一种用于内圆磨床高速电主轴驱动的中频变频器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于内圆磨床高速电主轴驱动的中频变频器。它包括斜坡函数发生器电路、PWM脉冲列形成电路、斩波脉冲产生电路、六分频环计及PWM信号形成电路、高频脉冲放大电路和斩波调压变频器主电路，斜坡函数发生器电路分别与PWM脉冲列形成电路和斩波脉冲产生电路连接，PWM脉冲列形成电路、六分频环计及PWM信号形成电路、高频脉冲放大电路和斩波调压变频器主电路依次连接，PWM脉冲列形成电路与斩波脉冲产生电路连接，斩波脉冲产生电路、高频脉冲放大电路和斩波调压变频器主电路依次连接。本发明专利技术的有益效果是：斩波频率比较高，控制电压时动态响应比较好；调压和调频两个环节同时受控于主令电压，实现U/f通调，两者在控制上配合较好。

An Intermediate Frequency Converter for High Speed Motorized Spindle Drive of Internal Grinding Machine

The invention discloses an intermediate frequency converter for driving a high-speed motorized spindle of an inner grinder. It includes ramp function generator circuit, PWM pulse train forming circuit, chopper pulse generating circuit, six-frequency loop counting and PWM signal forming circuit, high-frequency pulse amplifying circuit and main circuit of chopper voltage-regulated frequency converter. The ramp function generator circuit is connected with PWM pulse train forming circuit and chopper pulse generating circuit respectively, and the PWM pulse train forming circuit, six-frequency loop counting and PWM signal shape are connected. The main circuit of the chopper voltage-regulated converter is connected sequentially with the circuit of forming the PWM pulse train. The chopper pulse generation circuit, the high frequency pulse amplification circuit and the main circuit of the chopper voltage-regulated converter are connected sequentially. The invention has the advantages of high chopper frequency, good dynamic response when controlling voltage, and the two links of voltage regulation and frequency regulation are simultaneously controlled by the master voltage to realize U/f tuning, which are well coordinated in control.

【技术实现步骤摘要】
一种用于内圆磨床高速电主轴驱动的中频变频器
本专利技术涉及变频器相关
，尤其是指一种用于内圆磨床高速电主轴驱动的中频变频器。
技术介绍
轴承制造过程中，大量采用各种内圆磨床。这些磨床都使用了高速电主轴(俗称“磨头电机”)，磨头电机为交流高速电动机，是磨削零部件内孔不可或缺的一部分。采用高速电主轴直接带动砂轮，没有中间传动件，转速较高，输出功率大，短时间过载能力强，速度特性硬，振动小和主轴轴承寿命长等优点，所以应用广泛。采用中频交流静止变频器驱动高速电主轴可降低磨床的能耗、料耗，提高其工艺性能和改善作业环境，是企业节能降耗、提高效率的重要手段。交流电动机的转速表达式为：n＝(60f(1-s))/p。式中：n-异步电动机的转速；f-异步电动机的频率；s-电动机转差率；p-电动机极对数。由转速表达式可知，转速n与频率f成正比，电动机的调速可通过改变变频器的频率f实现，通过改变电动机电源频率实现速度调节是一种理想高效、高性能的调速手段。众多著作和学术论文讨论静止变频器时，都是基于50Hz工频交流电源，然而按电机调速基本理论，电机调速最高只能在3000r/min以下，基于50Hz工频的变频器在设计理论和应用实践上存在着某种局限。内圆磨床在磨削轴承圈内孔时，因受所磨轴承圈内孔径限制，砂轮直径尺寸较小，为了达到合理的磨削速度，砂轮的转速必须很高，常用的为10000r/min～20000r/min，磨削更小孔时，甚至要求砂轮的转速高于100000r/min。由中频变频器直接驱动磨头电机高速旋转，中频变频器输出频率很高(最高频率可达3000Hz)，其逆变器的开关频率必然就很高，选择性能可靠的变频器设计方案及实用电路，对中频变频器乃至内圆磨床整个系统的性能提高意义重大。
技术实现思路
本专利技术是为了克服现有技术中存在上述的不足，提供了一种能够实现U/f通调的用于内圆磨床高速电主轴驱动的中频变频器。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种用于内圆磨床高速电主轴驱动的中频变频器，包括斜坡函数发生器电路、PWM脉冲列形成电路、斩波脉冲产生电路、六分频环计及PWM信号形成电路、高频脉冲放大电路和斩波调压变频器主电路，所述的PWM脉冲列形成电路包括PI调节器、V/f变换器、f/V变换器和比例器，所述的斩波脉冲产生电路包括电压调节器、三角波发生器、比较器和斩波脉冲电路，所述的六分频环计及PWM信号形成电路包括分频器和环计电路，所述的斩波调压变频器主电路包括IGBT斩波调压电路、逆变器和不可控硅整流电路，所述的斜坡函数发生器电路分别与PI调节器和电压调节器连接，所述的PI调节器、V/f变换器、分频器、环计电路、高频脉冲放大电路和逆变器依次连接，所述的V/f变换器、f/V变换器和比例器依次连接，所述的比例器分别连接PI调节器和电压调节器，所述的电压调节器和三角波发生器均与比较器连接，所述的比较器、斩波脉冲电路、高频脉冲放大电路和IGBT斩波调压电路依次连接，所述的不可控硅整流电路、IGBT斩波调压电路和逆变器依次连接。其中：斜坡函数发生器电路的输入端设有主令电压Ug，主令电压Ug通过斜坡函数发生器电路得到一个线性增长的输出电压Ua，满足电动机平滑起动的要求。输出电压Ua经PI调节器送入V/f变换器，V/f变换器的输出脉冲一路经分频器送入环计电路、高频脉冲放大电路作为逆变器的触发脉冲，另一路经f/V变换器和比例器得到一个直流电压信号。该直流电压信号一方面作为PI调节器的反馈，保证在主令电压Ug下输出频率的稳定，另一方面与斜坡函数发生器电路的输出电压Ua一起送入电压调节器，电压调节器的输出与三角波发生器产生的三角波经比较器比较后调制出经斩波脉冲电路输出的高频斩波脉冲，高频斩波脉冲经高频脉冲放大电路的放大后驱动IGBT斩波调压电路，控制逆变器的输出电压U，使逆变器输出电压自动跟随输出频率f变化，实现U/f统调。该中频变频器斩波频率比较高，控制电压时动态响应比较好；调压和调频两个环节同时受控于主令电压，实现U/f通调，两者在控制上配合较好；PWM信号形成电路中采用频率PI调节器，使变频器在启动和运行过程中稳定可靠；该中频变频器是一种方波逆变器，控制逻辑简单，对功率器件的开关频率要求较低。作为优选，所述的PWM脉冲列形成电路还包括初始频率设定电路，所述的初始频率设定电路与PI调节器连接。为了克服刚启动时电主轴的静摩擦转矩，需要有一个对电主轴冲击的力，使它动起来，办法就是预置一个初始启动频率，而并非从0Hz启动。作为优选，所述的斩波脉冲产生电路包括电压微调电路，所述的电压微调电路与电压调节器连接。为了使电主轴在低频运行时，也能得到额定磁通，变频器应在低频启动时需加适当的补偿电压，称为转矩提升。作为优选，还包括电压电流检测电路，所述的电压电流检测电路分别与斜坡函数发生器电路、斩波脉冲电路和六分频环计及PWM信号形成电路连接。作为优选，还包括故障输出及保护电路，所述的故障输出及保护电路分别与斜坡函数发生器电路、斩波脉冲电路和六分频环计及PWM信号形成电路连接。本专利技术的有益效果是：斩波频率比较高，控制电压时动态响应比较好；调压和调频两个环节同时受控于主令电压，实现U/f通调，两者在控制上配合较好；PWM信号形成电路中采用频率PI调节器，使变频器在启动和运行过程中稳定可靠；该中频变频器是一种方波逆变器，控制逻辑简单，对功率器件的开关频率要求较低。附图说明图1是本专利技术的结构框图；图2是斜坡函数发生器电路的电路原理图；图3是PWM脉冲列形成电路的电路原理图；图4是斩波脉冲产生电路的电路原理图；图5是六分频环计及PWM信号形成电路的电路原理图；图6是高频脉冲放大电路的电路原理图；图7是斩波调压变频器主电路的电路原理图；图8是电压电流检测电路的电路原理图；图9是故障输出及保护电路的电路原理图；图10是图5中六分频环计的输出时序图；图11是逆变器的输出电压波形图。图中：1.斜坡函数发生器电路，2.PI调节器，3.V/f变换器，4.f/V变换器，5.比例器，6.初始频率设定电路，7.分频器，8.环计电路，9.高频脉冲放大电路，10.电压调节器，11.三角波发生器，12.比较器，13.斩波脉冲电路，14.电压微调电路，15.不可控硅整流电路，16.IGBT斩波调压电路，17.逆变器。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步的描述。如图1所述的实施例中，一种用于内圆磨床高速电主轴驱动的中频变频器，包括斜坡函数发生器电路1、PWM脉冲列形成电路、斩波脉冲产生电路、六分频环计及PWM信号形成电路、高频脉冲放大电路9和斩波调压变频器主电路，PWM脉冲列形成电路包括PI调节器2、V/f变换器3、f/V变换器4和比例器5，斩波脉冲产生电路包括电压调节器10、三角波发生器11、比较器12和斩波脉冲电路13，六分频环计及PWM信号形成电路包括分频器7和环计电路8，斩波调压变频器主电路包括IGBT斩波调压电路16、逆变器17和不可控硅整流电路15，斜坡函数发生器电路1分别与PI调节器2和电压调节器10连接，PI调节器2、V/f变换器3、分频器7、环计电路8、高频脉冲放大电路9和逆变器17依次连接，V/f变换器3、f/V变换器4和比例器5依次连接，比例器5分别本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于内圆磨床高速电主轴驱动的中频变频器，其特征是，包括斜坡函数发生器电路(1)、PWM脉冲列形成电路、斩波脉冲产生电路、六分频环计及PWM信号形成电路、高频脉冲放大电路(9)和斩波调压变频器主电路，所述的PWM脉冲列形成电路包括PI调节器(2)、V/f变换器(3)、f/V变换器(4)和比例器(5)，所述的斩波脉冲产生电路包括电压调节器(10)、三角波发生器(11)、比较器(12)和斩波脉冲电路(13)，所述的六分频环计及PWM信号形成电路包括分频器(7)和环计电路(8)，所述的斩波调压变频器主电路包括IGBT斩波调压电路(16)、逆变器(17)和不可控硅整流电路(15)，所述的斜坡函数发生器电路(1)分别与PI调节器(2)和电压调节器(10)连接，所述的PI调节器(2)、V/f变换器(3)、分频器(7)、环计电路(8)、高频脉冲放大电路(9)和逆变器(17)依次连接，所述的V/f变换器(3)、f/V变换器(4)和比例器(5)依次连接，所述的比例器(5)分别连接PI调节器(2)和电压调节器(10)，所述的电压调节器(10)和三角波发生器(11)均与比较器(12)连接，所述的比较器(12)、斩波脉冲电路(13)、高频脉冲放大电路(9)和IGBT斩波调压电路(16)依次连接，所述的不可控硅整流电路(15)、IGBT斩波调压电路(16)和逆变器(17)依次连接。...

【技术特征摘要】
1.一种用于内圆磨床高速电主轴驱动的中频变频器，其特征是，包括斜坡函数发生器电路(1)、PWM脉冲列形成电路、斩波脉冲产生电路、六分频环计及PWM信号形成电路、高频脉冲放大电路(9)和斩波调压变频器主电路，所述的PWM脉冲列形成电路包括PI调节器(2)、V/f变换器(3)、f/V变换器(4)和比例器(5)，所述的斩波脉冲产生电路包括电压调节器(10)、三角波发生器(11)、比较器(12)和斩波脉冲电路(13)，所述的六分频环计及PWM信号形成电路包括分频器(7)和环计电路(8)，所述的斩波调压变频器主电路包括IGBT斩波调压电路(16)、逆变器(17)和不可控硅整流电路(15)，所述的斜坡函数发生器电路(1)分别与PI调节器(2)和电压调节器(10)连接，所述的PI调节器(2)、V/f变换器(3)、分频器(7)、环计电路(8)、高频脉冲放大电路(9)和逆变器(17)依次连接，所述的V/f变换器(3)、f/V变换器(4)和比例器(5)依次连接，所述的比例器(5)分别连接PI调节器(2)和电压调节器(10)，所述的电压调节器(10)和三角波发生器(11)均与比较器(12)连接，所述的比...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞建军，
申请(专利权)人：浙江机电职业技术学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33