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[摘 要]本文以对80年代较久的龙门铣床可控硅调速系统改造为例，介绍因设备使用时间较长故障频出，调速系统调速不稳定等情况下提出通过用直流调速器进行调速系统改造升级的具体办法及中间可能遇到的问题。
[关键词]可控硅调速系统；直流调速器；改造
中图分类号：TD534+.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）09-0395-02
概述
X2020×60-9、X2025×80-9龙门铣床是一种中段龙门铣床，其工作台工作面宽度×长度为：2000mm×6000mm，2500mm×8000mm，它具有两个铣头：两个垂直铣头。两个垂直铣头的溜班可沿横梁上导轨作左右移动，两个垂直滑枕铣头上的滑枕可沿自己溜板上的导轨作上下移动。另外横梁可沿左右立柱上的导轨作上下调整移动。
1 问题的提出
该龙门铣床工作台以及左右垂直铣头滑枕，溜板电机调速均采用可控硅直流调速系统。由于长期使用，该系统电气元件严重老化，积灰较多，散热不良，造成直流电机转矩不够，电机转速不稳，造成铣床工作精度下降已经不能满足生产标准。由于可控硅直流调速系统应用在早期调速控制，并且电路的维修和电器元件都是散件组装，更换较为麻烦，有的甚至市场上找不到配件，属于落后淘汰技术，因此本次采用西门子直流调速器代替原有的可控硅直流调速系统。
2 可控硅直流调速系统的原理介绍
可控硅直流调速系统可以实现进给拖动无级调速。设计系统的方框图如（图1）：
系统在静态下的工作情况是这样的：给定电压u1与测速机反馈电压u2比较后得出差分电压△u，作为前置放大器的输入电压，并经放大后输出电压Uy。电压Uy便是控制触发器输出脉冲相位的控制电压。可控硅根据触发脉冲相位的大小，从而改变可控硅的导通角，即改变整流器的输出直流电压。如果给定电压越小，即放大器的输入电压越小，则放大器的输出电压Uy越大，脉冲相位越往后移，可控硅的导通角越小，整流输出电压也小，故电机的电压越低。如果给定电压增大，则电动机的转速就升高。
测速电机与电动机刚性连接，在同一激磁电流的作用下，测速电机的电枢电压正比例于电机的转速。系统引入测速发电机电压负反馈，可以提高尤其是在低速时系统的机械特性硬度，从而保证实现对系统的各项技术要求。
3 直流调速器简介
6RA70 SIMOREG DC MASTER系列整流器為全数字紧凑型整流器，输入为三相电源，可向变速直流驱动的电枢和励磁供电，额定电枢电流从15A到2200A。
直流调速器就是调节直流电动机速度的设备。上端和交流电源连接，下端和直流电动机连接，直流调速器将交流电转换成两路输出直流电源，一路输入给直流电机励磁（定子），一路输入给直流电机电枢（转子），直流调速器通过控制电枢直流电压来调节直流电动机转速。同时直流电动机给调速器一个反馈电流，调速器根据反馈电流来判断直流电机的转速情况，必要时修正电枢电压输出，来调节电机的转速。
直流调速器有五大应用特点：较宽的调速范围，较快的动态响应过程，加、减速时自动平滑的过度过程，低速运转时力矩大，较好的挖土机特性，能将过载电流自动限制在设置电流上。
4 直流调速系统的改造
以工作台直流调速系统改造为例，可控硅调速系统的主电路图如下：
可控硅调速系统的控制电路如下：
改为直流调速器控制系统部分电路图为：
改造过程中，原可控硅调速系统中图2中可控硅全部移除，图3所示电路部分全部移除。如上面电路图显示，西门子直流调速器将可控硅整流和调速控制集中在一起，接线方式简单清楚。
如图4显示，直流调速器上端子1U1、1V1、1W1是电枢电源输入端接三相交流电源，需要注意的是这三相电源相序需要接正确。1C1、1D1是电枢电源输出端接电机电枢。5U1、5W1、5N1接的是电子板电源，电子板电源可接AC220V也可接AC380V电源。3U1、3W1是励磁电源进线端接AC380V，3C，3D是励磁电源出线端，接电机励磁端。励磁电源的电压以及电流由直流调速器中间的数字面板设定。由于本次改造工作台的直流电机采用外部励磁，且励磁不参与电机的调速控制，在尽量少改动线路的原则下，仍采用原来的励磁接线方式。
34端子是24VDC输出端，37端子是电源的合闸，高电平有效，38端子控制调节器的使能，同样高电平有效。因此在必须保证西门子直流调速器的37、38端子同时输入高电平，才能保证调速器正常工作。
104、103端子是西门子直流调速器反馈调节端子，当设置P083=3时，不接。
5 西门子直流调速器的调试步骤
以工作台调速系统改造为例，直流电动机的参数为功率13kW，电枢电压DC440V，电枢电流34.5A，转速1000r/min，他励，励磁电压220/110V，励磁电流1.73A。
5.1 设置西门子直流调速器中的参数
P051=40：设置参数可以改变；
P100=34.5：设置电枢的额定电流是34.5A；
P101=440：设置电枢的额定电压是440V；
P102：设置直流电机的励磁额定电流，这里没有用到直流调速器的励磁电源，故不设置；
P083=3：无测速机运行（EMF控制）。本次改造中原有测速机反馈信号控制，但为保证直流调速器调速的平稳，故舍弃测速器反馈控制。如采用测速机反馈控制需设置P083=1，P741设置测速机在在最高转速时的测速电压，举例说明，测速机额定电压110V，额定转速2000r/min，工作台直流电机额定转速为1000r/min，则设置P741=55，直流调速器103、104两个端子接测速电机的测速电压。
P082=0：内部励磁没有使用，如果利用内部励磁，需设置P082=1，直流调速器3U1、3W1接AC380V电源，3C，3D接直流电机励磁。
以上数据输入完毕后，要进行最优化运行，这一步很重要，不能舍去。最优化运行一般只需进行电枢和励磁的预控制和电流调节器的优化运行，通过设置P051键参数进行，P051=25。
如图端子1、2、4、5接可调电位器，端子2是10V电源，通过调节电位器在4端子中进行差动输入，如电路图中KA95、KA94、KA93分别控制电机的快速，正常，慢速。
通过设置斜坡函数发生器参数，P303（斜坡上升时间）P304（斜坡下降时间）可以调节通过电位器调节电机转速上升下降的响应时间。
5.2 调试过程中可能遇到的问题
5.2.1 机速度不稳，输出电压波动较大，没有进行电枢和励磁的预控制和电流调节器的优化，同时当显示屏显示F052，表示由于外部原因导致优化中断，需要检查在优化过程中电机电枢以及励磁有无正确接到直流调速器，并且在优化过程中不能中断连接。
5.2.2 显示屏显示F005、F006、F007、F008、F009，较大原因是电源电压不稳造成，也可以设置参数P086=2，设置自动再启动的电压故障时间为2秒。
5.2.3 在电位器调速过程中，电机转速波动幅度较大，应适当加大P303（斜坡上升时间）、P304（斜坡下降时间）中设置的参数。
6 结束语
改造后经过一段时间的观察，采用西门子直流调速器的直流调速系统在使用过程中运行状态稳定，较之前的可控硅直流调速系统维护简单，操作简便。西门子直流调速器因其应用特点广泛的应用在数控机床、电工机械、食品加工机械、橡胶机械、生物设备、实验设备、焊接切割、轻工机械、物流输送设备等领域，并且对于80年代的直流调速系统，由于散件组装，故障频出而且电路板已无配件等情况下，采用西门子直流调速器进行旧设备的升级改造，无疑是目前来说最好的办法。
参考文献
[1] 西门子电气传动有限公司，6RA70系列全数字直流调速装置6kW-2500kW使用说明书，北京陆通科技有限公司承制，2004.
[关键词]可控硅调速系统；直流调速器；改造
中图分类号：TD534+.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）09-0395-02
概述
X2020×60-9、X2025×80-9龙门铣床是一种中段龙门铣床，其工作台工作面宽度×长度为：2000mm×6000mm，2500mm×8000mm，它具有两个铣头：两个垂直铣头。两个垂直铣头的溜班可沿横梁上导轨作左右移动，两个垂直滑枕铣头上的滑枕可沿自己溜板上的导轨作上下移动。另外横梁可沿左右立柱上的导轨作上下调整移动。
1 问题的提出
该龙门铣床工作台以及左右垂直铣头滑枕，溜板电机调速均采用可控硅直流调速系统。由于长期使用，该系统电气元件严重老化，积灰较多，散热不良，造成直流电机转矩不够，电机转速不稳，造成铣床工作精度下降已经不能满足生产标准。由于可控硅直流调速系统应用在早期调速控制，并且电路的维修和电器元件都是散件组装，更换较为麻烦，有的甚至市场上找不到配件，属于落后淘汰技术，因此本次采用西门子直流调速器代替原有的可控硅直流调速系统。
2 可控硅直流调速系统的原理介绍
可控硅直流调速系统可以实现进给拖动无级调速。设计系统的方框图如（图1）：
系统在静态下的工作情况是这样的：给定电压u1与测速机反馈电压u2比较后得出差分电压△u，作为前置放大器的输入电压，并经放大后输出电压Uy。电压Uy便是控制触发器输出脉冲相位的控制电压。可控硅根据触发脉冲相位的大小，从而改变可控硅的导通角，即改变整流器的输出直流电压。如果给定电压越小，即放大器的输入电压越小，则放大器的输出电压Uy越大，脉冲相位越往后移，可控硅的导通角越小，整流输出电压也小，故电机的电压越低。如果给定电压增大，则电动机的转速就升高。
测速电机与电动机刚性连接，在同一激磁电流的作用下，测速电机的电枢电压正比例于电机的转速。系统引入测速发电机电压负反馈，可以提高尤其是在低速时系统的机械特性硬度，从而保证实现对系统的各项技术要求。
3 直流调速器简介
6RA70 SIMOREG DC MASTER系列整流器為全数字紧凑型整流器，输入为三相电源，可向变速直流驱动的电枢和励磁供电，额定电枢电流从15A到2200A。
直流调速器就是调节直流电动机速度的设备。上端和交流电源连接，下端和直流电动机连接，直流调速器将交流电转换成两路输出直流电源，一路输入给直流电机励磁（定子），一路输入给直流电机电枢（转子），直流调速器通过控制电枢直流电压来调节直流电动机转速。同时直流电动机给调速器一个反馈电流，调速器根据反馈电流来判断直流电机的转速情况，必要时修正电枢电压输出，来调节电机的转速。
直流调速器有五大应用特点：较宽的调速范围，较快的动态响应过程，加、减速时自动平滑的过度过程，低速运转时力矩大，较好的挖土机特性，能将过载电流自动限制在设置电流上。
4 直流调速系统的改造
以工作台直流调速系统改造为例，可控硅调速系统的主电路图如下：
可控硅调速系统的控制电路如下：
改为直流调速器控制系统部分电路图为：
改造过程中，原可控硅调速系统中图2中可控硅全部移除，图3所示电路部分全部移除。如上面电路图显示，西门子直流调速器将可控硅整流和调速控制集中在一起，接线方式简单清楚。
如图4显示，直流调速器上端子1U1、1V1、1W1是电枢电源输入端接三相交流电源，需要注意的是这三相电源相序需要接正确。1C1、1D1是电枢电源输出端接电机电枢。5U1、5W1、5N1接的是电子板电源，电子板电源可接AC220V也可接AC380V电源。3U1、3W1是励磁电源进线端接AC380V，3C，3D是励磁电源出线端，接电机励磁端。励磁电源的电压以及电流由直流调速器中间的数字面板设定。由于本次改造工作台的直流电机采用外部励磁，且励磁不参与电机的调速控制，在尽量少改动线路的原则下，仍采用原来的励磁接线方式。
34端子是24VDC输出端，37端子是电源的合闸，高电平有效，38端子控制调节器的使能，同样高电平有效。因此在必须保证西门子直流调速器的37、38端子同时输入高电平，才能保证调速器正常工作。
104、103端子是西门子直流调速器反馈调节端子，当设置P083=3时，不接。
5 西门子直流调速器的调试步骤
以工作台调速系统改造为例，直流电动机的参数为功率13kW，电枢电压DC440V，电枢电流34.5A，转速1000r/min，他励，励磁电压220/110V，励磁电流1.73A。
5.1 设置西门子直流调速器中的参数
P051=40：设置参数可以改变；
P100=34.5：设置电枢的额定电流是34.5A；
P101=440：设置电枢的额定电压是440V；
P102：设置直流电机的励磁额定电流，这里没有用到直流调速器的励磁电源，故不设置；
P083=3：无测速机运行（EMF控制）。本次改造中原有测速机反馈信号控制，但为保证直流调速器调速的平稳，故舍弃测速器反馈控制。如采用测速机反馈控制需设置P083=1，P741设置测速机在在最高转速时的测速电压，举例说明，测速机额定电压110V，额定转速2000r/min，工作台直流电机额定转速为1000r/min，则设置P741=55，直流调速器103、104两个端子接测速电机的测速电压。
P082=0：内部励磁没有使用，如果利用内部励磁，需设置P082=1，直流调速器3U1、3W1接AC380V电源，3C，3D接直流电机励磁。
以上数据输入完毕后，要进行最优化运行，这一步很重要，不能舍去。最优化运行一般只需进行电枢和励磁的预控制和电流调节器的优化运行，通过设置P051键参数进行，P051=25。
如图端子1、2、4、5接可调电位器，端子2是10V电源，通过调节电位器在4端子中进行差动输入，如电路图中KA95、KA94、KA93分别控制电机的快速，正常，慢速。
通过设置斜坡函数发生器参数，P303（斜坡上升时间）P304（斜坡下降时间）可以调节通过电位器调节电机转速上升下降的响应时间。
5.2 调试过程中可能遇到的问题
5.2.1 机速度不稳，输出电压波动较大，没有进行电枢和励磁的预控制和电流调节器的优化，同时当显示屏显示F052，表示由于外部原因导致优化中断，需要检查在优化过程中电机电枢以及励磁有无正确接到直流调速器，并且在优化过程中不能中断连接。
5.2.2 显示屏显示F005、F006、F007、F008、F009，较大原因是电源电压不稳造成，也可以设置参数P086=2，设置自动再启动的电压故障时间为2秒。
5.2.3 在电位器调速过程中，电机转速波动幅度较大，应适当加大P303（斜坡上升时间）、P304（斜坡下降时间）中设置的参数。
6 结束语
改造后经过一段时间的观察，采用西门子直流调速器的直流调速系统在使用过程中运行状态稳定，较之前的可控硅直流调速系统维护简单，操作简便。西门子直流调速器因其应用特点广泛的应用在数控机床、电工机械、食品加工机械、橡胶机械、生物设备、实验设备、焊接切割、轻工机械、物流输送设备等领域，并且对于80年代的直流调速系统，由于散件组装，故障频出而且电路板已无配件等情况下，采用西门子直流调速器进行旧设备的升级改造，无疑是目前来说最好的办法。
参考文献
[1] 西门子电气传动有限公司，6RA70系列全数字直流调速装置6kW-2500kW使用说明书，北京陆通科技有限公司承制，2004.