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              回馈单元PGC在数控机床上面的应用

              回馈单元PGC在数控机床上面的应用

              一 数控机床介绍

              数控机床是数字控制机床(Computer numerical control machine tools)的简称,是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序,并将其译码,用代码化的数字表示,通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号,控制机床的动作,按图纸要求的形状和尺寸,自动地将零件加工出来。数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题,是一种柔性的、高效能的自动化机床,代表了现代机床控制技术的发展方向,是一种典型的机电一体化产品。
               

              1、数控机床的特点

              (1)加工精度高。数控机床是按数字形式给出的指令进行加工的。目前数控机床的脉冲当量普遍达到了0.001,而且进给传动链的反向间隙与丝杠螺距误差等均可由数控装置进行补偿,因此,数控机床能达到很高的加工精度。对于中、小型数控机床,其定位精度普遍可达0.03,重复定位精度为0.01。

              (2)对加工对象的适应性强。数控机床上改变加工零件时,只须重新编制程序,输人新的程序就能实现对新的零件的加工,这就为复杂结构的单件、小批量生产以及试制新产品提供了极大的便利。对那些普通手工操作的普通机床很难加工或无法加工的精密复杂零件,数控机床也能实现自动加工。

              (3)自动化程度高,劳动强度低。数控机床对零件的加工是按事先编好的程序自动完成的,操作者除了安放穿孔带或操作键盘、装卸工件、对关键工序的中间检测以及观察机床运行之外,不需要进行复杂的重复性手工操作,劳动强度与紧张程度均可大为减轻,加上数控机床一般有较好的安全防护、自动排屑、自动冷却和自动润滑装置,操作者的劳动条件也大为改善。

              (4)生产效率高。零件加工所需的时间主要包括机动时间和辅助时间两部分。数控机床主轴的转速和进给量的变化范围比普通机床大,因此数控机床的每一道工序都可选用有利的切削用量。由于数控机床的结构刚性好,因此,允许进行大切削量的强力切削,这就提高了切削效率,节省了机动时间。因为数控机床的移动部件的空行程运动速度快,所以工件的装夹时间、辅助时间比一般机床少。

              数控机床更换被加工零件时几乎不需要重新调整机床。故节省了零件安装调整时间。数控机床加工质量稳定,一般只做首件检验和工序间关键尺寸的抽样检验,因此节省了停机检验时间。当在加工中心进行加工时一台机床实现了多道工序的连续加工,生产效率的提高更为明显。

              (5)经济效益良好。数控机床虽然价值昂贵,加工时分到每个零件上的设备折旧费高,但是在单件、小批量生产的情况下:①使用数控机床加工,可节省划线工时,减少调整、加工和检验时间,节省了直接生产费用;②使用数控机床加工零件一般不需要制作专用夹具,节省了工艺装备费用;③数控加工精度稳定,减少了废品率,使生产成本进一步下降;④数控机床可实现一机多用,节省厂房面积,节省建厂投资。因此,使用数控机床仍可获得良好的经济效益。

              2、 数控机床的应用 数控机床有普通机床所不具备的许多优点。其应用范围正在不断扩大,但它并不能完全代替普通机床,也还不能以经济的方式解决机械加工中的所有问题.数控机床适合加工具有以下特点的零件:

              (1)多品种、小批量生产的零件。

              (2)形状结构比较复杂的零件。

              (3)需要频繁改型的零件。

              (4)价值昂贵、不允许报废的关键零件。

              (5)设计制造周期短的急需零件。

              (6)批量较大、精度要求较高的零件。
               

              二 数控机床改造方案
               

              1、设备概况

              中山利琼数控加工厂节能改造机床主要参数如下:

              (1)机床品牌:亿润.凯特尔 型号:YRX-46A 机床主轴功率:7.5KW

              (2)运行周期5秒 刹车时间1秒 刹车电流12A

              (3)电源:380V 50HZ
               

              2、再生电能的处理

              当数控机床在一个动作完成或一个工作周期结束时,机床的电动机将处于再生发电状态。逆变器中的六个二极管将传动机构的机械能转换成电能回馈到中间直流回路,并引起储能电容两端电压升高。若不采取必要的措施,当直流回路电容电压升到保护极限值后变频器将过电压跳闸。 在高性能的工程型变频器中,对连续再生电能的处理有以下两种方案:①在中间直流回路设置电阻器,让连续再生电能通过电阻器以发热的形式消耗掉,这种方式称为能耗制动;② 采用再生整流器方式,将连续再生电能送回电网,这种方式称为回馈制动。

              (1)能耗制动 能耗制动由制动单元和制动电阻构成。

              (2)回馈制动 为了实现把制动状态的电动机再生发电能向电网回馈,网侧变流器应采用可逆变流器。加能公司推出的IPC-PGC正弦波节能回馈装置,它的网侧变流器与逆变器结构相同,采用一块具有PWM控制方式的电网电压识别板。由于采用了PWM控制技术,对网侧交流电压的大小和相位可以进行控制,可以使交流输入电流与电网电压同相位并接近正弦波,传动系统的功率因数大于0.96,回馈制动时有100%电网回馈能力,而不需要自耦变压器。

              IPC-PGC正弦波节能回馈装置可以把电机调速等过程中所产生的再生电能回馈到电网,避免了采用常规能耗式制动单元因电阻发热而造成的能量损耗,从而达到理想的节能效果,实现高效运行。

              3、选型配置

              1、根据现场的工况参数,结合我公司工程改造的经验,推荐选型如下:
               

              项目

              节能回馈装置

              额定电流

              峰值电流

              台数

              备注

              数控机床

              PGC4GN

              11A

              17A

              1

               

              保留原来的制动单元+制动电阻的系统,与原来的系统相互冗余。

               

              4、控制原理


               

              5、使用案例 中山市某五金加工厂数控机床经济效益测算:

              数控机床的耗电量直接由机床的电机功率和机床的持续运行时间决定,而数控机床的持续运行时间由机床的运行工况即启停频率、加速时间、加工时间、停机时间决定。因此我们根据数控机床的功率、运行时间和运行工况系数进行耗电计算。


              耗电计算
               

              数量(台)

              机床功率(KW)

              工况系数

              日运行时间(h)

              年运行天数

              电价 (元/度)

              单台年耗电量(度)

              单台年电费

              1

              7.5

              0.5

              16

              312

              1

              18720度

              18720元


              效益计算
               

              数量(台)

              单台年耗电量(度)

              节电率(%)

              安装回馈装置单台机床年总节电量

              单台机床每年节约电费(元)

              1

              18720度

              35%

              6552度

              6552元

               




              数控机床节能改造现场,安装电表实际测量节电量
               

              三、IPC-PGC正弦波节能回馈装置产品介绍

               

              IPC-PGC正弦波节能回馈装置是采用加拿大技术生产制造的低噪声节能产品,采用先进的算法实现完全的正弦波能量回馈。其可以将电机调速过程中所产生的再生电能回馈至电网,避免采用常规能耗式制动单元造成的能量损耗,从而达到节能效果。PGC正弦波节能回馈装置产品内部已经安装有电抗器和噪声滤波器,可以直接接驳电网,不会对电网和周边的电器设备造成干扰。

              目前已经广泛应用于数控机床、伺服控制系统等场合。

              其主回路原理图如4-1图所示:



              图3-1
               

              当数控机床或者伺服控制系统的主轴急速刹车时,电动机将处于再生发电状态。逆变器中的六个二极管将传动机构的机械能转换成电能回馈到中间直流回路,并引起储能电容两端电压升高。为了实现把制动状态的电动机再生电能向电网回馈,网侧变流器应采用可逆变流器。加能公司推出的IPC-PGC电能回馈装置,采用一块具有PWM控制方式的电网电压识别板。由于采用了PWM控制技术,对网侧交流电压的大小和相位可以进行控制,可以使交流输入电流与电网电压同相位并接近正弦波,传动系统的功率因数大于0.96,回馈制动时有100%电网回馈能力,而不需要自耦变压器。

              IPC-PGC电能回馈装置可以把电机调速等过程中所产生的再生电能回馈到电网,避免了采用常规能耗式制动单元因电阻发热而造成的能量损耗,从而达到理想的节能效果,实现高效运行。

              当电动机工作在发电状态时,电机产生的电能通过逆变侧的二极管回流到直流母线,当直流母线电压超过一定的值,IPC-PGC电能回馈装置将启动,将直流逆变成交流,通过控制电能回馈装置的电压相位和幅值将电能回馈到电网,达到节能的目的。

              此时能量经由逆变部分、回馈部分流向电网。变频器工作在第二、第四象限。输出电抗器的主要功能是电流滤波。回馈电流和电网电压波形如图4-2所示。

               

              图3-2

              IPC-PGC正弦波节能回馈装置的主要技术特点:

              技术指标:

              最大机械能回收功率:12KW

              机械能转换电能效率:70%-95%

              电能质量:纯正弦波,THD < 5% @ 100%负载

              响应时间:10ms(0.01秒)

              适配电机:主轴电机系统,伺服电机系统

              极限停机时间:0.3秒

              正常停机时间:1-4秒

              适配电压:360V-460V,50/60HZ,三相

              安全和电磁兼容标准: EN50178-1997 EN12015-2004 EN12016-2004 EN61000
               

              项目

              规范

              电源

              电网电压

              三相340~460Vac

              电网频率

              45Hz~65Hz

              控制

              电流控制方式

              矢量控制

              输出控制方式

              直流母线电压预测控制

              输出电流波形

              正弦波,THD≤5% @100%负载

              回馈起始电压

              590~740 Vdc多档可调(三相340~460Vac)

              过热保护

              83℃(IGBT内部温度)

              显示

              状态指示

              电源指示、故障指示、回馈状态指示等

              安装环境

              安装场所

              室内、海拔不高于1000m(海拔每升高1000 m,须降额10%使用),无阳光直射,无导电性粉尘及腐蚀性气体。

              环境温度

              -10~40℃,通风良好

              环境湿度

              90%RH以下(不结露)

              振动度

              0.5g以下

              空气环境

              无尘埃、阳光直射、腐蚀性气体、可燃性气体、油雾、蒸汽、水体等,不含太多盐分

              储存环境

              环境温度

              -40~70℃

              环境湿度

              5~95%RH

              空气环境

              无尘埃、阳光直射、腐蚀性气体、可燃性气体、油雾、蒸汽、水体等,不含太多盐分

              其他

              EMC

              满足EN 55022 CLASS A


              四 使用IPC-PGC正弦波节能回馈装置的优点
               

              4 内置电抗器与滤波器,即插即用

              PGC采用一体化结构设计,内置电抗器及滤波器,用户无须另行采购



               

              5 完全取代电阻制动

              PGC完全可以取代电阻制动,把耗能的部件变为发癫的部件,并可以节省60%以上的安装空间。

               


               

              6 操作简单,减少安装及培训成本

              每一款PGC产品出厂前,都已经做好满足90%以上需求的技术参数设置,可即插即用,同时,为了满足复杂的工况需求,用户也只需简单的调节动作阀值,即可确保100%使用。因此,即便您不是技术专家,您也可以迅速上手操作PGC。



               

              7 使用全球电网频率,应用无地域限制

              PGC产品THD满足全球世界的滤波标准; EMC/EMI满足苛刻的EN55022 Class A标准;45Hz-65Hz的电网频率下均可稳定工作。 因此,PGC产品应用完全不受地域限制




              五 质量保证及服务承诺

              1、质量保证

              本公司产品自用户从厂家购买之日起,实行为期18个月的免费保修期(出口国外/非标机产品除外),并享有有偿终身服务。 但是,如由于下述原因引起的故障,即使在保修期内亦作有偿修理:

              1、由于使用错误,自行改造及不适当的维修等原因:

              2、超过技术标准规范要求使用:

              3、地震、火灾、雷击、异常电压、其它自然灾害等原因 (未尽事宜详见《IPC-PGC节能回馈装置》保修条款)

              2、服务承诺

              1、在质保期内如果不是因操作不当和不可抗力因素而出现故障,我方负责进行免费维修;

              2、售后服务的承诺:服务2小时内响应,24小时内抵达现场服务;

              3、超过保修期的修理,在修理后向用户收取器件费用。

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