数控机床的有源功率补偿技术


  该技术采用三相全桥受控整流/逆变技术,实现高功率因数和能量回馈,同时提升数控系统和伺服驱动的控制性能,明显改善工件加工质量。

  机床电气系统中耗电的主体(包括伺服电机、主轴电机、液压泵等)均属于典型的感性负载,会造成大量的无功功率,还会对电网造成谐波污染。而传统的无源功率因数补偿除了不能适应电动机不同转速和不同负载下电感量不同造成的功率因数的变化,还可能放大谐波污染。有源整流/逆变技术可提升功率因数,减少谐波污染。

  采用IPM 器件实现智能的整流/逆变过程,取代原传统的二极管整流方案。实现能量在工频动力电网和数控系统伺服驱动直流母线间的双向流动。该技术一方面监控直流母线的电压,实现直流母线电压的闭环;另一方面监测电网侧的电压相位,从而实现高功率因数的整流及回馈逆变。

  该技术是对数控完整技术链的重要补充。传统的无源功率补偿技术仅以额定功率因数补偿为目标,补偿效果不佳,不支持能量回馈。电力电子技术的进步带来IPM 器件成本的大幅降低,以及控制技术的进步,使采用IPM 实现智能的整流/逆变过程的技术推广成为可能。应用该技术后,回馈到电网的电能会被工厂电网中的其他设备使用,而不会回到一级电网中,从根本上解决了功率补偿技术在实际应用中的缺陷。

  此类有源功率补偿技术已经在欧洲和日本普遍使用。采用自有技术的国产化产品已在企业中试点应用,并已形成核心专利一项。在全国数控机床行业,此类技术应用可填补国内空白。

2009 年我国数控机床产量超过14 万台。目前在数控机床装备制造领域,此类国产化产品属于空白。以每台数控机床功率20kw,每年工作200 天,每天工作8 小时,平均节能25%计,2009 年数控机床装备应用该技术将节电112000kwh,相当于一个大型火力发电厂的年发电总量。