2014届机械设计制造及其自动化专业毕业设计（论文）
7 主轴调速系统的选择计算
7.1 对调速系统的基本考虑:
a.由于调速范围广，且要求有较硬的机械特性。所以，以选用矢量控制方式为宜。对于普通车床来说，由于对动态响应要求不高，用“无反馈矢量控制”方式已经足够。 b.因为调速范围广，且高速与低速段机械特性的特点不一样，故工作频率范围应不限于额定频率以下。
c.电动机的容量一般应比原拖动系统的电动机容量为大。
d.在低速段，可能出现较大的冲击过载，容易引起变频器的跳闸。所以，变频器的容量以比电动机的容量大一档为好。
7.2 一档传动比，且fx?fn方案
基本工作情况
a. 电动机和主轴之间的传动比只有一档,传动比
??nM/nl
b. 变频器的最大输出频率fmax等于电动机的额定频率fMN。从而，电动机的最高转速
nMmax等于其额定转速nMN，它折算到负载轴上的值n?Mmax应大于负载要求的最大转速nLmax:
?n?MmaxnMN?nLmax=
??TLmax c. 电动机额定转矩的折算值(折算到负载轴上的转矩)TLmax； TMN综上所述，电动机的有效转矩线如图3.2的曲线2所示， 曲线1是车床的机械特性曲线。为了便于比较，
图中，电动机的转矩和转速均为折算到负载轴上的值。电动机的容量在图3.2中，负载所需功率
PL?TminnLmax/9550 ?Tmax?LnLmax/9550 ??LTmaxnLmax/9950
其大小与面积OADB成正比。而电动机的容量则与面积OA?HG成正比，其大小为：
图3.2
?n? pM1?TMNMN
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?TLmaxnLmax/9950
??LPL 可见,采用了变频调速后,电动机的容量需增大?L倍以上。
7.3 电动机的工作频率范围
a. 最高频率fmax?fN。
b. 最底频率因为只有一档转速，故频率调节范围?f为：
?f?fmax/fmax?nLmax/nLmin??L 当?L?40时, fmin?50/40?1.25HZ；
当?L?140时，fmin?50/140?0.357Hz。
异步电动机在这样低的频率下连续工作，如不用负载反馈，是比较困难的。
7.4 一档传动比，且fmax?fN方案
基本工作情况
a. 电动机和主轴之间的传动比仍只有一档，但变频器的最高输出频率
fmax允许超过额定频率fN。但一般不宜超过额定频率的1.5倍(即：fN?fmax?1.5fN).
设最大调频比
kfmax?fmax/fn
? 则:电动机的最高转速n?Mmax也约为额定转速nMN的kfmax倍：
? n?Mmax?kfmaxnMN
b. 电动机的额定转速
? n?MN?nMmax/kfmax?nLmax/kmax
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电动机有效转矩线圈如图中的曲线2所示。曲线1为车床的机械特性曲线。 电动机的容量如图，电动机的容量与面积OA?H?G?成正比，其大小为
?n? PM2?TMNMN/9550
?TLmaxnLmax/kfmax/9550 ?PM1/kfmax
可见,频率范围扩大之后,电动机的容量可 以比PM1减小kfmax倍,但与负载功率相比,仍需增大很多。
??7.5 电动机的工作频率范围
设：最高频率为fmax?1.5fN?75HZ，则最低频率为 当?L?40时，fmin?75/40?1.875HZ；
当?L?140时，fmin?75/140?0.54HZ。
7.6 两档传动比，且fmax?fN方案
基本工作情况
将电动机和主轴之间的传动比分成两档(?H和?L)，使变频器的输出频率fX、电动机
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的转速nM与负载转速nL之间的对应关系nLmid是两档转速分界点的“中间速”。在抵挡时，传动比为?L，当?X从fmin到fmax（nMmin到nMmax）时，nL从nLmin到nLmid；在高档时，传动比为?H，当fX从fmin到fmax (nM从nMmin到nMnax)时, nL从nLmid到nLmin。忽略电动机转差率的变化的因素，则有：
nLmid/nLmin?fmax/fmin??f nLmax/nLmid?fmax/fmin??f ?L?nLmax/nLmin??f 作为两档中间的分界转速（中间速）
nLmid?nLmax/?f 所以,电动机工作频率的范围 af?2aL 可见,采用两档传动比后,在负载的速度范围不变的情
况下,工作频率的调节范围大大的缩小了。采用两档传动比后，在全频率范围内的有效转矩线如图3.3中之曲线2所示，曲线1为车床的机械特性曲线。可以看出两者已经十分接近了。
7.7 动机的容量
电动机的容量与面积成AO?H?G?正比,如图3所示。其大小为：
PM3? ??n?TMNMN
9550TLmax?nLmid/kfmax?9550
?TLmaxnLmid/?fkfmax9550
?PM1
?fkfmax
可见,采用两档传动比后,电动机容量可比PM1减小?fkfmax倍。 电动机的工作频率范围
设：最高频率为fmax?1.5fn?75HZ，则最低频率为
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当?L?40时 fmin?754075140?11.86HZ
当?L?140时 fmin??6.34HZ
可见,最低工作频率增大了很多,使变频调速系统在最低速时的工作稳定性大大改善了。
7.8 调速系统的选择
经上述分析，主轴拖动系统在不更换电动机的条件下，要实现主轴转速的无级调速，可以采用机械多档变速传动，与变频器调速相结合的方法。 原拖动与系统概况：
电动机的主要数据 电动机额定功率：7.5KW 电动机额定转速：1450rpm 主轴转速范围：10—2000r/min
计算数据 a. 调速范围
?L? b. 负载转矩
nLmax2000??200 nLmin10 （1）恒转矩区的最大转速
nLD?nLmax2000??500r/min 44 n/(r/min) 2000
（2）恒转矩区的转矩
T?500
T/(N/m) （3）恒功率区的最小转矩
35.8 143.25
9550?PL7.5?9550??143.25N?m
nLD500TP?9550?PL9550?7.5??35.8N?MnLmax2000
7.9普通笼型异步电动机变频调速运行时的性能分析
普通笼型异步电动机是按工频电源条件下运行所设计制造的，用变频器对其进行调速时，因变频器输出波形中含有谐波的影响，电动机功率因数、效率均有下降，电流与线圈温升将有所增高，电机在额定频率以下连续进行时，影响其带负载能力的主要因素是温升，在额定频率以上连续运行时，电机允许最高频率受轴承的极限转速、旋转件的强度限制，因此初步选定电
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