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异步主轴电机驱动技术与选型异步主轴电机驱动技术与选型 沈阳机床集团 主轴电机与TDE伺服驱动器 培训课程 异步主轴电机驱动技术与选型异步主轴电机驱动技术与选型 主轴电机及驱动器的选型 由加工需求计算 电机扭力、功率需求 由电机扭力与功率需求选择电机规格 由电机电流、超载特性及最高速选择驱动 选择回馈 选择总线 电机的选型 异步主轴电机驱动技术与选型异步主轴电机驱动技术与选型 伺服电机种类 同步伺服电机 (永磁式) 异步伺服电机(感应式) 异步主轴电机驱动技术与选型异步主轴电机驱动技术与选型 同步伺服电机特点 磁场由磁钢永久提供,不需要额外电力 磁场随时存在,不需要预先建立磁场 恒转矩区:电机电流= 转矩电流, 恒功率区:电机电流= 转矩电流+逆磁电流 (恒功率区范围小) 运转中断电,自动变成发电机 (危害驱动) 转子惯量低、不须预先激磁 响应快 异步主轴电机驱动技术与选型异步主轴电机驱动技术与选型 异步伺服电机特点 磁场由定子线圈经驱动器向量控制产生 无法立即产生磁场,必需要预先建立磁场 恒转矩区:电机电流= 转矩电流+磁场电流 恒功率区:电机电流= 转矩电流+磁场电流; 恒功率范围大,适合高速低扭力加工需求 运转中断电,自由运转停止,不会危害驱动 转子惯量大、须预先激磁响应慢 异步主轴电机驱动技术与选型异步主轴电机驱动技术与选型 扭矩与功率的关系 T = = 1000 2 60 = 9550 NM - 扭力 P = 9550 kW - 机械功 电功率转机械功KW= 3 * V *In*cos* In = 1000 3cos (A) In: 电机额定电流 cos: 电机功率因素 : 电机效率 异步主轴电机驱动技术与选型异步主轴电机驱动技术与选型 电机的电磁关系 E = k E: 反电势, k: 常数, : 磁通, : 转速 说明: 1. 假设端电压 = 反电势; V=E 2. 固定时, 电压与转速成正比 3. E固定时, 转速与磁通成反比 4. = A*T = 安培*线圈匝数, 线圈已经绕好, 故磁通 正比于磁场电流 异步主轴电机驱动技术与选型异步主轴电机驱动技术与选型 电机扭矩、功率与转速的关系 定扭矩控速范围 (0 额定转速) E = k, 基本转速 以下运转时,为固定, 因此转速与电压成正比 T= 9550 0 0 T 固定 定功率控速范围(额定转速 最高转速max) E = k, 基本转速 以上运转时,E为固定, 因此转速与磁通成反比 T= 9550 P . P 固定 异步主轴电机驱动技术与选型异步主轴电机驱动技术与选型 11/15kW , 1500/12000RPM 电机 S1: 11kW , S6-60%: 15kW 额定转速(基底转速) : 1,500RPM 最高转速: 12000RPM 转矩计算: Ts11500= 11*9550/1500 =70.03NM Ts112000=11*9550/12000=8.75NM Ts61500= 15*9550/1500 =95.5NM Ts612000= 15*9550/12000=11.94NM 11/15kW , 1500/12000RPM 电机 功率功率- -转速曲线图转速曲线图 扭矩扭矩- -转速曲线图转速曲线图 异步主轴电机驱动技术与选型异步主轴电机驱动技术与选型 主轴电机的选型 加工所需 扭矩 或 功率 NM KW 额定转速 与 最高转速 N rpm Nmax. rpm 安装尺寸, 其他要求 光轴光轴? 键轴键轴? 接线出口位置、接头接线出口位置、接头 安装法兰直径安装法兰直径 温度检出选择温度检出选择 反馈装置选择反馈装置选择 异步主轴电机驱动技术与选型异步主轴电机驱动技术与选型 主轴电机型号意义 VM - 100L - 110 - 1512 VM : 异步伺服电机 100L : 基座号 110 : 11.0kW 15: 额定转速1500RPM, (额定转速/100) 12: 最高转速12000RPM, (最高转速/1000) 异步主轴电机驱动技术与选型异步主轴电机驱动技术与选型 速度、位置反馈装置(一) Resolver 解角器(旋转变压器) 一般为2极, 每转一个正弦与余弦信号, 信号 Sin+, Sin-, Cos+, Cos- , R+, R- (载波), 温度保护 激磁载波频率一般为7或10kHz TTL Encoder TTL Line drive 5V, 方波脉冲, 512PPR 异步电机: 信号 A, /A, B, /B, Z, /Z 同步电机: 信号 A, /A, B, /B, Z, /Z, U, /U, V, /V, W, /W 异步主轴电机驱动技术与选型异步主轴电机驱动技术与选型 速度、位置反馈装置(二) Sin/Cos Encoder 5V电源,弦波 0.51.0Vp-p 信号, 128 PPR Incr (增量式): A(Sin), A-(Sin-), B(Cos), B-(Cos-), R, R- Ass (绝对式): A(Sin), A-(Sin-), B(Cos), B-(Cos-), R, R-, Sin+, Sin-, Cos+, Cos- (每转一个正弦与余弦信号) 原点信号R可为方波或弦波 异步主轴电机驱动技术与选型异步主轴电机驱动技术与选型 速度、位置反馈装置(三) ENDAT 2.1 5V电源,100mA 以下,可含增量SIN/COS弦波 ECN1113, EQN1125, ECN1313, EQN1325 信号: A+, A-, B+, B-, Data+, Data-, Clock+, Clock- ENDAT 2.2 / BISS 5V电源,350mA 以下, ECI1317, EQI1329, AD36 1219, 信号: Data+, Data-, Clock+, Clock-, +Vsense, -Vsense 驱动器的选型 异步主轴电机驱动技术与选型异步主轴电机驱动技术与选型 电功率与机械功率的关系 KW= 3 * V *In *cos* In = 1000 3cos (A) In: 电机额定电流 cos: 电机功率因素 : 电机效率 11kW 280V 1500/12000RPM主轴电机, 假设其功因为0.84, 效率为0.85, 其额定输出下的电流为多少A? 多少KVA? 答 : In = (11*1000)/(1.732*280*0.84*0.85) = 31.8A kVA= 3 * V *In = 1.732*280V*31.8A/1000= 15.4kVA 异步主轴电机驱动技术与选型异步主轴电机驱动技术与选型 主轴电机驱动器的选型 电机额定 电流、电 压、最高 转速 In 电机最高 转速 Nmax. rpm 性能要求 大众大众 宝马宝马 保时捷保时捷 异步主轴电机驱动技术与选型异步主轴电机驱动技术与选型 主轴电机驱动器的选型 用于CNC机床的主轴驱动器, 其过载能力可选择 200%3秒+155%30秒 驱动选型时依据上述过载能力之额定电流, 必须 大于电机电流 TDE驱动器的PWM频率需= 输出电机频率10倍, 意即4极电机15000RPM=500Hz, 500X10=5000Hz(P101), 24000RPM=800Hz, 800 x10=8000Hz(P101)。 异步主轴电机驱动技术与选型异步主轴电机驱动技术与选型 主轴电机驱动器的选型 TDE 驱动器的载波PWM(P101) 若高于5000Hz 则 额定电流会下降(降载) 如果电机为4极, 最高转速为 电机额定电流即可 如果驱动器输出频率500Hz 则需查PWM频率提高后的 额定电流需大于等于 电机额定电流 请参阅OPDE 样本数据 异步主轴电机驱动技术与选型异步主轴电机驱动技术与选型 主轴电机驱动器的选型 11/15kW , 1500/12000RPM 异步主轴电机 额定电压: _160V / Y_280V 额定电流: _55.6A / Y_31.8A 依据性能要求, 选择电机为Y接线, 电流31.8A 驱动器选择 最高频率= 12000*4P/120=400Hz (500Hz) 过载能力: 200% 3秒 + 155% 30秒 电机额定电流31.8A, 选择额定电流32A 查规格型号: OPDE-V32A 是为所选# 异步主轴电机驱动技术与选型异步主轴电机驱动技术与选型 苏州睿高电机