（毕业论文）主轴系统异步电机变频控制原理的研究 ㊣ 精品文档 值得下载

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网络化数控机床为了适应自动化技术的进步发展和工厂自动化规模越来越大的要求，满足不同厂家不同类型数控机床联网的需要，已配备与工业局域网通信的功能及制造自动化协议接口，促进了系统集成化和信息综合化，使远程操作和监控遥控及远程故障诊断成为可能。

开放式体系结构可以大量采用通用微机的先进技术，不仅使数控系统制造商和用户进行系统集成得到有力的广泛支持，而且也为用户的二次开发带来极大方便，促进了数控系统多档次多品种的开发和广泛应用，开发周期大大缩短。

主轴系统异步电机变频控制原理的现状和发展趋势主轴三相异步电机变频调速的发展现状主轴系统现代数控铣床日益向高刚性和高性能方向发展。

主轴系统是机床重要的乃至对于机床的加工精度起关键性作用的零部件。

主轴系统的振动是影响加工精度的个主要因素。

数控机床将高效高精度和高柔性集为体。

同时为了得到高生产率，以及为了提高加工精度，高速的加工技术也越来越收到业内的重视。

超高速数控机床是实现超高速加工的物质基础，而高速主轴又是超高速数控机床的核心部件，它的性能直接决定了机床的超高速加工性能，它不但要求较高的速度精度，而且要求连续输出的高转矩能力和非常宽的恒功率运行范围。

因此，具备相应的高转速和高精度高速精密和高效率特性的数控机床电主轴应运而生。

电主轴具有结构紧凑重量轻惯性小动态特性好等优点，并可改善机床的动平衡，避免振动污染和噪声，它在超高速切削机床上得到了广泛的应用。

美国德国日本瑞士意大利等工业发达国家，都在高速数控机床上广泛采用了电主轴结构。

对于高速加工中心而言电主轴已成为机床的心部件，由于在高速加工领域中多采用小直径的铣刀直径仅，而要满足以上的切削速度就要求提高主轴的转速。

目前，主轴转速在的加工中心已经越来越普及，如瑞士公司的。

该设备的主轴转速已达到，为了适应高转速所产生的温升振动和位移，主轴轴承采用陶瓷轴承磁力轴承和空气轴承替代了传统轴承同时对主轴高转速带来的温升位移和振动进行测量修正和补偿，以确保主轴系统的高速度和高精度。

目前德国的公司已生产出采用空气轴承的主轴最高转速达的轴高精度铣床，德国正在研制的高速主轴。

电主轴的出现，很好的适应了超高速加工的要求，并将逐步取代传统的机床主轴系统。

异步电机现状目前中小型电机产量较高的省市依次为山东江苏河北上海浙江广东和辽宁，可见企业大多集中在沿海地区。

由于新兴的民营企业以及合资外资企业的发展，使中小型电机行业中，国有企业的比重下降，而且中小型电机的产量逐步向生产大户集中。

中小型电动机已完整地建立了三相异步电动机系列。

年迅速推广了系列及其派生系列产品，其功率范围为，机座中心高为。

通过引进消化美国西屋公司和瑞士公司的技术，自行研发的系列中型高压三相异步电动机，采用新颖的箱式结构，是目前国内中型高压电机的主导产品，以后又随着我国电网电压由升高到，又研发了系列中小型高压异步电动机。

年以电科所为首组织有关厂家完成了系列的开发，功率范围为，机座中心高为。

该系列产品显著降低了空载噪声，有效抑制了负载噪声。

年电科所组织有关厂家又完整地建立了全系列采用冷轧硅钢片的系列，其能耗达到国标中能耗限定值的规定，同时也达到欧洲效率标准，并且主要性能指标达到国际同类产品的先进水平。

变频控制现状随着生产技术的不断发展，直流拖动的薄弱环节逐步显露出来。

由于换向器的存，直流电机的维护量加大，单机容量最高转速以及使用环境都受到限制。

人们开始转向结构简单运行可靠维护方便价格低廉的异步电动机。

但异步电动机的调速性能难以满足生产的需要。

于是，从世纪年代开始，人们致力于交流调速技术的研究，然而进展缓慢。

在相当长的时期内，直流调速直以其优异的性能统治着电气传动领域。

世纪年代以后，特别是年代以来，电力电子技术控制技术和微电子技术的飞速发展，使得交流调速性能可以与直流调速相媲美。

目前，交流调速已进入逐步代替直流调速的时代。

交流电动机异步电机或同步电机转速的调节，是公认的交流电动机最理想最有前途的调速方案，除了具有卓流应保持额定值不变。

此时，三相异步电动机的输出功率和输出转矩分别满足下列关系由上式可见，由于调速过程中保持常数，基频以下的变频调速属于恒转矩调速，其输出功率正比于定子频率或转速，图表明了这关系。

低速时补偿常数图三相异步电动机变频调速时所容许的输出转矩输出功率与频率之间的关系基频以上调速此时变频器的输出频率升高，但变频器的电源电压由电网电压决定，不能继续升高。

根据式，不能变，频率升高必然使下降，由于与电流或转矩成正比，因此也就是转矩下降。

转矩虽然下降了，但因转速升高了，所以它们的乘积并未改变转矩与转速的乘积表征着功率。

因此，这时候电动机在恒功率输出的状态下运行。

异步电动机变频调速恒转矩和恒功率区域状态的特性如图所示。

的大小表征电动机转矩的大小，因此，曲线可以看作为转矩曲线。

恒转矩区恒功率区图异步电动机调速时的输出特性恒转矩时的电压曲线恒功率时的电压曲线恒转矩时的转矩曲线恒功率时的转矩曲线。

由以上分析可知，变频器对异步电动机调速时，输出频率和电压是按定规律改变的，在额定频率以下，变频器的电压随输出频率升高而升高，即所谓的变压变频调速。

而在额定频率以上，电压并不改变，只改变频率。

当定子频率超过基频时，受电机绕组绝缘耐压的限制，定子电压无法进步提高，只能维持额定值不变。

这样，随着定子频率的上升，主磁通必然下降，因而这种调速方式是种弱磁性质的调速，与他励直流电动机弱磁升速类似。

基频以上时，由于保持，三相异步电动机变频调速时的机械特性为公式最大电磁转矩为公式临界转差率为公式由上式得对应于最大转矩时的转速为公式由此可见，最大转矩处的转速降与频率无关，即机械特性的硬度保持不变。

根据这特点，并结合公式，画出基频以上变频调速的典型机械特性如图所示。

图三相异步电动机基频以上变频调速时的机械特性假定基频以上变频调速过程中电机的功率因数效率均不变，每相绕组中的电流仍保持额定值不变。

此时，三相异步电动机的输出功率和输出转矩分别满足下列关系由上式可见，考虑到调速过程中保持，因此，基频以上的变频调速属于恒功率调速，其输出转矩反比于定子绕组的供电频率或转速。

图中的虚线部分表明了这关系。

转差频率调速转差频率控制三相异步电动机中，定子与转子之间的圆周空隙有旋转磁场，转速为，电机转子实际转速为，是转子与旋转磁场之间的相对切割速度。

对频率电压进行谐调控制，使不变。

此时，磁通也不变，在不变的条件下，电磁转矩与成正比。

对频率进行调节，即调节，因此，在实现转速调节时也实现了转矩的调节。

综上所述，三相异步电动机的变频调速具有如下特点基频以下为恒转矩调速基频以上为恒功率调速。

变频调速过程中，异步电动机机械特性的硬度保持不变，调速范围宽。

频率连续可调，可以实现无级调速。

总结通过这次为期几个月的毕业设计，使我不仅巩固了所学课本上的知识，还学到了许多书本以外的东西，增强了实际运用的感性认识，而且使我对设计工作有了个更加全面更深刻的认识。

毕业设计较以前课程设计有所不同，它设计时间长，任务重，难度高，综合性强，对于我们每个毕业生来说，它既是个挑战，更是个锻炼自己的好机会。

所以，我们都认真对待，并投入了极大的精力，付出了艰辛的努力。

通过这次设计，我们初步认识到设计的步骤以及要做的准备工作，并对异步电机变频控制原理有了更进步的认识，另外还培养了我认真踏实的工作态度，我感觉毕业设计不仅是次对自己所学知识的检验，更是次再学习的机会和将要参加工作前的良好培训。

此次设计是我们在大学学习阶段的最后个环节，也是个很重要的环节，它的重大意义主要体现在以下几个方面培养阅读和检索资料的能力，通过课题研究回顾总结大学三年多所学。

在以后工作中，能更快速地提高专业技术综合性地运用几年内所学知识的学习方法去分析解决个问题学习新的知识为工作时候的专业理论打下基础此次对主轴系统异步电机变频控制原理的研究不但可以进步提高自己对主轴系统异步电机变频器及变频技术有了进步的了解和认识，而且是以后从事有关工作的个十分重要的基础。

在本次设计过程中，我遇到了很多问题，主要原因是我对主轴系统异步电机变频控制原理的不了解对大量资料的浏览和筛选显得力不从心。

为了顺利完成本次设计，我经常与指导老师探讨，采纳老师的建议与其他专业的同学进行交流，学习他们的优点不断总结自己在思考问题和研究新知识的失误，使我更快更全面的提高。

致谢能顺利完成此次毕业设计，我自己很高兴，因为它让我自信，所以感谢老师给我这个机会，感谢母校给我们提供优雅的学习环境和全面的信息平台，也感谢父母辛苦的供我上大学给我能力升华的机会。

在最初拿到课题时，我对主轴异步电机变频控制没有什么了解，更不要说去完成课题了，后来我查阅了很多相关的资料，并咨询了佛山市南海嵘亿兴机械有限公司杨楠，就当前数控铣床主轴的运用电机的运用及变频控制方式做相应的解答，而且在陈纯老师的指导帮助下，完成了本次论文。

但由于本人的能力和水平有限，论文中也还有很多没有解决的问题，清各位老师批评指正，我定会认真听取。

总之，通过本次全面的毕业设计，我学到了很多新知识，对以前的知识进行了次复习和总结，同样也培养了思考，查阅整理总结资料的能力。

在这里再次感谢我的指导老师陈纯老师和佛山市南海嵘亿兴机械有限公司杨楠的帮助。

参考文献晏初宏数控机床与机械结构北京机械工业出版社，年月第版马亚青异步电机变频控制的系统匹配问题车辆与动力技术，年第期文章编号张燕宾变频调速应用实践北京机械工业出版社，年月第版刘道钱，陈涛，沈顺成，王玥数控铣床主轴部件动态特性分析机械设计与制造年期分类号，陈立香变频调速北京机械工业出版社，年月第版周志敏，周纪海，纪爱华变频调速系统工程设计与调试人民邮电出版社，年月第版陈伯时电力拖动自动控制系统运动控制系统北京机械工业出版社，年月第版郭庆鼎异步电动机的矢量变换控制原理及应用沈阳辽宁民族出版社，廖海平无速度