主軸調(diào)速系統(tǒng)計(jì)算

1、3.3主軸調(diào)速系統(tǒng)的選擇計(jì)算331對調(diào)速系統(tǒng)的基本考慮：a.由于調(diào)速范圍廣，且要求有較硬的機(jī)械特性。所以，以選用矢量控制方式為宜。對于普通車床來說，由于對動態(tài)響應(yīng)要求不高，用“無反饋矢量控制”方式已經(jīng)足夠。b.因?yàn)檎{(diào)速范圍廣，且高速與低速段機(jī)械特性的特點(diǎn)不一樣，故工作頻率范圍應(yīng)不限于額定頻率以下。c.電動機(jī)的容量一般應(yīng)比原拖動系統(tǒng)的電動機(jī)容量為大。d.在低速段，可能出現(xiàn)較大的沖擊過載，容易引起變頻器的跳閘。所以，變頻器的容量以比電動機(jī)的容量大一檔為好。3.3.2一檔傳動比，且fxfn方案基本工作情況a.電動機(jī)和主軸之間的傳動比只有一檔，傳動比nM 5b.變頻器的最大輸岀頻率fmax等于電動機(jī)的

2、額定頻率fMN。從而，電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速nM max等于其額定轉(zhuǎn)速“MN， 它折算到負(fù)載軸上的值nM max應(yīng)大于負(fù)載要求的最大轉(zhuǎn)速nL maxnM maxnMNnLmax綜上所述，電動機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩線如圖3.2的曲線2所示,曲線1是車床的機(jī)械特性曲線。為了便于比較，圖中，電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速均為折算到負(fù)載軸上的值。電動機(jī)的容量在圖3.2中，負(fù)載所需功率P,T/ 9550L min L maxT/ 9550max L L max其大小與面積OADB成正比。而電動機(jī)的容量則與面積OAHG成正比，其大小為:c.電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的折算值（折算到負(fù)載軸上的轉(zhuǎn)矩）TLmax；圖 3.2LTmaxnLmax/99

3、50TLmaxPM1TMNnMNmax允許超過額定頻率但一般不宜超過額定頻率的1.5倍（即：fNmax1.5 fN).孵的1泮（肌加心如.肚電動機(jī)maxmax/fn電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速nM max也約為額定maxnMN電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速nL max/ kmax電動機(jī)有效轉(zhuǎn)矩2所示。TLmaxnLmax/9950LPL可見，采用了變頻調(diào)速后，電動機(jī)的容量需增大L倍以上333電動機(jī)的工作頻率范圍a.最高頻率fmaxb.最底頻率因?yàn)橹挥幸粰n轉(zhuǎn)速，故頻率調(diào)節(jié)范圍f為:max/ fmaxnL max/ nLminL40時,min50/40 1.25HZ；140時，fmin50/140 0.357Hz異步電動機(jī)

4、在這樣低的頻率下連續(xù)工作，如不用負(fù)載反饋,是比較困難的。3.3.4一檔傳動比，且fmaxfN方案基本工作情況a.電動機(jī)和主軸之間的傳動比仍只有一檔，但變頻器的最高輸出頻率PM 2TMNnMN/9550TL maxnL max/ kf max/ 9550可見,頻率范圍擴(kuò)大之后，電動機(jī)的容量可 以比PM1減小kf max倍,但與負(fù)載功率相比，仍需 增大很多。3.3.5電動機(jī)的工作頻率范圍設(shè)：最高頻率為fmax1 .5 fN75HZ，則最低頻率為當(dāng)L40時，fmin75/40 1.875HZ；當(dāng)L140時，fmin75/1400.54HZ。3.3.6兩檔傳動比，且fmaxfN方案基本工作情況將電動機(jī)

5、和主軸之間的傳動比分成兩檔(H和L)，使變頻器的輸岀頻率fX、電動機(jī)的轉(zhuǎn)速nM與負(fù)載轉(zhuǎn)速nL之間的對應(yīng)關(guān)系見表4-1表 4-1 頻率、電動機(jī)與負(fù)載轉(zhuǎn)速之間的對應(yīng)關(guān)系工作頻率電動機(jī)的轉(zhuǎn)速低檔傳動比負(fù)載轉(zhuǎn)速高檔傳動比負(fù)載轉(zhuǎn)速fminnM minLnL minHnLmidfmaxnM maxLnLmidHnLmax表中，nLmid是兩檔轉(zhuǎn)速分界點(diǎn)的“中間速”。在抵擋時，傳動比為L，當(dāng)X從fmin到fmax(nM min到nM max)時，m從nLmin至UnLmid； 在高檔時，傳動比為H,當(dāng)fx從min到fmax(nM從nM min到nMnax)時，nL從nLmid到nLmin。忽略電動機(jī)轉(zhuǎn)差率的

6、變化的因素，則有:/kf max.4075 1409550PM1f max可見，采用兩檔傳動比后，電動機(jī)容量可比PM1減小fkf max倍。 電動機(jī)的工作頻率范圍設(shè)：最咼頻率為fmax1.5 fn75HZ，則最低頻率為nLmid/nLminmaxnL max/ nLmidfmax/ fminfLnL max/ nL min作為兩檔中間的分界轉(zhuǎn)速（中間速）nLmidnL max/f所以，電動機(jī)工作頻率的范圍可見,采用兩檔傳動比后，在負(fù)載的速度范圍不變的情況下了。采用兩檔傳動比后， 在全頻率范圍內(nèi)的有效轉(zhuǎn)矩線如圖的機(jī)械特性曲線?？梢钥闯鰞烧咭呀?jīng)十分接近了。圖 3.3,工作頻率的調(diào)節(jié)范圍大大的縮小3

7、.3中之曲線2所示，曲線1為車床電動機(jī)的容量與面積成AO H G正比，如圖3所示。其大小為:PM 3TMNnMN95503.3.7動機(jī)的容量LmaxnLmid/kmaxL max9550nLmidkfmax當(dāng)L40時當(dāng)L140時minmin7511.86Hz6.34HZ可見,最低工作頻率增大了很多，使變頻調(diào)速系統(tǒng)在最低速時的工作穩(wěn)定性大大改善了338調(diào)速系統(tǒng)的選擇用機(jī)械多檔變速傳動，與變頻器調(diào)速相結(jié)合的方法。原拖動與系統(tǒng)概況。電動機(jī)的主要數(shù)據(jù)電動機(jī)額定功率：7.5KW電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速：1450rpm主軸轉(zhuǎn)速范圍：102000r/min計(jì)算數(shù)據(jù)a.調(diào)速范圍nL maxLnL minb.負(fù)載轉(zhuǎn)矩1.

8、恒轉(zhuǎn)矩區(qū)的最大轉(zhuǎn)速3.3.9普通籠型異步電動機(jī)變頻調(diào)速運(yùn)行時的性能分析普通籠型異步電動機(jī)是按工頻電源條件下運(yùn)行所設(shè)計(jì)制造的，用變頻器對其進(jìn)行調(diào)速時，因變 頻器輸岀波形中含有諧波的影響，電動機(jī)功率因數(shù)、效率均有下降，電流與線圈溫升將有所增高，電機(jī)在額定頻率以下連續(xù)進(jìn)行時，影響其帶負(fù)載能力的主要因素是溫升，在額定頻率以上連續(xù)運(yùn)行 時，電機(jī)允許最高頻率受軸承的極限轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)件的強(qiáng)度限制，因此初步選定電機(jī)的變頻范圍在10Hz75Hz之間。最大頻率調(diào)節(jié)比kf7.5k2200 k3經(jīng)上述分析，主軸拖動系統(tǒng)在不更換電動機(jī)的條件下,要實(shí)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速的2000102003.nLmax2000500r/ minLD

9、44恒轉(zhuǎn)矩區(qū)的轉(zhuǎn)矩9550 PL7.5MT-9550143.25NnLD500TP955nLmax9550 7.5200035.8N M2.恒功率區(qū)的最小轉(zhuǎn)矩因此在不變換主軸電機(jī)的條件下，主軸拖動系統(tǒng)需采用機(jī)械三檔以上變速傳動比在機(jī)械結(jié)構(gòu)上，三檔與四檔變速傳動的方案相似，而采用四檔變速對電機(jī)的調(diào)速更為合適，因此決定利用機(jī)械四檔變速傳動方案。f4L 42003.76確定傳動比拖動系統(tǒng)機(jī)械四檔變速分配傳動比低中高最高檔次L29M4H1.34ZH0.8電機(jī)工作區(qū)恒轉(zhuǎn)矩恒功率恒轉(zhuǎn)矩恒功率恒轉(zhuǎn)矩恒功率恒轉(zhuǎn)矩恒功率主軸轉(zhuǎn)105072360540108016201800速r/min5072.53605401

10、080162018002160電機(jī)1050105022.5504550頻率Hz5075507550755055電機(jī)轉(zhuǎn)29014502901450725145013051450r/min14502175145021751450217514501595低速傳動比L14505029取L29中速傳動比14504.028取4.0M360M高速傳動比H145010801.343取H1.34最高速傳動比ZH14500.806取ZH0.81800電機(jī)負(fù)荷性能核算恒轉(zhuǎn)矩區(qū)折算至負(fù)載軸的轉(zhuǎn)矩TTTMN恒功率區(qū)折算至負(fù)載軸的轉(zhuǎn)矩滿足要求。注:傳動比檔次低中高最高電機(jī)工作區(qū)恒轉(zhuǎn)矩恒功率恒轉(zhuǎn)矩恒功率恒轉(zhuǎn)矩恒功率恒轉(zhuǎn)矩恒功率主軸轉(zhuǎn)速105072360540108016201800r/min5072.53605401080162018002160電機(jī)1050105022.5504550頻率Hz5075507550755055電機(jī)轉(zhuǎn)速29014502901450725145013051450r/min14502175145021751450217514501595電機(jī)0.210.210.510.91調(diào)頻比11.511.511.511.1折算1432.51