摘 要：本文敘述的低功耗數(shù)控接觸器，是一種為適應(yīng)新型工業(yè)自動化控制、低壓供電控制系統(tǒng)復(fù)雜化而設(shè)計的基礎(chǔ)開關(guān)元件，產(chǎn)品通過采用間隔儲能、單脈沖觸動電流、永磁機構(gòu)與程序控制技術(shù)構(gòu)成的控制系統(tǒng)，操動接觸器閉合與分斷。解決了100A～800A規(guī)格接觸器低功率起動、運動可控、嚴(yán)酷環(huán)境使用的三大技術(shù)難題。其主要技術(shù)特點：（1）起動功率4.352 VA；保持功率0.116VA；運行耗電量0.0022kW/h；（2）工作電壓DC24V；線圈溫升值6K；閉合噪聲值不大于10dB；（3）在同一元件上實現(xiàn)了電力與電子的結(jié)合。使產(chǎn)品具有節(jié)能、環(huán)保及信息化的技術(shù)特征。
引言：交流接觸器在工業(yè)過程自動化以及低壓終端供電這兩大領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，有著扎實的市場基礎(chǔ)[2]。但是現(xiàn)有技術(shù)的交流接觸器在工業(yè)過程自動化領(lǐng)域應(yīng)用時存在著：起動功率大、運動可控性差、系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜等主要問題。
1 、技術(shù)方案構(gòu)思
本項目的技術(shù)方案構(gòu)思為：低功耗數(shù)控接觸器的工作頻率為1200次/小時，間隔時間為3秒，在間隔時間內(nèi)為儲能電容充電，用積聚電能平緩起動時的電流沖擊；利用儲能電容對勵磁線圈放電形成的單脈沖觸動電流，結(jié)合永磁機構(gòu)，控制電路精確控制觸動電流在過零點處切換，完成主觸頭閉合，同時依靠永磁吸力保持閉合狀態(tài)。通過上述構(gòu)思實現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保以及信息化的技術(shù)特征。
產(chǎn)品的主要技術(shù)特點是：
（1）大容量接觸器起動功率小于8VA的產(chǎn)品，國內(nèi)外尚屬空白。降低起動功率不僅僅是為了節(jié)能，其核心作用在于能夠兼容電子電路，實現(xiàn)信息化。SD-100低功耗數(shù)控接觸器的起動功率實測值：4.352 VA
（2）產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)設(shè)計中引入晶體管的設(shè)計理念，設(shè)置了類似于基極的控制端子，實現(xiàn)了在同一元件上 “強電”與“弱電”的結(jié)合。接入電子電路的方法及功耗相當(dāng)于一只普通的中功率晶體管，其驅(qū)動方式可選擇兼容或隔離的形式，極大地方便了自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計，為實現(xiàn)信息化搭建了一個可行的技術(shù)平臺。
（3）克服交流接觸器與生俱來的“運動不可控性”。使得接觸器吸合時間和釋放時間允許誤差標(biāo)準(zhǔn)值不大于±1ms（實測最大時間誤差值：吸合－0.335ms，釋放－0.124ms）。
（4）產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性有了突破性進展。溫度、傾斜、搖擺、振動、沖擊及電磁兼容等環(huán)境適應(yīng)性指標(biāo)，均達到了國際先進水平[4]。如：
低溫：工作溫度：-25℃（不間斷工作制），-40℃（1h短時工作制）。
高溫：工作溫度：55℃（不間斷工作制），70℃（1h短時工作制）。
下表是本產(chǎn)品和國外GMC系列產(chǎn)品部分特性指標(biāo)對比：
一、概述
捷克龍門銑床是加工較大型工件的機加工設(shè)備，其電器控制系統(tǒng)包括工作臺的主傳動和進給機構(gòu)的邏輯控制兩大部分。從50-70年代的龍門銑工作臺拖動采用了直流發(fā)電機-直流電動機方式，使用了若干年以后，故障率明顯上升，維修工作量量不斷增大，故障停工工時急劇上升，已經(jīng)嚴(yán)重影響生產(chǎn)的正常進行。原來的直流調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)淘汰了，沒有可能對直流調(diào)速系統(tǒng)換新處理，進行技術(shù)改造是必然的選擇。
二、改造方案
對直流調(diào)速系統(tǒng)改造，如果保留直流電機，調(diào)速系統(tǒng)可用數(shù)字式可控硅直流調(diào)速系統(tǒng)，缺點是直流電機較交流異步鼠籠電機的維護工作量大，特別是使用了多年的直流電機，整流子磨損嚴(yán)重，維修花費更多。另一種方案就采用交流調(diào)速系統(tǒng)，將主傳動直流電機換為交流異步變頻電機，調(diào)速控制系統(tǒng)使用變頻器。這種方案的缺點是除需要變頻器外，還需要將直流電機換為交流電機，改造的費用相對高一些，但是，交流電機結(jié)構(gòu)簡單，維護量小，變頻器性能優(yōu)良，便于實現(xiàn)最優(yōu)控制。且用電量可節(jié)約40%左右，可在較短的時間內(nèi)產(chǎn)生較大的效益回報。
三、龍門銑床的變頻改造
1. 變頻器的選型和容量的計算
變頻器的選型要根據(jù)交流電機的容量，交流電機的容量的選擇又要以直流電機為參考依據(jù)。原工作臺直流電機參數(shù)為：PN=18.5kW，nN=1460r/min，與此相對應(yīng)的交流電機PN=18.5kW，nN=1460r/min，龍門銑床經(jīng)常工作在低速加工狀態(tài)，為保證加工質(zhì)量，要求電機低速時轉(zhuǎn)矩大，考慮到交流電機的機械特性，在選擇交流電機時適當(dāng)增大容量。交流電機選為19kW，4極變頻電機。電機容量確定后，可直接選擇變頻器的容量，選用松下VF-8Z變頻器。該變頻器功能齊全，在各種行業(yè)中應(yīng)用自如?？梢赃x擇V/f開環(huán)、V/f閉環(huán)；可選用鍵盤和外部端子，功能端子的操作方式，并有RS485串行通訊口，便于與計算機組網(wǎng)控制。在設(shè)計中進行可靠性設(shè)計，電磁兼容設(shè)計，穩(wěn)定性分析等，具有非常優(yōu)良的性能。
常規(guī)設(shè)計的變頻交流異步電動機，在額定工況及規(guī)定的環(huán)境溫度范圍內(nèi)，是不會超過額定溫升的。但在變頻調(diào)速后自冷式交流異步電動機在20Hz頻率以下運行時，電機的散熱性能也不會改變。
2. 變頻器功能的設(shè)定
龍門銑床工作臺與銑刀進給通過0-10V摸擬信號(電位器)，來控制銑刀工作臺與銑刀進給電機的進給速度，設(shè)VF-8Z變頻器為外部控制方式。加、減速的時間由功能代碼001，002，決定，其控制信號取外部控制端子1、2、3實現(xiàn)，只要銑床工作臺運動速度到相應(yīng)的位置，變頻器從而實現(xiàn)加、減速或恒速運行。
3. PLC的應(yīng)用
由于控制線路和低壓元器件老化，在對龍門銑床工作臺主傳動變頻調(diào)速改造的同時，對銑床的控制線路進行改造。用PLC可大大的減少控制電路的復(fù)雜性，并可減低成本。PLC選用松下AFPX-C60RD，編程方式為梯形圖，比較簡單，不再贅述。
我國70年代以前生產(chǎn)的機床，需要調(diào)速時采用變速箱機械換檔調(diào)速方式或采用直流調(diào)速方式。直流電源的獲得是使用交流電動機帶動直流發(fā)電機，發(fā)出的直流電驅(qū)動直流電動機調(diào)速運行。70年代后，可控硅整流器出現(xiàn)后，直流調(diào)速省去了交流電動機帶直流發(fā)電機的環(huán)節(jié)，效率大幅度的提高，運行噪聲極大的下降。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和完善，變頻器的性能不斷的提高，而價格不斷下降，已逐步取代直流調(diào)速系統(tǒng)。通過其外圍少數(shù)幾個端子，就可以實現(xiàn)對機床全范圍的控制，且變頻器內(nèi)部有較完善的保護功能，無需在設(shè)計控制電路時考慮保護電路，既簡化了電路又降低了成本。通過對龍門銑床工臺拖動系統(tǒng)的改造，使用了PLC和變頻器，用交流調(diào)速系統(tǒng)取代直流調(diào)速系統(tǒng)，簡化了設(shè)備的控制線路，故障率幾乎下降到零，實現(xiàn)了可靠、快速、靈活的控制，使工件的銑削質(zhì)量和工作效率都有明顯的提高。
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