回转台的电气传动系统设计(共40页)

1、 辽宁科技大学本科生毕业设计说明书 第 II页回转台的电气传动系统(xtng)设计摘要(zhiyo)电气传动系统(xtng)又名电力拖动系统，所谓电力拖动就是以电动机作为原动力的机械系统的总称1,2。电气传动系统的目的就是通过对电动机的合理的控制，以实现对生产机械的启动、停止、速度、位置调节等各种生产工艺的要求。随着生产技术的进步及社会对节能、优化、环保等要求的日益严格，电气传动系统在社会的各个方面的使用越来越广泛，所以如何优化的设计电气传动系统已达到节能、优化、环保等要求，并实现更低廉的成本，更好的性能就具有特别重要的意义。随着计算机技术及新型的电力电子元器件的飞速发展，以电力电子器件、和控

2、制技术等为基础的变频调速技术有了突破性的进展，生产出来满足变频调速要求的变频器，高性能的交流电动机的变频调速系统得到了广泛的应用3。回转台作为各种数控铣床和加工中心的理想的配套附件，它水平安装在主机上面，工作时利用主机的控制系统或者专门配套的控制系统，完成与主机相协调的各种加工回转工作，在机械制造行业中是不可缺少的辅助装置。本论文主要设计回转台的电气传动系统，主要对电机的选择、变频器的选择，交流变频技术，转矩的特性及计算等方面进行设计。关键字：电机；变频器；交流变频技术；回转台 辽宁科技大学本科生毕业设计说明书 第 III页AbstractElectric transmission syste

3、m, also known as electric drive system, the so-called electric drive is an electric motor as the driving force of the mechanical system in general. Electric transmission system purpose is the reasonable control of the motor to achieve start of production machinery, stop, speed, position adjustment a

4、nd other production requirements. With advances in technology and the production of energy-saving society, optimization, increasingly stringent environmental requirements, electrical transmission system for use in all aspects of society more widely, so how to optimize the design of energy-efficient

5、electric drive system has been reached, optimization, environmental protection etc., and to achieve lower cost and better performance is of particular importance. With the rapid development of computer technology and new electronic components for power electronics, and control technology based on fr

6、equency control technology has made breakthrough progress, and produced to meet the requirements of the drive inverter, high performance AC motor frequency control system has been widely used. Turntable as an ideal matching accessories variety of CNC milling machines and machining centers, which hos

7、t top level installation, operation or use of the host control system specifically supporting the control system, complete with a host of various processing rotary coordinate work in the machinery manufacturing industry is indispensable auxiliary devices. The paper main turret electric drive system

8、design, the main motor of choice, select aspect of the inverter, AC variable frequency technology, torque characteristics and calculation simple to design.Keywords: motor；inverter； AC drive technology； rotary table 辽宁科技大学本科生毕业设计说明书 第 V页目录(ml) HYPERLINK l _Toc25050 摘要(zhiyo) 页1 绪论(xln)1.1本课题研究的目的(md)

9、及意义在经济危机阴霾逐渐消散、国际经济缓慢回暖的背景下，中国经济健康、快速的发展模式，正在吸引越来越多的目光。高效率、高精度、高可靠性、高寿命仍然是开发追求的主题,作为机床附件的回转工作台也不例外。回转工作台分为分度工作台和数控回转台。分度工作台也只能完成分度运动，没有进给功能。可以与工作台作为一个整体使用，也可以单独使用。常见的有定位销式和鼠齿盘式；数控回转工作台是各类数控铣床和加工中心的理想配套附件。回转工作台设计过程不仅包括机械传动(j xi chun dn)机构，而且也涉及机电控制系统，这两部分的设计内容随着市场和客户的需求，不断地更新和完善，因此，回转工作台的设计与研究方向直接影响转

10、台生产企业的效益与兴亡。 中国回转工作台产业的发展出现的问题中，有很多情况不容乐观，如产业结构不合理、产业集中于劳动力密集型的产品；技术密集型产品明显落后于发达工业国家；生产要素决定性作用正在削弱；产业能源消耗大、产出率低、环境污染严重、对自然资源破坏力大；企业总体规模偏小、技术创新能力薄弱、管理水平落后等。 从什么角度分析中国数控分度回转工作台产业的发展状况？以什么方式评价中国数控分度回转工作台产业的发展程度？中国数控分度回转工作台产业的发展定位和前景是什么？中国数控分度回转工作台产业发展与当前经济热点问题关联度如何诸如此类，都是数控分度回转工作台产业发展必须面对和解决的问题中国数控分度回转

11、工作台产业发展已到了岔口；中国回转工作台的产业生产企业急需选择发展方向。 中国回转工作台产业发展研究报告阐述了世界回转工作台产业的发展历程，分析了中国回转工作台产业发展现状与差距，开创性地提出了“新型数控分度回转工作台产业” 及替代品产业概念，在此基础上，从四个维度即“以人为本”、“科技创新”、“环境友好”和“面向未来”准确地界定了“新型数控分度回转工作台产业” 及替代产品的内涵。根据“新型数控分度回转工作台产业” 及替代品的评价体系和量化指标体系，从全新的角度对中国数控分度回转工作台产业发展进行了推演和精准预测，在此基础上，对中国的行政区划和四大都市圈的回转工作台产业发展进行了全面的研究。1

12、.2 发展前景 60 年代以来，跨国公司推动的产业全球化发展使得国际分工和国际贸易格局发生了改变，加工贸易成为全球化产业发展的本质要求。在全球化背景下，对于发展中国家而言，产业升级(shng j)成为在全球化产业链条中由劳动密集环节向资本和技术密集环节逐步提升的过程。由跨国公司推动的加工贸易的发展，为发展中国家切入全球高新技术产业链条，实现产业升级提供了便捷路径。其中分度回转工作台的运用得到了广泛推广，各种新型工作台不断被引进，同时我国也自主研制和开发了一批适用、高效性的回转工作台。本次设计的意义是设计出一套结构简单、实用性强、精度系数比较高的自动分度回转工作台，并能满足生产和加工的需要。回转

13、工作台作为数控机床中的一个非常重要的部分(b fen)，研究其设计、制造过程等是非常有实际的工程应用价值。回转工作台的应用非常多，而数控工作台像自动分度回转工作台的研究必然有着其实际的意义。1.3 回转台的电气传动系统研究(ynji)概况长久以来，我国的电气传动技术特别是交流变频调速技术与国外发达国家存在着比较大的差距，但自改革开发以来，这一技术得到了迅速的发展，并以非常快的速度赶了上来。我国在变频调速技术上目前虽说尚处于初级阶段,但其发展速度逐年增长较快,国家已将此项技术列为“八五”重点攻关和推广项目。这将加快交流变频调速在我国的普及与应用4。 目前国内变频调速技术产业的状况如下:（1）变频

14、器的控制策略的基础研究与国外差距不大；（2）变频器的整体技术落后，国内虽有很多单位投入了一定的人力、物力、但由于力量分散，并没有形成一定的技术和生产规模；（3）变频器产品所用的半导体功率(gngl)器件的制造业几乎是空白；（4）相关配套产业(chny)及行业落后；（5）产销量少，可靠性及工艺水平不高； 交流变频调速技术在工业发达国家已得到广泛的应用。在美国有60% - 65%的发电量用于电机驱动，由于有效地利用了变频调速技术，仅工业电气传动用电就节约了15% - 20%的电量。国外在高性能大容量交流电机传动技术的研究和应用上远远走在了我们前面，已有更高级别的高压逆变器产品大量投入市场，并应用于

15、电力机车、船舰电力推进、轧钢、造纸及供水等系统中，交流电机变频调速技术及其产品已成为一些工业发达国家的先导产业。目前, 国外先进的工业国家生产直流传动的装置基本呈下降趋势 , 而交流变频调速装置的生产大幅度上升。以日本为例, 1975 年在调速领域,直流占 80%, 交流占 20%; 1985 年交流占 80%,直流占 20%。到目前为止, 日本除了个别的地方还继续采用直流电机驱动外,几乎所有的调速系统都采用交流变频装置。发达国家依靠他们强大的科技实力(shl)把变频技术推向小型化、高可靠性、抗公害、多功能、高性能等方向发展。2 回转台电气传动系统设计(shj)要求2.1 回转(huzhun)

16、工作台的简介带有可转动的台面、用以装夹工件并实现(shxin)回转和分度定位的机床附件或者加工中心的附件，简称转台或第四轴。回转台按照功能的不同可分为通用转台和精密转台两大类。 图2.1 常见(chn jin)的回转台2.1.1 通用(tngyng)转台通用转台是镗床、钻床(zun chung)、铣床和插床等重要加工附件，用于加工有分度要求的孔、槽和斜面等，加工时转动工作台，则可以加工圆弧面和圆弧槽等。通用转台按结构不同又可分为水平转台、立卧转台和万能转台。（1）水平转台:在圆台面上有工件定位用的中心孔和夹紧用的T型槽。台面外圆周上刻有360的等分刻线。台面与底座之间设有蜗杆-蜗轮副（见蜗杆传

17、动）,速比为90:1或120:1，用以传动和分度,蜗杆从底座伸出的一端装有细分刻度盘和手轮。转动手轮即可驱动台面，并由台面外圆周上的刻度（以度为单位）与细分刻度盘读出旋转角度。分度精度一般为60。水平转台的蜗杆伸出端也可用联轴器与机床传动装置联接，以实现动力驱动。（2）立卧转台：底座有两个相互垂直的安装基面，使台面既可水平也可垂直放置。（3）万能转台：台面可以在090范围内倾斜任意角度, 使工件在空间的任何角度都能准确调整。2.1.2 精密转台 图2.2 精密(jngm)转台（1）光学转台：主轴上装有玻璃(b l)或金属精密刻度盘，经光学系统将刻度细分、放大，通过目镜或光屏读出角度值。（2）数

18、显转台：转台主轴(zhzhu)上装有精密圆光栅或圆感应同步器，由数字显示装置读出角度值。上述两种精密转台的分度精度最高可达1。（3）超精密端面齿盘转台：利用一对经过精密对研的1440齿、720齿或360齿的端面齿盘分度定位,其分度精度最高可达0.01，作精密角度计量用。2.1.3 工作台交换系统 有的加工中心为了实现进一步的无人化运行或进一步缩短非切削时间，采用多个自动交换工作台方式储备工件。一个工件安装在工作台上加工的同时，另外一个或几个可交换的工作台面上还可以装卸别的工件。当完成一个托盘上工件的加工后，便自动交换托盘，进行新零件的加工，这样可以减少辅助时间，提高加工效率。2.1.4 回转台

19、的结构 图2.3 回转台结构图2.1.5 回转台的工作(gngzu)描述 回转台主要由工作台和电气传动系统两部分组成，工作台上面是被加工(ji gng)对象，电气传动系统是动力源，负责工作台的启动、停止、正转、反转等加工动作。回转台在回转工作中，对传动系统的控制非常重要，因为回转台按功能分为通用转台和精密转台，但是无论通用转台还是精密转台它们的工作都是对工件进行加工，加工的目的就是得到我们想要的工件，都是极其精细的工作，所以传动系统控制工作台的转动包括(boku)控制工作台的速度，控制工作台的加速度等使其精准的运动到工件的相应的位置是非常重要的工作。2.1.6 回转工作台的技术参数序号主要规格

20、技术参数1 工作台面尺寸2000mm*2500mm/2000mm*3000mm/2500mm*3000mm 2 工作台总高度 1050mm/1110mm/1110mm3 工作台最大负荷重量20000kg4 工作台直线移动行程1500mm/2000mm/3000mm5 工作台直线移动进给范围4级 10-432mm6 工作台直线快速移动速度2000mm/min7 工作台回转调速范围4级 0.0032-1.362mm/min8 工作台快速回转速度0.63r/min9 转速1400r/min10 油泵电功率+-“允差12”11 总重量13500kg表1.1 回转(huzhun)工作台的技术参数2.2

21、电气传动系统(xtng)设计要求对于回转台的电气传动系统而言，更好的设计回转台还不如(br)更用心的设计它的电气传动系统。因为回转台的运动，无论是启动、停止、正转、反转、加速运动还是减速运动都是依靠电气传动系统，而更好的设计电气传动系统我们就得在电动机的选择下功夫，电动机的选择对我们的设计起着至关重要的作用。而对于现代的电气传动系统来说调速系统的设计是核心问题，随着生产技术的进步以及社会对节能、优化、环保等要求的日益严格，电气传动系统在社会的各个方面的使用已经越来越广泛，所以如何优化的设计电气传动系统并且达到节能、优化、环保等要求，并实现(shxin)更低廉的成本和更好的性能就具有特别重要的意

22、义，在这样的要求的情况下，调速系统(xtng)的设计更显得尤为重要。 减速器在回转台的电气传动系统扮演着非常重要的角色，它对机械制动的停车精度控制得更好，更加精确(jngqu)。虽然变频器在调速系统中的应用已经越来越普遍，但是变频器还不能完全取代减速器。3 回转台电气传动系统设计3.1 回转台选择的规格本设计关于回转台的规格如下： 图3.1 选择(xunz)的回转台工作台直径 D table 3m工作台质量 m table 2,000kg工件的质量 m load 350kg工件的距离 L 2m （从表的中心）辅助传动装置比 itra 5.3 （包括所有传动变速器输出速度和进给速度 之间的比率）

23、 旋转角 a 90时间旋转角 6s加速 a 0.6m/s2(maximum)变化幅度 1：10开关频率 每分钟一个运动日常操作时间 18h效率 0.9表3.1 回转台选择(xunz)的规格3.2 回转台电气传动系统(xtng)3.2.1 工作台转动计算通过本设计的回转台的规格我们可以计算出选择电机的数据如下：转台周围的圆周距，90。旋转角相当于台面周长的1/4： （3.1）基于(jy)台面中心台面的转动惯量： （3.2）基于(jy)台面中心工件的转动惯量： （3.3） 在这里(zhl)， 是工件转动惯量； 是平行轴分量（工作台的中心作为旋转中心）；在这个例子中，我们假设工作台上的工件的转动惯性

24、应该被忽略更有利； （3.4）转台圆周速度： （3.5）工作台的速度： 这并不需要加速和减速过程的考虑运转1/4台面需要6s： （3.6）所需的齿轮比：我们假设一个四级电机正在使用 （3.7）静态摩擦力矩： （3.8）在这个(zh ge)例子中，没有产生径向力由此产生(chnshng)的轴向力： （3.9）倾斜力矩结果如果转台上的负载(fzi)不对称，如示例： （3.10）加速度时间的计算： （3.11）动态转矩： （3.12）需要的加速转矩： （3.13）电机加速度的动态转矩没有包含在这个值里。3.2.2 选择(xunz)电机 在频率转换器上操作时，电机(dinj)的加速转矩至少加速了1.6

25、倍的加速转矩： （3.14） 这导致电机使用以下(yxi)数据: （3.15）所需的服务因素：计算出所需的服务因素，首先冲击载荷ie必须确定，外部的转动惯量与电机的转动惯量的力矩比： （3.16）日常运作的时间是从每天的日常运营18h时间计算。一个运动序列的时间是6s，每分钟一个运动的开关频率。齿轮箱所需的额定转矩： （3.17）选择变速箱：D48 螺旋齿轮箱 （3.18）3.2.3 从新计算选择的电机： 从新计算选择(xunz)的电机采用变速箱实际的传动比5，这个目的决定(judng)所需的加速转矩： （3.19）每个电机(dinj)加速度转矩的要求： （3.20）4 变频器选择及变频调速系

26、统4.1 变频器4.1.1 基本组成变频器通常分为(fn wi)4部分：整流单元(dnyun)、高容量电容、逆变器和控制器。（1）整流(zhngli)单元：将工作频率固定的交流电转换为直流电。（2）高容量电容：存储转换后的电能。（3）逆变器：由大功率开关晶体管阵列组成电子开关，将直流电转化成不同频率、宽度、幅度的方波。（4）控制器：按设定的程序工作，控制输出方波的幅度与脉宽，使叠加为近似正弦波的交流电，驱动交流电动机。4.1.2 工作原理 主电路：是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型

27、是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路6。(1)整流器:大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。(2)平波回路:在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）。装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。(3)逆变器:同整流器相反，逆变器是将直流功率

28、变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到3相交流输出。以电压型pwm逆变器为例示出开关时间和电压波形。4.1.3 控制电路是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，它有频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆变器和电动机的“保护电路”组成7。（1）运算电路：将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行(jnxng)比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。（2）电压、电流(dinli)检测电路：与主回路电位隔离检测电压、电流等。（3）驱动

29、电路(dinl)：驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。（4）速度检测电路:以装在异步电动机轴机上的速度检测器(tg、plg等)的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。（5）保护电路：检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏。电动机使用变频器的作用就是为了调速，并降低启动电流。为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电（DC），这个过程叫整流。把直流电（DC）变换为交流电（AC）的装置，其科学术语为“inverter”(逆变器)。一般逆变器是把直流电源逆变为一定的固定频率和

30、一定电压的逆变电源。对于逆变为频率可调、电压可调的逆变器我们称为变频器。变频器输出的波形是模拟正弦波，主要是用在三相异步电动机调速用，又叫变频调速器。对于主要用在仪器仪表的检测设备中的波形要求较高的可变频率逆变器，要对波形进行整理，可以输出标准的正弦波，叫变频电源。一般变频电源是变频器价格的1520倍。4.1.4 发展方向（1）整个高压变频器市场没有出现持续的爆发式的增长，但我国变频器品牌已经涵盖了几乎所有领域，而且相对国际品牌有信价比优势。内资高压变频器的市场占比已经超过55%.从企业排名看，合康变频增长13.2%，市场占比13%，已经跻身行业首位的位置；利德华福市场占比12%、西门子占比1

31、1%、ABB占比9%、东方日立占比5%.国电四维发展速度较快，2012年增长44%，行业占比接近5%.（2）中国中高压变频器市场具有广阔的发展空间，随着市场的扩大和用户端需求的多样化，国内变频器产品的功能在不断完善和增加，集成度和系统化越来越高8。4.2 变频器的选择4.2.1 MICROMASTER 440 变频器MICROMASTER 440 变频器是西门子有限公司推出的可以(ky)广泛应用的多功能标准变频器。它采用高性能的矢量控制技术,提供低速高转矩输出和良好的动态特性,同时具备超强的过载能力,以满足广泛的应用场合。MicroMaster440变频器适合用于各种需要变速驱动的领域,其灵活

32、性提供了非常广阔的应用范围。也就是说,要求变频器具有较常规(chnggu)应用更高的功能和动态响应特性。它特别适用于车床回转台系统、起重机系统、大型集装箱仓库系统,以及食品和饮料加工工业、纺织工业。此变频器具有以用户需求定向的性能和易于使用的特性。由于其电源侧允许使用的供电电压范围大,使该变频器可以被应用到世界各地。图4.1 MICROMASTER 440 变频器4.2.2 主要(zhyo)特性(1)调试简单; (2)模块化结构,因此组态的灵活性很大;(3)6个可编程带电位隔离的数字量输入;(4)两个可标定的模拟量输入(010V,020mA)也可以被用作第7个/第8个数字量输入; (5)2个可

33、编程的模拟量输出(020mA);(6)3个可编程的继电器输出(shch)(DC30V/5A,电阻性负载;AC250V/2A,电感性负载); (7)当使用高调制脉冲频率时电动机运行的噪声很小,调制脉冲频率可以(ky)分级调整(随着脉冲频率的增高必要时应降低额定值运行);(8)变频器和电动机的完善(wnshn)保护。4.2.3 控制功能(1)线性U/f控制,平方U/f控制,可编程多点设定U/f控制,磁通电流控制免测速矢量控制, 闭环矢量控制,闭环转矩控制,节能控制模式; (2)标准参数结构,标准调试软件; (3)数字量输入6个,模拟量输入2个,模拟量输出2个,继电器输出3个; (4)独立I/O端子

34、板,方便维护; (5)采用BiCo技术,实现I/O端口的自由连接; (6)内置PID控制器,参数自整定;(7)集成RS-485通讯接口,可选PROFIBUS-DP/DeviceNet通讯模块;(8)具有15个固定频率,4个跳转频率,可编程; (9)可实现主/从控制及力矩控制方式;(10)在电源消失或故障时具有/自动再起动0功能; (11)灵活的斜坡函数发生器,带有起始段和结束段的平滑特性; (12)快速电流限制(FCL),防止运行中不应有的跳闸; (13)有直流制动和复合制动方式提高制动性能。4.2.4 MM440变频器的控制端子 见附录A，表4-1和4-2。4.2.5 MM440变频器的调试

35、（1）对于440变频器的调试应首先确认变频器的一些初始状态，在确认好电动机与变频器的连接后，利用内控先用操作器来控制电动机转动，首先需要设置以下参数：P0003=3，P0700=1，P1070=1050。设置完成后，可以把操作权交给操作器来手动操作。（2）在第一步顺利完成后，应首先对电动机做快速调试，只有在这种模式下才可输入电机参数，而做好快速调试有利于变频器对电机参数的计算与优化，但快速调试的前提是变频器的另一端是空电机，如联有机械部分有可能造成变频器对电机模型计算的不准确，快速调试步骤如下：P0003=3 P0004=0 P0010=1(启用快速(kui s)调试)；P0100=0 P02

36、05=0 P0300=1；P0304=电动机额定( dng)电压 ； P0305=额定电流 ； P0307=额定功率( dn n l)；P0308=功率因数 ； P0310=额定频率 ； P0311=额定转速；P0335=0 ； P0640=过载倍数 ； P0700=2(选择命令源)；P1000=2 ； P1080=0 ； P1082=50；P1120=10 ；P1121=10 ；P1135=5；P1300=0线性V/F控制 ； P1500=0 ； P1910=1；P3900=1；（3）快速调试过后根据电机有无编码器还有变频器所控制的电机的数量来选择对电机的控制方式(P1300)。再把P107

37、0设置为755，也就是选择由模拟量输入1来控制电机的速度给定，根据操作台电位计的实际情况来选择端子上的ADC1与ADC2两个开关，010V打成OFF，020mA打成ON。如果选择第5口数字输入DIN1为给定允许的话，将P0701=1，选择有了速度给定后电机的运行方式为接通正转，这样就实现了变频器速度的远程控制。（4）对于点动的控制应首先根据设计中点动所对应的数字输入的端口，来选择(xunz)P701P708之间所对应的数字输入的端口的参数，例如：端子的7和8口为正点与反点，应把P703=99（BICO参数化），P704=99(BICO参数化)，将P1055=722.2（正点动使能），P1056

38、=722.3（反点动使能），这样就可以通过外控来控制点动了。通过改变P1058与P1059可改变点动的频率值，而改变P1060与P1061可改变点动的响应时间。（5）模拟量输出口：输出类型为020mA。选择P0771(0)=27，（第一组参数，将其修改为27）则将模拟量输出1选择为电流表模式，通过改变P2002的数值(shz)来修正电流表。将P0771(1)=21，（第二组参数选择为21）则将模拟量输出2定义为转速表，通过改变P2000来确定转速表的范围，默认为50Hz，而一般的变频器调速均为050Hz，所以采用默认值即可9。4.2.6性能(xngnng)保护MicroMaster440变频器

39、具备过压/欠压保护、变频器过温保护,通过数字输入端接入PTC 或KTY检测信号,实现电动机的过温保护(可能带有辅助电路)、接地故障保护、短路保护、电动机过热保护、电动机转子的堵转保护、避免电动机失步的保护、参数互锁等多种保护功能。4.3交流变频调速系统4.3.1现代交流调速系统的类型 现代交流调速系统由交流电动机，电力电子功率交换器，控制器和检测器等四大部分组成。电力电子功率变换器，控制器，电量检测器集中于一体，称为变频器（变频调速装置）。交流电机的不同，繁衍出不同的交流调速系统。因此现代交流调速系统可分为异步电动机调速系统和同步电动机调速系统。目前较为常用的三种方案，他们是异步电动机交流调速

40、系统：（1）异步电动机交流调速系统。（2）开关磁阻电动机的交流调速系统。（3）同步(tngb)电动机调速系统。4.3.2国内外研究(ynji)现状 交流变频调速技术在工业发达国已得到广泛应用。美国有60% - 65%的发电量用于电机驱动，由于有效地利用了变频调速技术，仅工业传动(chundng)用电就节约了15% - 20%的电量。 采用变频调速，一是根据要求调速用，二是节能。它主要基于下面几个因素： （1）变频调速系统自身损耗小，工作效率高。 （2）电机总是保持在低转差率运行状态，减小转子损耗。 （3）可实现软启、制动功能，减小启动电流冲击。 在采用变频调速时，需从工艺要求、节约效益、投资回

41、收期等各方面考虑。如果仅从工艺要求、节约效益考虑，下面几种情况选用变频调速较有利： （1）根据工艺要求，生产线或单台设备需要按程序或按要求调整电机速度的。如：包装机传送系统，根据不同品种的产品，需要改变系统传送速度，使用变频调速可使调速控制系统结构简单，控制准确，并易于实现程序控制。 （2）用变频调速代替机械变速。如：机床，不仅可以省去复杂的齿轮变速箱，还能提高精度、满足程序控制要求。 （3）用变频调速代替用闸门或挡板调整流量适于风机、水泵、压缩机等。例如：锅炉上水泵、鼓风机、引风机实行了变频调速控制，不仅省去了伺服放大器、电动操作器、电动执行器和给水阀门（或挡风板），而且使得整个锅炉锅炉控制

42、系统得到了快速的动态响应、高的控制精度和稳定性。 交流变频调速的方法是异步电机最有发展前途的调速方法。随着电力电子技术的不断发展，性能可靠、匹配完善、价格便宜的变频器会不断出现，这一技术会得到更为广泛、普遍的应用。目前，国外先进国家的变频技术正向小型化、高可靠性、抗公害、多功能、高性能等方向发展，我国也在加快发展步伐10。4.4 MM440变频调速系统4.4.1 系统(xtng)概述长时间以来(yli)， 在电气传动领域交流电机传动约占整个电气传动容量的80%以上， 而直流电机传动则只有20%左右。但在电机调速领域，直流电机调速又占80%，而交流电机还不到20%，特别是高性能调速系统，非直流机

43、调速不可， 由于交流电动机的调速性能差， 以致于长时间无法与直流电动机匹敌。 随着计算机控制技术与交流变频技术的发展， 各种工业控制设备都在朝着功能完善、计算机化、智能化、高度集成化、高可靠性方向发展，变频技术的飞跃发展改变了交流变频调速系统的面貌。 从近年来变频调速的应用与各种新建生产线的设备配置来看，交流传动大有取代直流传动的趋势，这其中离不了变频调速的功劳。 西门子的交流变频器在中国的交流电机调速应用中被广泛地使用。4.4.2选取(xunq)的优点对于我们所研究的回转台电气传动系统，整个传动所使用的电机是交流电机，根据实际情况，回转台在工作过程中电机必须调速，电机必须具备启动、停止、正转

44、、反转等操作，才能保证生产的进度与停车的准确性。考虑到选取的可行性与系统运行的可靠性，系统中采取西门子的MICROMASTER 440 变频器，这样的选取有以下的优点：(1) 易于安装，参数设置和调试；(2) 具有多个数字和模拟的输入、输出接口；(3) 模块化设计，配置非常灵活；(4) 脉宽调制的频率高，因而电机运行的噪声低；(5) 具有多种运行控制方式，可实现无传感器的矢量控制和各种V/f 控制；(6) 内置的直流注入制动，制动快速；(7) 具有PID控制功能的闭环控制，控制器的参数可自动整定；(8) 控制线路简单，变频器各种保护功能完善，便于使用和维护。(9)内置几组设定参数可以互相切换，

45、一台变频器可以控制几个交替工作的电机。4.4.3 系统控制 该型号变频器通过设置参数P1300可实现多种不同的运行方式来控制变频器输出电压和电机转速间的关系：线性V/f（电压/频率(pnl)）关系，抛物线V/f控制，多点V/f控制， 与电压设定值无关的V/f控制， 无传感器矢量控制等。本系统中采用了无传感器量矢量控制方式，在这种方式下， 用固有的滑差补偿对电动机的速度进行控制。采用这种方式，可以得到大的转矩、改善瞬态响应特性、具有优良的速度稳定性，而且在低频时可以提高电动机的转矩。在变频器的L1， L2， L3端输入交流(jioli)380V工作电源。变频器的控制接线端接收PLC的输出信号。

46、根据实际操作需要，在不同工作方式下，变频器的速度按不同方式进行：(1)调整方式时： PLC输出(shch)正点和反点信号到变频器的8#和 17# 端，变频器以固定频率进行点动。(2)正常工作时：分为床面前进和退回。床面前进时由生产工根据主轴电流大小用电位器控制床面前进速度。床面退回时，固定高、低两档频率，先以高速退回，到达减速点后减速到低速直到停车位置11。4.4.4 变频器的设置 常用参数地址及设定的参数值见附录A，表4- 正反转控制 西门子MM440变频器可以通过6个数字输入端口对电动机进行正反转运行、正反转点动运行方向控制，通过设置P0701的参数值，使数字输入5端口具有正

47、转控制功能；通过设置P0702的参数值，使数字输入6端口具有反转控制功能；模拟输入3、4端口外接电位器，通过3端口输入大小可调的模拟电压信号，控制电动机转速的大小，即由数字输入端控制电动机转速的方向，由模拟输入端控制转速的大小。操作步骤： （1）连接电路，检查接线正确后合上变频器电源空气开关Q。 （2）恢复变频器工厂默认值。按下P键，变频器开始复位到工厂默认值。 （3）设置电动机参数。设P00100，变频器当前处于准备状态，可正常运行。 （4）设置(shzh)模拟信号操作控制参数。 1）电动机正转：按下电动机正转按钮SB1，数字(shz)输入端口5为“ON”，电动机正转运行，转速由外接电位器R

48、P1来控制，模拟电压信号从0V10V变化，对应变频器的频率从050Hz变化，通过调节电位器RP1改变MM440变频器3端口模拟输入(shr)电压信号的大小，可平滑无级地调节电动机转速的大小。当松开按钮SB1时，电动机停止。通过P1120和P1121参数，可设置斜坡上升时间和斜坡下降时间。 2）电动机反转：当按下电动机反转按扭SB2时，数字输入端口6为“ON”，电动机反转运行，与电动机正转相同，反转转速的大小仍由外接电位器RP1来调节。当放开按钮SB2时，电动机停止。图4.2 MM440变频器控制(kngzh)电机正反转4.4.6 转矩控制(kngzh)转矩提升就是在目前转矩无法满足的情况下，增

49、加额外的直流分量来提高电机转矩和提高变频器的输出电压(diny)，增大运载能力。一般变频器可以达到0%-20%左右。一般在低频的情况下，转矩提升功能实际上就是在低频的情况下提高变频器内部电压是电流增大提高输出力矩的一种方式。在使用这个功能的时候不可以盲目的将转矩提升功能调的太大，太大会报过流出现保护12。v/f特性和重载起动下的转矩提升设置：（1）设置斜坡函数发生器的斜坡上升时间 在驱动大惯量负载时，需要增加斜坡上升和斜坡下降时间使之和驱动器的加 速能力相符合。具体来讲，就是设置参数P1120和P112。（2）设置电压提升设置频率设定值为0Hz； 起动变频器； 监视变频器的输出电流（r0068

50、），同时增加电压提升量（P1310），直到 r0068=电机额定电流*需要的启动转矩/电机额定转矩需要的起动转矩为反抗转矩（负载转矩）与需要的加速转矩之和；查看是否有A0501, A0504或A0506报警信息出现。如果有，以5%的步长递减设置P1310直到报警信息消失； 把相应的参数值乘以放大因子1.1作为设定值； 停机，完成电压提升设置；（3）加速性能优化（斜坡上升）查看驱动加速性能（斜坡上升）是否满足要求；能够增加起动转矩到需要的值。一旦修改，必须执行，如果斜坡上升（加速性能）仍然不能满足要求，起动转矩也不能再增加，就必须增大斜坡上升时间（P1120），或者增加圆弧时间（P1130）；图

51、4.3变频器控制(kngzh)转矩5 减速机5.1 减速机的工作(gngzu)原理减速机在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用，减速机是一种相对精密的机械，使用它的目的是降低转速，增加转矩。按照传动(chundng)级数不同可分为单级和多级减速机；按照齿厂轮形状可分为圆柱齿轮减速机、圆锥齿轮减速机和圆锥圆柱齿引轮减速机；按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同进轴式减速机。减速机是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动、齿轮-蜗杆传动所组成的独立部件，常用作原动件与工作机之间的减速传动装置 。在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用，在现代机械中应用极

52、为广泛。5.2 减速机的作用1）降速同时提高输出扭矩，扭矩输出比例按电机输出乘减速比，但要注意不能超出减速机额定扭矩。2）减速同时降低了负载(fzi)的惯量，惯量的减少为减速比的平方。大家可以看一下一般电机都有一个惯量数值。减速机是一种相对(xingdu)精密的机械，使用它的目的是降低转速，增加转矩。它的种类繁多，型号各异，不同种类有不同的用途。减速器的种类繁多，按照传动类型可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星齿轮减速器；按照传动级数不同可分为单级和多级减速器；按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥圆柱齿轮减速器；按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式减速器13。5.3

53、 减速机与变频器的区别(qbi)减速机是通过机械传动装置来降低电机转速，而变频器是通过改变交流电频率以达到电机速度调节的目的。通过变频器降低电机转速时，可以达到节能的目的。两者本质的区别。一个是靠机构完成，一个是由现代电力电子技术完成。5.4 停车精度的计算停车精度的机械制动定位速度如下图说明停车和停车的精度： 图5.1 停车精度 : 工作台圆周速度 ： 工作台周围的圆周距离 ： 平均停车位置 ： 停车(tng ch)精度 ： 当到达极限(jxin)开关的时候，速度由运行速度（转台圆周(yunzhu)速度）转换到定位速度 : 从这个极限开关起，到定位速度 ，当经过LS2后变频器减速到零然后停车

54、或者制动接合假设当经过LS2时，制动是转换的；首先，制动时间和停车距离已经被计算出来14；制动转矩 ；制动器接合从DC侧到AC侧的交换时间 ；由于变化幅度为1：10，所以 ： （5.1）停车距离是由制动接合时间和制动时间 期间，所以： （5.2）停车精度 结论(jiln)本论文首先介绍回转台的用途，并介绍了回转台的结构及国内外的研究状况，发展前景。再介绍了回转台电气传动系统的研究概况，根据(gnj)节能、优化、环保等要求对回转台电气传动系统的设计进行要求，对回转台的工作进行了描述，回转台的工作台的技术参数进行(jnxng)介绍。对于电气传动系统的设计，根据回转台的性能要求，我们对工作台台面旋转

55、运动进行计算，电机的选择计算相结合以得出相符合的电机，以及回转台的调速系统极其调速方式进行研究设计。对于回转台的调速系统我们采用变频调速系统，变频调速系统也是我们此次设计的核心问题。变频调速系统是通过变频器对电动机转动进行控制，所以我们对变频器的工作原理及内部外部控制端子，正反转等进行研究及设计，并对变频器的选型进行了计算。最后我们对减速机的工作原理及作用进行了简单(jindn)的介绍，并对停车精度进行了计算。致谢(zh xi)经过了将近两个月的努力，我终于顺利的完成了毕业设计的撰写。回想起这两个月的时光，有刚接到毕业设计题目时，对论文撰写和不知从何下手的迷茫，也有对毕业设计题目深入研究从而找

56、到思路时的兴奋。在这两个月的时间里真的经历了很多的困难，无论是工作还是学习，所以真的非常感谢导师马连增教授在这两个月的时间里对我的学习上的教导和生活上的无微不至(w wi b zh)的关怀。经过两个月与马老师的相处，马老师宽广渊博的知识、勤奋严谨的态度以及正直的思想品德使我受益匪浅，影响颇深，这对我以后的生活学习有很大的帮助，所以，在这里我要对马老师表达我最衷心的感谢。同时我也非常感谢毕业设计期间和我一起共同努力战斗的兄弟姐妹们，是你们的坚持和努力我才能顺利的完成我的毕业设计，感谢你们的鼓励和支持。最后(zuhu)我要感谢我的父母及家人对我学习上的支持，有你们的支持我才能这样愉快的度过我在校园

57、(xioyun)的时间(shjin)。参考文献1 陈伯时电力拖动自动控制系统北京：机械工业出版社，19922 刘启新. 电机与拖动基础. 第二版 .北京：中国电力出版社，2007.23 陈伯时变频调速系统.电气自动化新技术丛书.北京：机械工业出版,2005.99-1004 张传祥电气自动控制系统北京：电子工业出版社，20035 Tapani Jokinen and Antero Arkkio. High-Speed AC Motors.Proceedings of the Third International Conference on Electrical Machines, Xian, China,1999: 21-24.6 李方圆，变频器行业应用实践M.北京：中国电力出版社，2006.7