基于變頻器性能匹配的高速異步型電主軸設(shè)計方法研究.pdf

1、現(xiàn)代機床裝備業(yè)推動了高速加工技術(shù)的快速發(fā)展，但作為機床核心部件的高速電主軸仍存在許多問題有待深入研究。工程實踐表明，已不能通過單從電主軸單元或變頻器單元的設(shè)計與優(yōu)化來實現(xiàn)系統(tǒng)整體性能指標(biāo)的最優(yōu)化，而需要從機電全局角度來設(shè)計與優(yōu)化變頻調(diào)速系統(tǒng)。因此從機電全局設(shè)計角度來開展電主軸設(shè)計方法研究對提高系統(tǒng)工作性能，促進高速加工技術(shù)發(fā)展具有重要的理論意義。 本文課題來源于國家自然基金資助項目(No.50475054)，以提高電主軸系統(tǒng)動態(tài)

2、特性為目標(biāo)，從機電系統(tǒng)全局設(shè)計角度來研究高速異步型電主軸設(shè)計方法，從機電耦合動力學(xué)研究電主軸的設(shè)計性能，并對電主軸系統(tǒng)諧波進行了實驗研究。 文章探討了基于正弦脈寬調(diào)制技術(shù)的電壓型逆變器輸出諧波的時頻域分布情況，分析了諧波引起附加損耗和導(dǎo)致脈動轉(zhuǎn)矩的機理，總結(jié)得出了抑制諧波是設(shè)計面臨的主要問題。傳統(tǒng)設(shè)計方法存在著局限性：沒有考慮與逆變器相匹配；定子外徑不能直接確定；轉(zhuǎn)子深槽出于起動性能考慮。本文提出的設(shè)計方法通過增大定、轉(zhuǎn)子槽漏抗

3、來限制諧波電流，實現(xiàn)與逆變器性能相匹配；以電流密度代替電負(fù)荷推導(dǎo)得到的尺寸關(guān)系式直接確定了定子外徑尺寸及其余槽形尺寸，消除了經(jīng)驗參數(shù)的影響；定、轉(zhuǎn)子槽形采用半閉口梯形槽或梨形槽設(shè)計可以提高槽面積利用率和效率，而無需考慮起動性能指標(biāo)的約束。根據(jù)以上改進和系統(tǒng)寬調(diào)速范圍內(nèi)的動態(tài)特性要求，本文編制了電機程序設(shè)計流程，給出了電主軸設(shè)計算例。隨后本文以基于機電耦合動力學(xué)的超高速磨床電主軸系統(tǒng)模型動態(tài)仿真研究了電機的設(shè)計性能，從而驗證設(shè)計方法的可行