毕业设计（论文）-机床主轴交流机电变频调速

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1、1前言1.1交流变频调速技术的发展与研究现状随着计算机技术的发展，无论是生产还是生活当中，人民对数字化信息的依赖程度越来越高。如果说计算机是大脑，网络是神经，那么电机传动系统就是骨骼和肌肉。它们之间的完美结合才是现代产业发展方向。为了使交流调速系统与信息系统紧密结合，同时也为了提高交流调速系统自身的性能，必须使交流调速系统实现全数字化控制。          由于交流电机控制理论不断发展，控制策略和控制算法也日益复杂。扩展卡尔曼滤波、FFT、状态观测器、自适应控制、人工神经网络等等均应用到了各种交流电机的矢量控制或直接

2、转矩控制当中。第27页共27页交流电机变频调速经历近20年的发展及应用，已逐步被人们接受并成为当代电机调速的主流。由于变频器体积小、重量轻、精度高、工艺先进、功能丰富、保护齐全、可靠性高、操作简便、通用性强、易形成闭环控制等优点，它优于以往的任何调速方式，如变极调速、调压调速、滑差调速、串级调速、整流子电机调速、液力耦合调速等，因而深受钢铁、有色、石油、石化、化工、化纤、纺织、机械、电力、建材、煤炭、医药、造纸、卷烟、城市供水及污水处理等行业的欢迎。由于交流笼型电机没有直流电机的滑环和炭刷，极大的提高了系统可靠性和扩大

3、了应用领域，它逐渐地替代直流调速，如上海宝钢一期工程和二期工程，几乎全是直流调速，而三期工程全为交流变频调速。这是对交流变频调速认识的升华。如果说我国变频器的研究和生产是从天传所(电压型)、西整所(电流型)、大连电机厂(最早引进东芝技术)开始，那么，日本三垦(1984年)、日本富士(1988年)变频器的进入直接刺激了我国变频器行业的发展。20年来，不但有日本三垦、富士、美国罗宾康、德国西门子、欧洲ABB等外国公司进入中国市场并在中国建厂。还有象普传、佳灵、利德华福、英威腾、微能等70多家国产变频器厂家进入市场。已经形成

4、了令人瞩目的变频器行业，政府规划、节能论坛、各种展览会都少不了变频厂家的参与。今日的变频器，已由压频控制发展到动态矢量控制和直接转矩控制等高性能控制，优点很多，如:转矩大。0频率时，转矩输出100%，0.5Hz时，转矩输出200%，对吊车、港机、搅拌机、转炉倾动、高炉卷扬等重负载设备意义重大;高速CPU不但能测定负载的最佳控制电压和电流矢量，还能快速响应急变负载和及时检知瞬时功率，实现最短时间内平稳地加减速;控制精度可达±0.02%，并具有0～10V，4～20mA，RS485接口，可以和计算机，现场总线通讯。另外还具备

5、软启动功能，瞬时停电自动再启动功能，跳跃共振频率点功能，在线自整定功能，多种保护功能等。(1)在我国已形成了变频器理论和生产的专家队伍。(2)设计院、所已把变频调速作为新厂建厂和老厂设备改造的必备技术。(3)有上百家变频器的生产厂和几百家从事变频器二次开发的公司，他们提供变频器的基础产品。(4)有一个博大的变频器市场和技术熟练的应用变频器电气工程师。让我们回顾一下近20多年调速领域变化，这是惊人的。1995年11月14日《中国石化报》第一版“茂名石化公司炼油节能跃居同行业前面”文章称“仅通过变频调速技术一年就节电200

6、0万kWh”。许多自来水公司的水泵、化工和化肥行业的化工泵、往复泵、有色金属等行业的泥浆泵等采用变频调速均产生非常好的效果。1.2变频调速技术的优点和发展方向1．调速时平滑性好，效率高。低速时，特性静关率较高，相对稳定性好。2．调速范围较大，精度高。3．起动电流低，对系统及电网无冲击，节电效果明显。4．变频器体积小，便于安装、调试、维修简便。5．易于实现过程自动化。6．必须有专用的变频电源，目前造价较高。7．在恒转矩调速时，低速段电动机的过载能力大为降低。第27页共27页在交流调速的研究与制造过程中，硬件的设计与组装占

7、了相当大的比重。电机制造以及调速装置的制造需要大批的技术熟练工人，对人员的素质有一定要求。而国外相关产业的人工成本相对较高，在近十年内，交流调速的制造业有可能向发展中国家转移。对中国来说，这也是一个机遇，如果我们抓住这个机会，再利用本身的市场有利条件，有可能在我国形成交流调速系统的制造业中心，使我国工业上一个新的台阶。需要注意的是发达国家在高技术领域是不会轻易放弃的，他们非常注意核心技术及软件的保护和保密，为此，必须加大该领域的科研与开发的力度。1.3数控机床主轴控制系统1.3.1主轴控制系统的结构及分类目前，数控机床

8、的主传动电机已经基本不再使用普通交流异步电机和传统的直流调速电机，他们与逐步被新兴的交流变频调速伺服电机和直流伺服调速电机代替。数控机床的主运动要求有较大的调速范围，以保证加工时能选用合理的切屑用量，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。为了适应各种工件和各种工件材料的要求，多恭喜自动换刀的数控机床和加工中心主运动的调速范围应