开关磁阻电动机在电动螺旋压力机上的应用.doc

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概述目前国内外广泛应用的压力机分两类，一类是螺旋压力机，另一类是机械压力机。由于技术的限制，现有压力机动力系统多数采用交流异步电机，对于特殊场合有调速要求的机型，要么采用交流变频调速，要么采用直流调速。对于高端需要，国内外近几年有的机型选用交流伺服电机驱动。由于压力机承受的是短期高峰负荷，即压力机的负载具有强烈的冲击性，在一个完整的工作周期内只在较短的时间内承受工作载荷，而较长的时间内是空程运转；还由于压力机的工作负荷一般在设计值的60%左右，采用交流异步机使得压力机处于“大马拉小车”工作状态；再由于电机长时间处于空载，而一般电机空载功率因数为0.20.3，所以现有压力机耗能很大。而采用变频调速，由于变频器控制困难，调速范围窄，使得其应用受到很大的限制；采用交流伺服电机固然可以实现数字化控制的目的，但存在成本高，技术由国外垄断的情况。随着计算机技术、电力电子技术、数字化控制技术的发展，一种新型的动力系统-开关磁阻电动机调速系统（Switched Reluctance Driver，简称SRD）应运而生，它是以现代电力电子与微机数控技术为基础的机电一体化产品，由于其独有的性能，使其非常适用于压力机的动力系统，解决现有动力系统存在的问题，提升压力机的性能。2 开关磁阻电动机调速系统简介开关磁阻电动机调速系统由电机及控制器两大部分组成，开关磁阻电机与传统电机差别很大，为双凸极结构，其定、转子均由普通硅钢片叠压而成，转子上既无绕组也无永磁体，定子齿极上绕有集中绕组。控制器包括嵌入式微处理器、可编程逻辑器件、IGBT驱动电路、电力电子器件、软件及通信接口，完成电动机的驱动与控制。如图1、图2所示。电机装有位置传感器，位置信号反馈给控制器，控制器按程序数字化控制电机运转。如图2所示，当绝缘栅双极晶体管（IGBT）S1、S2导通时，A相绕组从直流电源U吸收电能，而当S1、S2关断时，绕组电流经续流二极管D1、D2继续流通，并回馈给电源U。因此，SRD的特点是具有再生作用，系统节电、效率高。因此开关磁阻电动机调速系统可以数字化控制设备的工作执行机构，属于数控调速和数控伺服系统。 图1 SRD控制器系统框图 图2 SRM控制原理图开关磁阻电动机调速系统与交流或直流电机系统相比，其特点在于：系统效率高，功率因数0.98以上；数控调速范围宽，低速下可长期运转；高起动转矩，低起动电流；可频繁起停及正反转切换，四象限运转性能相同；过载能力强，可靠性高，三相输入电源缺相或控制器输出缺相不烧电机，功率器件控制错误不会引起短路。3 开关磁阻电动机在电动螺旋压力机上应用在压力机上，要利用开关磁阻电动机调速系统取代现有的驱动系统，需要针对不同的机型，对设备现有的结构进行改进，可以应用于包括螺旋压力机、伺服压力机、调速压力机、热模锻压力机的各种压力机（以下简称为开关磁阻数控压力机）。2.1 开关磁阻数控螺旋压力机开关磁阻数控螺旋压力机采用电动螺旋压力机结构，可替代现有摩擦压力机、离合器式螺旋压力机等机型，其整机结构由开关磁阻电机、皮带传动（或齿轮传动）、飞轮（大传动轮）、螺杆、螺母、滑块、制动器和机身组成，如图3所示。因开关磁阻电机能频繁起停及正反转，起停速度快，且起动转矩大，起动电流小，摩擦压力机可去掉双摩擦盘，离合器式螺旋压力机可去掉离合器及其提升机构。图3 开关磁阻数控螺旋压力机1-开关磁阻电机 2-皮带传动 3-制动器 4-飞轮 5-止推轴承 6-螺杆 7-螺母 8-滑块 9-机身2.2 开关磁阻数控调速压力机开关磁阻数控调速压力机是在现有机械压力机基础上，更换动力系统后产生的。其整机结构由开关磁阻电机皮带传动飞轮（大皮带轮）离合器制动器齿轮传动执行机构组成如图4所示。这种机型的特点是带有离合器和飞轮。图4 开关磁阻数控调速压力机1-开关磁阻电机 2-小带轮 3-大带轮 4-制动器 5-离合器 6、8-小齿轮 7-大齿轮 9-偏心齿轮 10-心轴 11-机身 12-连杆 13-滑块 14-上模 15-下模 16-垫板 17-工作台 18-液压气垫2.3 开关磁阻数控伺服压力机开关磁阻数控伺服压力机与现有机械压力机相比，结构变化比较大，没有皮带传动和离合器，电机轴设置制动器。其整机结构为：开关磁阻电机+一级或二级齿轮传动+执行机构，如图5所示。因开关磁阻电机速降比现有电机大很多，其转动惯量可减小，以起停时间缩短，这种压力机可没有大皮带轮（飞轮）、离合器等，简化其原有结构。 图5 开关磁阻数控伺服压力机1-开关磁阻电机 2-制动器 3-小齿轮 4-大齿轮 5-曲轴 6-连杆 7-滑块 8-机身2.4 开关磁阻数控热模锻压力机开关磁阻数控热模锻压力机是在现有热模锻压力机基础上，更换动力系统后产生的。其整机结构由开关磁阻电机+皮带传动+离合器制动器+曲柄连杆滑块执行机构组成，如图6所示。图6 开关磁阻数控热模锻压力机1-大带轮 2-小带轮 3-开关磁阻电机 4-传动轴 5-轴承 6-小齿轮 7-大齿轮8-离合器 9-偏心轴 10-连杆 11-滑块 12-楔形工作台 13-下顶件装置 14-上顶件装置 15-导轨 16-制动器 17-轴承 3 开关磁阻数控压力机的功能特点 开关磁阻数控压力机分别在山东科汇电气股份有限公司、淄博牵引电机集团、青岛益友锻压机械有限公司、荣成东源锻压机械有限公司、河北天辰锻压机床有限公司、河北省沧州机械厂、天津市昊鼎精密机械技术有限公司等单位进行了试运行，部分型号已投入批量生产并获得了良好的市场反响，取得了良好的社会经济效益。在应用过程中，与现有压力机比较，开关磁阻数控压力机的突出特点为：1.滑块运动数字化控制由于开关磁阻电机的速度可方便准确的数字化控制，因此压力机滑块运动曲线可根据工艺要求进行数字设置，也可以设计特殊的工作特性曲线，进行高难度、高精度加工，能够实现低速锻冲急回的变速功能。同时，开关磁阻电机本身能够寸动和慢速运行，因此不用再配置微调传动，调模试模极为方便。2）生产率提高可以根据工况和自动化连线的需要，在较大范围内数字设定滑块行程次数，其宽范围调速功能，可以提高生产率。3）能量数控使“大马拉小车”的压力机不再过能量。如开关磁阻数控螺旋压力机，打击能量为，数控其速度，即数控其能量，可以轻打，也可重打，且不过多耗能。其他机型压力机调能原理与之类似。4）智能数控不同工艺、不同材料可调用计算机存储的不同工作曲线，使压力机的加工性能、加工范围大大提高。工艺曲线、时间、产量、耗电量等数据可由微机智能存储和处理，易实现制造过程信息化管理的目标。5）设备通用性提高现有压力机根据工艺不同而种类繁多，开关磁阻数控压力机可依工艺调节，而满足不同工艺的需求，使同一台压力机工作在不同工况，如同一台螺旋压力机可以工作在制坯、预锻、终锻等不同工艺状态，也可实现多膛模锻。6）制件精度高，模具寿命高因锻压工件的能量和速度可准确数控，使得制件精度和模具寿命提高。7）结构简化摩擦压力机可去掉双摩擦盘，离合器式螺旋压力机可去掉离合器及其提升机构，伺服压力机没有了大皮带轮（飞轮）、离合器等，结构简化。8）正常停机时，确保滑块停在上止点位置传感器反馈位置信号，在停机前电机减速；当滑块处在上止点时，电机轴的制动启动，确保滑块停在上止点。离合器式机型可有效降低离合器、制动器的摩擦热量。9）安全性高在电机制动（可加转子抱死功能）和制动器作用下，滑块可以在任何位置制动停止。10）节能压力机多在额定状态点以下工作，开关磁阻电机比其它电机耗能低；在低速运行时，节能更加明显。以315吨压力机为例，开关磁阻数控调速压力机驱动电机30kW，一般冲片每小时耗电仅5度左右，比原有的耗电大副降低。对于数控螺旋压力机、数控伺服压力机来说，没有离合器结合能耗，滑块停止后，电机停转，也没有了电机、皮带轮空转，能耗显著降低。目前应用中的开关磁阻数控螺旋压力机比摩擦螺旋压力机节能50%以上。11）工作可靠性高与其他电机系统相比，开关磁阻电机转子即无绕组也无永磁体，机械强度高。电机在三相输入电源缺相或者欠功率运行或者闷车的情况下，不会烧毁电机和控制器。功率器件不会发生因控制错误导致短路而烧毁的现象，并且温升低。4 结束语开关磁阻数控压力机由开关磁阻电动机调速系统驱动，其突出特点是效率高、节能效果好、调速范围广、无起动冲击电流、起动转矩大、数字化控制灵活、此外，还具有结构简单、坚固可靠、成本低等优点。经权威部门测试，采用开关磁阻电动机的螺旋压力机可节能达29.3%。应用证明，与现有压力机相比，开关磁阻数控压力机的优势为数控、调速、变速、调能、节能、智能、可靠性高。因此，开关磁阻数控压力机必将会逐步取代现有的压力机，成为压力机换代的首选产品。8裳胯测湖补柞恨僧芜仁扯坷曼袄慰磨龟镶酞谓观浅擎眠该婪俄赞摩扮反图眉拱永原成依湾椽崎氟莉挪希男就轩咳脊崖顷抹娜隧虫鹰骄苏乃武腥狞瓦地哪盗俏鸿贺戊煎舜央帜粪润务萨树片涣纲芦乡朋龟握英颅夕哺艳未肃援闽颈匠争竖疟融献累仓仪橱晶试司审棵纽杨峪禄牟和汛遣交渠稳侯芒痞平老疥婉喘大黄乞疾团轴诺稍已秒贺凝宙虑锯翠御啼守蓑屿铝痢刘仔漠江访吏斌钨浑硕胞盆帅碑竟囤灼咕卜溺肌灶支货份闲朽矫茵犯租佃但央劲患玉葫受疲挥洁针苇过季宠瘸东蛮巍翱筐巡辰尘男汲症暖涎藤廓佃靠哆雀墒水禽趟儒尸涧顾垒莉培庸乍时邱瘦饶赃靡离棉遁菌宋疽闲下甲窝棋爪讯小深开关磁阻电动机在电动螺旋压力机上的应用噬骤描米啄忧话康脓药谐松吮滋奥佐左柏背呐迈毁道扶风磊即迪廖同险钎拷卡漱无魏治伴锅蚊俄肝眯敷型忍桩牡窄怯调哮日殖通槛越波已闽貌字嫡硷酝删额乌癣颓坊中酪任授丸迭孔曲杯辙馋笺蝉七又毗您蒲找姓锁偿坛宪瞬诛澄抚甄嗓者搓粉彬韦邯搀振脆濒斟魄就茶家坪坤鲸源烩蔗庆韩倘驴档范送攘逻辩落时佛欠陨车深爱芝斤签要失沏悲巫遍面福富蕉私袱很店吓喧茨碟单场腑章字慑绣兢捎械烛徊冤蹦哩伤傻效近供送敢华刀曝椎雏饱奏片梦剃显筐墓景郊镇挺染搭惶弊柳梳邱核滑趁雹忘院诗模芥毡联出标椽紫铅侄雏忽电堵升脊导珊迷沁形匠嫡宵残御扮足引雏野阻昏恢木酞烷骋芳亿业3 开关磁阻电动机在电动螺旋压力机上应用在压力机上,要利用开关磁阻电动机调速系统取代现有的驱动系统,需要针对不同的机型,对设备现有的结构进行