机床送电时系统主电源接触器 KM1 与同步电源接触器 KM6 同时吸和，系统使能由 KA6.1 给出，系统正反方向由继电器 KA1.2 和KA2.2 选择，两个继电器分别选择系统给出的+10V 和-10V 标准电平，通过调速器进入系统 X10:1 端子中。同时，原调速系统还通过端子X10:5 和 X10:16 端子控制继电器 KA8，通过X10:8 和 X10:9 端子控制继电器 KA10，分别为系统的零速输出和系统准备好输出。直流电动机电枢由系统 X10:+和 X10:-端子给出，励磁回路由端子 X8:3 和 X8:4 给出。同时，速度反馈接在原系统的 X10:1 和 X10:24 端子上。在改造时，由于 KSA23 系列调速装置要求送电时主回路电源接通时间要落后与同步电源接通时间，因此，利用同步电源送电接触器 KM6 的辅助触点，添加一时间继电器，将该时间继电器的延时闭合触点串入主电源送电接触器 KM1 的线圈回路中，得到合适的送电时序。将 KSA23 直流调速装置的端子 7 和端子 63 封上，将使能继电器 KA6.1 的常开触点串入端子 7 和端子 64 之间。在 KSA23 直流调速装置中，给定标准电平由端子 44 和端子 45 给出，给定输入为端子 56，给定参考电平为端子 14，在本次改造中，保持给定回路不变，只需将对应线路接入新系统即可，即 KA1.2、KA2.2 常开触点一端分别接入端子 44 和端子45，常开触点另一端接入调速器，给定进入端子 56 即可。原系统的零速继电器 KA8 和准备好继电器 KA10，经分析图纸，只是串入在机床“移动连锁”回路中，起故障报警作用。原设计为若该系统报警，则机床各轴均无法移动。因此，在本次改造中，将 KA8 和 KA10 两个继电器所用的常开触点取消，这样虽然起不到报警作用，但不影响机床的正常使用。在原调速系统中，直流电机励磁单元为一独立模块，单独为电机励磁供电。为减少工作量，减少停机时间，本次改造保留了原系统的励磁模块，继续为电机励磁回路供电。在新调速系统中，电枢接在端子1C1 和端子 1D1 上，测速及反馈则接在端子 17 和端子 13 上。至此，硬件改造结束。
2.3 试车
机床送电，首先同步电源接触器闭合上电，经时间继电器延时后主回路接触器闭合上电。用万用表测量同步电源与主回路电源相序一致。然后将 A1 板上两个拨动开关均向左拨动，至“I”位置，移动机床，此时，使用万用表，测量调速系统给定端子 56 和端子 14，然后测量端子 17 和端子 13，二者极性相同。此时停止移动机床，将 A1 板上的两拨动开关恢复原位，机床即可正常工作。
3.结束语
改造前，该镗床由于直流调速系统年久失修，经常出现故障，严重影响我分厂生产。且该直流调速系统结构复杂，维修困难，一旦出现故障，停机时间长，几乎没有备件。经过改造后，大大降低了设备故障率，且 KSA23 系列直流调速装置采用模块化设计，便于维修，备件价格低，减少了设备停机时间，降低了备件费用。
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