畢業(yè)設計--車床主軸拖動變頻調速節(jié)能改造設計

1、<p><b>　　畢業(yè)設計(論文) </b></p><p>　　車床主軸拖動變頻調速節(jié)能改造設計</p><p><b>　　二○一三年六月</b></p><p>　學 號：</p><p>　姓 名：</p><p>　專 業(yè)：電氣工程及其自動化<

2、;/p><p>　系 別：</p><p><b>　　畢業(yè)設計(論文) </b></p><p>　　車床主軸拖動變頻調速節(jié)能改造設計</p><p><b>　　二○一三年六月</b></p><p>　　題目： 車床主軸拖動變頻調速節(jié)能改造設計

3、 </p><p>　　系別：專業(yè)：電氣工程及其自動化 </p><p>　　姓名： 學號： </p><p>　　指導教師建議成績： 85分 </p><p>　　評閱教師建議成績： 80分 </p><p>　　答辯小組

4、建議成績： 80分 </p><p>　　總成績： 82分 </p><p>　　答辯委員會主席簽字：</p><p>　　年 月 日</p><p>　　xx畢業(yè)設計（論文）任務書</p><p>　　xx畢業(yè)設計（論文）開題報

5、告</p><p>　　xx畢業(yè)設計（論文）指導教師評閱意見</p><p>　　xx畢業(yè)設計（論文）評閱教師評閱意見</p><p>　　xx畢業(yè)設計（論文）答辯小組評議意見</p><p>　　畢業(yè)設計（論文）誠信聲明</p><p>　　本人聲明所呈交的畢業(yè)設計（論文），是本人在指導教師的指導下，獨立進行研究工作

6、所取得的成果，除了文中特別加以標注和致謝中所羅列的內容以外，畢業(yè)設計（論文）中不包含其他人已經發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得xx海濱學院或其他教育機構的學位或證書而使用過的材料。</p><p>　　申請學位論文與資料若有不實之處，本人承擔一切相關責任。</p><p>　　本人簽名： 日期： <

7、/p><p>　　畢業(yè)設計（論文）使用授權書</p><p>　　本人完全了解xx有關保管、使用論文的規(guī)定，其中包括：①學校有權保管、并向有關部門送交學位論文的原件與復印件；②學校可以采用影印、縮印或其它復制手段復制并保存論文；③學校可允許論文被查閱或借閱；④學校可以學術交流為目的，復制贈送和交換學位論文；⑤學?？梢怨紝W位論文的全部或部分內容。</p><p>　　本

8、人簽名： 日期：</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　車床已經成為工業(yè)器件加工應用最廣泛的不可或缺的機器，但是我過車床的應用水平對于世界比較低的，多年以來都是通過手柄控制主軸轉速，操作起來非常繁瑣，本論文以普通車床為研究對象，對普通車床的主軸進行了變頻調速的設計改造。主要研究完成了對普通車床的工作

9、原理進行了分析研究，簡單介紹了普通車床的拖動系統(tǒng)及機械特性，然后重點介紹了普通車床的原拖動系統(tǒng)。配以PLC控制實現(xiàn)變頻調速的目的。經過變頻調速改造后，車床實際應用效果良好，同時還具備了節(jié)能、容易實現(xiàn)對現(xiàn)有電動機的調速控制、可以在車床應用領域進行大面積推廣。</p><p>　　本畢業(yè)論文是對普通車床設計項目的技術總結，主要介紹了變頻調速原理，普通機床工作原理，PLC控制原理，實現(xiàn)了機床的無極調速，由原來7.5kw

10、的電機換成5.5kw后進行的變頻調速節(jié)能設計，通過電子觸摸屏實現(xiàn)速度切換功能。</p><p>　　關鍵詞：電機轉矩線；機械傳動比；變頻調速；PLC編程；電子觸摸屏</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The lathe has become the most widely used industrial

11、device processing an indispensable machine, but I lived lathe application level for the world is relatively low, over the years is through the handle to control the rotational speed of the spindle, the operation is very

12、complicated, in this paper, ordinary lathe as the object of study, of the common lathe is designed transformation of frequency control of motor speed. The main research work principle of ordinary lathe for analysis and r

13、esearch</p><p>　　This thesis is a summary of common lathe design project technology, mainly introduces the principle of frequency conversion, the working principle of PLC control principle, general machine t

14、ools, machine tool was realized by the stepless speed regulating motor, the original 7.5kW is changed to energy-saving inverter design after the 5.5kW, through the electronic touch screen to achieve the speed switching f

15、unction.</p><p>　　KEYWORDS：Motor torque line; mechanical transmission ratio; frequency control; PLC programming; electronic touch screen</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><

16、b>　　摘 要i</b></p><p>　　ABSTRACTii</p><p><b>　　目 錄iii</b></p><p><b>　　1.緒論1</b></p><p>　　2.普通車床主軸的變頻調速2</p><p>　　2.

17、1 普通車床的主要功能與構造2</p><p>　　2.1.1 普通車床的主要功能2</p><p>　　2.1.2 普通車床的構造2</p><p>　　2.2 普通車床的拖動系統(tǒng)3</p><p>　　2.2.1 普通車床的運動系統(tǒng)3</p><p>　　2.2.2 普通車床主拖動系統(tǒng)的機械特性3<

18、;/p><p>　　2.2.3 主拖動系統(tǒng)的負載功率4</p><p>　　2.2.4 主拖動系統(tǒng)的工作特點4</p><p>　　2.2.5 普通車床的原拖動系統(tǒng)5</p><p>　　2.3 車床主拖動的變頻調速系統(tǒng)5</p><p>　　2.3.1 對變頻調速系統(tǒng)的基本考慮5</p><

19、p>　　2.3.2 低速轉保留一級傳動比，且 方案6</p><p>　　2.3.3 低速轉保留一級傳動比，且 方案7</p><p>　　3.變頻調速的原理10</p><p>　　3.1 變頻器的控制方式10</p><p>　　3.2 變頻器的頻率給定10</p><p>　　4.PLC控制實

20、現(xiàn)的轉速分段給定原理12</p><p>　　5.設 計13</p><p>　　5.1 系統(tǒng)構成13</p><p>　　5.1.1 設備明細表14</p><p>　　5.1.2 傳動比設計（1:3）15</p><p>　　5.1.3 變頻調速系統(tǒng)控制電路15</p><p&g

21、t;　　5.2 控制與實現(xiàn)16</p><p>　　5.2.1 電子觸摸屏16</p><p>　　5.2.2 控制流程圖17</p><p>　　6.計算選擇18</p><p>　　6.1 選擇電動機型號18</p><p>　　6.1.1 電動機的主要額定數據18</p><p&

22、gt;　　6.1.2 主要計算數據20</p><p>　　6.1.3 電動機容量不變的可行性核算21</p><p>　　6.2 變頻器22</p><p>　　6.2.1 變頻器的基本構成22</p><p>　　6.2.2 變頻器內部電路的基本功能22</p><p>　　6.2.3 變頻器的選擇23

23、</p><p>　　6.2.4 變頻器的功能參數表24</p><p>　　6.3 變頻器的功能預置27</p><p>　　6.3.1 各參數的設定值表27</p><p>　　6.3.2 多段速的參數設定表28</p><p>　　6.4 PLC選擇28</p><p><

24、b>　　結 論29</b></p><p><b>　　致 謝30</b></p><p><b>　　參考文獻31</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　械制造技術已經是生產、國際經濟競爭、產品革新的一種重要手段，所

25、有國家都在尋求、獲得、開發(fā)和利用它。它正被看作是現(xiàn)代國家經濟上獲得成功的關鍵因素。而車床已經成為機械制造的主要工具。</p><p>　　目前，我國機床工業(yè)進入了一個關鍵的發(fā)展時期，當前機床機械制造業(yè)面臨產品更新，進行技術改造的局面，這是提高生產效率和高速發(fā)展迫切需要的。一個觸目驚心的事實刺激著我們：我國傳統(tǒng)機床的制造業(yè)基礎很強，大量出口，可是由于技術含量低，往往出口到國外的價錢只是金屬材料的價格。某發(fā)達國家經過

26、用高新技術對其的控制進行改造后，成為智能數控機床就以幾十倍甚至百倍的價格回銷我國，這是多么令國人痛心的情景呀！所以目前機床改造已成為我國迫切需要加大力度發(fā)展的事業(yè)。機床的控制主要采用機、電、氣、液壓控制，采用微機技術可以實現(xiàn)智能數控，提高機床的技術附加值和運行效率；另一方面還有節(jié)能的控制改造，配以可編程序控制器（PLC）數字控制（NC）和變頻調速等技術，可以大大提高傳統(tǒng)機床的加工水平，通過對其電力節(jié)能的改造后效果驚人，以C6150普通機

27、床為例，全國大概有三百多萬臺 ，如果每臺車床的電機由原來7.5KW的電機換成5.5KW的，每天按8小時工作估算，僅節(jié)約電力一項每年節(jié)約電能將近161億KW/h，這該是多么可觀的一筆節(jié)能挖潛的經濟效益呀！本課題是結合PLC和變頻技術對普通C6150機床進行節(jié)能改造。作為機械與電氣控制</p><p>　　普通車床主軸的變頻調速</p><p>　　2.1 普通車床的主要功能與構造</p

28、><p>　　2.1.1 普通車床的主要功能</p><p>　　普通車床以加工圓柱體為主，如：加工圓柱體的外圓、內圓及端面；</p><p>　　圓柱體的鉆孔和擴孔；在外圓與內圓表面車削螺紋，等。</p><p>　　2.1.2 普通車床的構造</p><p>　　如圖2-1所示，主要部件有：</p>&l

29、t;p>　　圖2-1 普通車床的構造</p><p>　　2.2 普通車床的拖動系統(tǒng)</p><p>　　2.2.1 普通車床的運動系統(tǒng)</p><p>　　普通車床的運行系統(tǒng)主要包括以下兩種運動：</p><p>　　1. 主運動 工件的旋轉運動為普通車床的主運動，帶動工件旋轉的拖動系統(tǒng)為主拖動系統(tǒng)。</p><

30、p>　　2. 進給運動 主要是刀架的移動。由于在車削螺紋時，刀架的移動速度必須和工件的旋轉速度嚴格配合，故中小型車床的進給運動通常由主電動機經進給傳動鏈而拖動的，并無獨立的進給拖動系統(tǒng)。</p><p>　　2.2.2 普通車床主拖動系統(tǒng)的機械特性</p><p>　　1. 主拖動系統(tǒng)阻轉矩的形成 主拖動系統(tǒng)的阻轉矩就是工件在切削過程中形成的阻轉矩。理論上說切削功率用于切削的剝落和

31、變形。故切削力正比于切削的材料性質和截面積，截面積由切削深度和走刀量決定。而切削轉矩則取決于切削力和工件回轉半徑的乘積，其大小與下列因素有關：</p><p><b>　　(1) 切削深度；</b></p><p><b>　　(2) 進刀量；</b></p><p>　　(3) 工件的材質與直徑等。</p>

32、<p>　　2. 主拖動系統(tǒng)的負載特點</p><p>　　(1) 在相當大的轉速范圍內，普通車床的允許切削深度和進刀量等都是相同的，因而具有恒轉矩的特點。</p><p>　　(2) 在高速段，由于受車床身機械強度及振動等的影響，速度越高，允許的切削深度和進刀量越小，阻轉矩也越小，因而具有恒功率的性質。</p><p>　　(3) 綜上所述，普通車床的

33、機械特性如圖2-2所示。</p><p>　　圖中，D點以下是恒轉矩區(qū)；D點以上是恒功率區(qū)。D點是分界點，一般來說，大約在 2處（ 是分界點的轉速， 是最高轉速）。但考慮到低速車削通常為粗加工，切削量較大。尤其是車削毛坯時，由于同心度較差和表面的不光滑，常會遇到較大的沖擊力。所以，在實際處理時，通常?。?lt;/p><p><b>　?。?-1）</b></p>

34、;<p>　　2.2.3 主拖動系統(tǒng)的負載功率</p><p>　　如圖2-2，主拖動系統(tǒng)的負載功率取決于高速段任一點轉矩與轉速的乘積：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　2.2.4 主拖動系統(tǒng)的工作特點</p><p>　　1.調速范圍寬 調速范圍 由最高速 與最低速

35、的比值決定：</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　通常： = 25~150</p><p>　　例如，國產CA5140型車床的 =140，而意大利SAG型精密車床的 =26.7。</p><p>　　2.低速時對過載能力要求較高因為低速運行常用于粗加工，為了提高工作效率，切削深度和進刀量都

36、較大。</p><p>　　3.高速是對過載能力要求較低因為高速運行常用于精加工，非但切削深度較小，進刀量也往往不大。在正常情況下，出現(xiàn)過載的可能性極小。</p><p>　　2.2.5 普通車床的原拖動系統(tǒng)</p><p>　　普通車床通常是由齒輪箱來傳動和調速的。他具有以下特點：</p><p>　　1.恒功率性質 由于齒輪箱變速時，轉

37、矩的變化與轉速的變化成反比，故具有恒功率的性質。所以對同一切削用量而言，電動機的輸出功率是不變的。如忽略齒輪箱的功率損耗不計，則在全調速范圍內，都具有恒功率的特點。</p><p>　　2.低速時過載能力強 在低速段，拖動系統(tǒng)經齒輪降速后的額定轉矩將遠遠高于負載的最大阻轉矩，具有極強的過載能力。</p><p>　　2.3 車床主拖動的變頻調速系統(tǒng)</p><p>

38、;　　2.3.1 對變頻調速系統(tǒng)的基本考慮</p><p>　　(1) 由于調速范圍很廣，且要求有比較硬的機械特性。所以，以選用矢量控制方式為宜。對于普通車床來說，由于對動態(tài)響應要求不高，用“無反饋矢量控制”方式已經足夠。</p><p>　　(2) 因為調速范圍廣，且高速段與低速段機械特性的特點不一樣，故工作頻率范圍應不限于額定頻率以下。</p><p>　　(3

39、) 電動機的容量一般應此比原拖動系統(tǒng)的電動機容量為大（詳見下速）。</p><p>　　(4) 如上述，在低速段，可能出現(xiàn)較大的沖擊過載，容易引起變頻器的跳閘。所以，變頻器的容量以比電動機容量大一檔為好。</p><p>　　2.3.2 低速轉保留一級傳動比，且 方案</p><p><b>　　1.基本工況 </b></p>&

40、lt;p>　　(1) 電動機和主軸之間的傳動比只有一檔，傳動比</p><p><b>　　（1-4）</b></p><p>　　(2) 變頻器的最大輸出頻率 等于電動機的額定頻率 。從而，電動機的最高轉速 等于其額定轉速 ，它折算到負載軸上的值 應大于負載要求的最大轉速 ：</p><p>　　=

41、 （1-5）</p><p>　　電動機額定轉矩的折算值（折算到負載軸上的轉矩）應大于負載的最大轉矩的T；</p><p><b>　　（1-6）</b></p><p><b>　　圖2-1</b></p><p>　　1——負載機械特性曲線 2——電動機的有效轉矩

42、線</p><p>　　綜上所述，電動機的優(yōu)先轉矩線如圖2-3的曲線2所示，曲線1是車床的機械特性曲線。為了便于比較，圖中，電動機的轉矩和轉速均為折算到負載軸上的值。</p><p>　　2. 電動機的容量 在圖2-3中，負載所需功率</p><p><b>　　（1-7）</b></p><p>　　其大小與面積O

43、ADB成正比。而電動機的容量則與面積OA´HG成正比，其大小為：</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　可見，采用了變頻調速以后，電動機的容量需增大 倍以上。</p><p>　　3.電動機的工作頻率范圍</p><p>　　(1) 最高頻率 。</p><

44、p>　　(2) 最低頻率 因為只有一檔轉速，故頻率調節(jié)范圍 為：</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　當 時， 50/40=1.25Hz</p><p>　　當 時， 50/140=0.357Hz</p><p>　　異步電動機在這樣低的頻率下連續(xù)工作，如不用負載反饋，是比較困難

45、的。</p><p>　　2.3.3 低速轉保留一級傳動比，且 方案</p><p><b>　　1.基本工況</b></p><p>　　(1) 電動機和主軸之間的傳動比仍只有一檔，但變頻器的最高輸出頻率 允許超過額定頻率 。但一般不宜超過額定頻率的1.5倍（即： ）。</p><p><b>　　設最大調頻

46、比</b></p><p><b>　?。?-10）</b></p><p>　　則：電動機的最高轉速 也約為額定轉速 的 倍：</p><p><b>　　（1-11）</b></p><p>　　(2) 電動機的額定轉速</p><p><b>　　

47、（1-12）</b></p><p>　　電動機的有效轉矩線如圖2-4中的的曲線2所示。曲線1為車床的機械特性曲線。</p><p><b>　　圖2-4</b></p><p>　　1——負載特性曲線 2——電動機的有效轉矩線</p><p>　　2. 電動機的容量 如圖

48、2-4，電動機的容量與面積OA´H´G´成正比，其大小為</p><p><b>　　（1-13）</b></p><p>　　可見，頻率范圍過大之后，電動機的容量可以比 減小 倍，但與負載功率相比，仍需增大很多。</p><p>　　3. 電動機的工作頻率范圍</p><p>　　設：最高

49、頻率為 75Hz，則最低頻率為</p><p>　　當 時 ， =75/40=1.875Hz ；</p><p>　　當 時， =75/140=0.54Hz ；</p><p><b>　　變頻調速的原理</b></p><p>　　3.1 變頻器的控制方式</p><p>　　1.V/F控制方式

50、：車床除了在車削毛坯的時候負荷大小有變化外，以后的車削過程中，負荷的變化通常是很小的。因此，就切削精度而言，選擇V/F控制方式是能夠滿足要求的。但從節(jié)能的角度看V/F控制方式并不理想。因為在低速切削時，需要預置較大的V/F，則會出現(xiàn)在負載較輕的情況下，電動機的磁路常處于過飽和狀態(tài)，勵磁電流過大的問題。</p><p>　　2.無反饋矢量控制方式：新的系列變頻器在無反饋矢量控制方式下，已經能夠做到在0.5Hz時穩(wěn)定

51、運行，所以完全可以滿足普通車床主拖動系統(tǒng)的要求。由于無反饋矢量控制方式能夠克服V/F控制方式的缺點，故是一種最佳選擇。采用無反饋矢量控制方式，進行選擇時需要注意其能夠穩(wěn)定運行的最低頻率（部分變頻器在無反饋矢量控制方式下的實際穩(wěn)定運行的最低頻率為5~6Hz）。</p><p>　　3.有反饋矢量控制：有反饋矢量控制方式雖然是運行性能最完善的一種控制方式，但由于需要增加編碼器等轉速反饋環(huán)節(jié)，不但增加了費用，對編碼器的

52、安裝也比較麻煩。所以，除非該機床對加工精度有特殊要求，一般沒必要采取此種控制方式。</p><p>　　目前，國產變頻器技術非常成熟了，ABB公司產品在價格和性能上足可以與國外媲美了。</p><p>　　3.2 變頻器的頻率給定</p><p>　　變頻器的頻率給定方式可以有多種，應根據具體情況進行選擇。</p><p>　　1.無極調速頻

53、率給定</p><p>　　可以直接通過變頻器的面板進行調速，也可以通過外接電位器調速。</p><p>　　在進行無極調速是必須注意：在低速段的一檔傳動切換到變頻器無極調速時，存在著一個電動機的有效轉矩線小于負載特性的區(qū)域，如下圖所示。圖中②這個區(qū)域（約為600~800r/min）內，當負載較重時，有可能出現(xiàn)電動機帶不動的情況。操作工應該根據負載的具體情況，決定是否需要避開該轉速段。&l

54、t;/p><p><b>　　圖3-1</b></p><p>　　PLC控制實現(xiàn)的轉速分段給定原理</p><p>　　如果車床還需要進行復雜的程序控制，可應用可編程控制器（PLC）結合變頻器的多檔轉速功能來實現(xiàn)，如下圖所示。圖中，轉速檔由按鈕開關（或觸摸開關）開選擇。通過PLC控制變頻器的外接輸入端子X1，X2，X3的不同組合，得到8檔轉速。圖

55、中電動機的正轉，反轉，和停止分別由按鈕開關SF,SR,ST來進行控制。</p><p><b>　　圖4-1</b></p><p><b>　　邏輯表</b></p><p><b>　　設 計</b></p><p><b>　　5.1 系統(tǒng)構成</b&g

56、t;</p><p><b>　　一．系統(tǒng)構成：</b></p><p>　　本課題是以《交流變頻調速技術》的典型應用實例為基礎，對制造業(yè)量大面廣的普通車床主軸拖動系統(tǒng)進行節(jié)能改造：包括電動機容量減小；機械傳動機構改造；機械變速改為變頻調速（微電子觸摸屏取代機械手柄笨重操作）；PLC對車床的邏輯判斷控制等設計任務。</p><p><b&

57、gt;　　圖5-1</b></p><p>　　二.本課題所涉及的技術原理分述如下：</p><p>　?。?）機械傳動機構與電機轉矩特性</p><p>　　分析確定機床的主傳動功率轉矩，由于車床低速段為恒轉矩負載特性，在高速段為恒功率負載特性，為了減小電動機容量后啟動轉矩不夠的問題，改造設計一級傳動機構的傳動比為1：3，這樣使得減小的電動機的轉矩線被

58、有效覆蓋，以滿足負載特性，達到經濟、節(jié)能。因此除了要進行計算傳動比1：3的齒輪箱的機械設計，還要把這個多軸傳動折算到電動機軸側，以驗算改造后的GD²。和折算電動機的有效功率。</p><p>　?。?）變頻調速拖動原理</p><p>　　根據交流異步電動機的轉速 n = 60×f /p 可知，調節(jié)交流電的頻率f能夠改變電動 機轉速，變頻器是應用電力電子元件通過整流再按

59、不同頻率要求逆變成變頻交流電驅動電動機變速，（實際是控制E/f比），由于變頻器內核心單元是MPU微機處理器，可以采用矢量及矩陣方法計算得到很好的調速機械特性，并可預置很多智能控制功能。</p><p>　?。?）PLC在變速設定和存儲切削自動過程等應用</p><p>　　PLC的DI接受觸摸屏微動開關信號，通過DO輸出3個信號可以輸出給變頻器X1，X2，X3端子，組合成8種轉速。 <

60、;/p><p>　?。?）變頻器程序譯碼器實現(xiàn)電子觸摸屏轉速設定</p><p>　　如（2）所述，變頻器接受3個信號譯出8種轉速作為變頻器給定；另外通過變頻器預先設置參數，存儲8種自動變速的車削方案曲線，通過組合鍵選擇，使變頻器按存儲的不同轉速切削過程自動調速。</p><p>　　5.1.1 設備明細表</p><p><b>　　

61、表1</b></p><p>　　5.1.2 傳動比設計（1:3）</p><p>　　由于改造前的機床是手動變速，是通過手柄改動變速箱內齒輪對實現(xiàn)變速，操作起來比較繁瑣。而改造后的機床通過PLC控制，直接作用于電機，外接電子觸摸屏按鈕實現(xiàn)變速，少了齒輪箱內的大量齒輪組，只需要保留電機與機床主軸一對齒輪對！</p><p>　　考慮到電機啟動和低速作業(yè)時

62、是恒轉矩負載，為了解決低速切削力量不夠的問題，設計電機與主軸1:3的傳動比，如下圖。</p><p><b>　　圖5-2</b></p><p>　　5.1.3 變頻調速系統(tǒng)控制電路</p><p>　　以采用外接電位器調速為例，控制電路如下圖所示。圖中接觸器KM用于接通變頻器的電源，由SB1和SB2控制。繼電器KA1用于正轉，由SF和ST控

63、制；KA2用于反轉，由SR和ST控制。</p><p><b>　　圖5-3</b></p><p>　　正轉和反轉只有在變頻器接通電源后才能進行；變頻器只有正反轉都不工作的時候才會切斷電源。由于車床需要有點動環(huán)節(jié)，故在電路中增加了點動控制按鈕SJ和繼電器KA3。</p><p><b>　　5.2 控制與實現(xiàn)</b>&l

64、t;/p><p>　　5.2.1 電子觸摸</p><p><b>　　圖5-4</b></p><p>　　圖中，0為確認鍵；9為復位鍵；其他數字鍵為對應轉速鍵。當電源開關按下時，電源指示燈亮。按下對應數字鍵再按確認鍵，機器工作；按下復位鍵，機器停止。</p><p>　　5.2.2 控制流程圖</p>&l

65、t;p><b>　　圖5-5</b></p><p><b>　　計算選擇</b></p><p>　　6.1 選擇電動機型號</p><p>　　6.1.1 電動機的主要額定數據</p><p>　　(1) 額定容量 5.5kW；</p><p>　　(2) 額定轉

66、速 1440r/min；</p><p>　　(3) 過載能力 2.5</p><p>　　考慮到電動機的額定容量和過載能力，選擇了Y2-132S-4 型變頻調速三相異步電動機。</p><p>　　1) 簡介Y2-132S-4系列變頻調速三相異步電動機電動機是為配合國外各類高性能的IGBT脈寬調制變頻器而特殊設計的，使用時一般不需配用外接濾波器。</p&

67、gt;<p>　　電動機的各項性能指標同國外20世紀80年代水平相當，其基本技術條件符合IEC34-1和GB755國際和國家標準的規(guī)定。電動機噪聲低、振動小、調速范圍廣、外觀新穎。</p><p>　　Y2-132S-4系列變頻調速三相異步電動機集國內外同類產品之優(yōu)點，采用計算機輔助設計技術進行設計。為了使電動機能適應PWM變頻電源供電的狀況，在設計上，對定子、轉子槽型和定子繞組分布形式做了特殊的考

68、慮，以期獲得一個較為合適的電感值，來抑制和減小時間諧波和由其一起的一系列電動機空間諧波所產生的不良影響。電動機的電磁負載設計也考慮了一定的裕度，這樣，既能保證電動機在高頻時的過載能力，又能在低頻運行時仍能保持恒轉矩輸出。</p><p>　　Y2-132S-4系列變頻調速三相異步電動機絕緣結構的設計，考慮了采用IGBT的PWM變頻器的高載波頻率的影響。由其是匝間絕緣，為了能夠承受由高電壓上升率在線圈匝間反復施加的

69、陡度極大的沖擊電壓所導致的嚴酷考驗，采用了特殊措施予以加強。</p><p>　　在結構設計方面，Y2-132S-4系列的安裝尺寸與Y系列相同，以便用戶的配套和選用。系列的冷卻方式有兩種：一種為IC411系列，可以保證在該系列規(guī)定的頻率范圍（10~70HZ）內實現(xiàn)恒轉矩恒功率調速，并保證在此條件下長期運行，電動機繞組溫升不超過允許值。另一種IC416系列，該系列使用單獨的軸流風機強迫通風，保證了電動機在低速（1~

70、2HZ）時恒轉矩長期運行溫升不超過允許值。</p><p>　　Y2-132S-4系列變頻器三相異步電動機出廠試驗時均采用變頻器電源供電，符合實際使用工況。</p><p><b>　　2) 主要技術性能</b></p><p>　　(1) 電動機為連續(xù)工作制S1</p><p>　　(2) 電動機的額定電壓為380V、

71、頻率為50Hz。也可以給據用戶要求確定額定點的電壓和頻率。</p><p>　　(3) 電動機的絕緣等級為F級或H級，絕緣結構具有對變頻器輸出高載波頻率電壓的適應能力。</p><p>　　(4) 電動機調速范圍廣。IC411系列可在10~50HZ下實現(xiàn)恒轉矩調速，50~70HZ下實現(xiàn)恒功率調速；IC416系列在開環(huán)U/f控制的條件下，可實現(xiàn)3~50HZ時的恒轉矩調速，50~100HZ時的

72、恒功率調速；在矢量控制的條件下，調速范圍還可以擴大。</p><p>　　(5) 過載能力強。能夠承受額定轉矩160%過載，歷史1min。</p><p>　　(6) 低速性能好。低速時性能平滑，無爬行現(xiàn)象。</p><p>　　(7) 電動機的接線方式，250及以下機座號為Y聯(lián)結，280及以上機座號為△聯(lián)結。</p><p>　　3) 結構

73、形式 電動機的外殼防護等級為IP44，也可以按用戶需要制成IP54：電動機的冷卻方式分為全封閉外表軸向自扇冷卻（IC411）及全封閉帶單獨軸流風機的外表軸向風機冷卻（IC416）兩種，也可以按需要制成其他冷卻方式；電動機的結構及安裝形式為LMB3、LMB5、LMB35，并可在這三種基本安裝形式的基礎上派生其它安裝型式。</p><p>　　根據用戶要求可帶電磁式制動器，齒輪減速機等附件。</p>&

74、lt;p>　　IC416系列可根據用戶要求帶各種高分辨率的傳感器（光電編碼器、旋轉變壓器及測速發(fā)電機）。</p><p>　　4) 主要技術數據Y2-132S-4變頻調速三相異步電動機主要技術數據見表3-1；</p><p>　　表6-1 Y2-132S-4參數表</p><p>　　6.1.2 主要計算數據</p><p>　　調速范

75、圍 由式（1-15）得：</p><p>　　n=1440/30=48 </p><p><b>　　負載轉矩</b></p><p>　　(1) 恒轉矩區(qū) 由式（1-1）得：</p><p>　　1440r/min/2=720r/min </p><p>　　(2) 在各檔轉速下的負載轉矩

76、見表3-2（負載功率按 ）</p><p>　　表6-2 各檔轉度下的負載轉矩</p><p>　　(3) 電動機額定轉矩</p><p>　　TMN=9550×5.5KW/1440r/min=36.5N.m</p><p>　　6.1.3 電動機容量不變的可行性核算</p><p><b>　　

77、核算公式</b></p><p>　　(1) 低速檔恒轉矩區(qū)折算至負載軸</p><p><b>　?。?-20）</b></p><p><b>　　帶負載的過載能力</b></p><p><b>　?。?-21）</b></p><p>

78、;　　(2) 低速檔恒功率區(qū)核算至負載軸的電動機轉矩</p><p>　　= （1-22）</p><p><b>　　帶負載的過載能力</b></p><p><b>　?。?-23）</b></p><p>　　(3) 高

79、速恒轉矩區(qū)折算至負載軸的電動機轉矩</p><p><b>　?。?-24）</b></p><p><b>　　帶負載的過載能力</b></p><p><b>　?。?-25）</b></p><p>　　(4) 高速檔恒功率區(qū)折算至負載軸的電動機轉矩（按允許電流不變的原則

80、計算）</p><p><b>　　（1-26）</b></p><p><b>　　帶負載的過載能力</b></p><p><b>　?。?-27）</b></p><p>　　核算結果 跟據上述公式，將計算結果列于表3-4中。</p><p>　　

81、表6-3 各檔轉速的轉矩核算結果</p><p>　　與表3-2中的各檔負載轉矩相比，可以看出：各檔的過載能力基本滿足要求。</p><p><b>　　6.2 變頻器</b></p><p>　　6.2.1 變頻器的基本構成</p><p>　　變頻器的發(fā)展已有數十年的歷史，在變頻器的發(fā)展過程中葉曾出現(xiàn)過多種類型的變頻

82、器，但是目前成為市場主流的變頻器基本上有相似的基本結構。 </p><p>　　而對于采用了矢量控制方式的變頻器來說，由于進行矢量控制時需要進行大量的運算，其運算電路中有時還有一個以DSP（數字信號處理器）為主的轉矩計算用CPU以及相應的磁通監(jiān)測和調節(jié)電路。</p><p>　　6.2.2 變頻器內部電路的基本功能</p><p>　　一般的三相變頻器的整流電路由三

83、相全波整流橋組成。它的主要作用是對工頻的外部電源進行整流，并給逆變電路和控制電路提供所需要的直流電源。整流電路按其控制方式可以使直流電壓源也可以是直流電流源。</p><p>　　直流中間電路的作用是對整流電路的輸出進行平滑，以保證逆變電路和控制電源能夠得到質量較高的直流電源。當整流電路是電壓源時直流中間電路的主要元器件是大容量的電解電容，而當整流電路是電流源時平滑電路則主要由大容量電感組成。此外，由于電動機制動

84、的需要，在直流中間電路中有時還包括制動電阻以及其它輔助電路。</p><p>　　逆變電路是變頻器最主要的部分之一。它的作用是在控制電路的控制下將平滑電路輸出的直流電源轉換為頻率和電壓都任意可調的交流電源。逆變電路的輸出就是變頻器的輸出，它被用來實現(xiàn)對異步電動機的調速控制。</p><p>　　變頻器的控制電路包括主控制電路、信號檢測電路、門極（基極）驅動電路、外部接口電力以及保護電路等幾

85、個部分，也是變頻器的核心部分?？刂齐娐返膬?yōu)劣決定了變頻器性能的優(yōu)劣?？只胖H電路的主要作用是將檢測電力得到的各種信號送至運算電路，使運算電路能夠根據要求為變頻器主電路提供必要的保護。此外，控制電路還通過A/D，D/A等外部接口電路接收/發(fā)送多種形式的外部信號和給出系統(tǒng)內部工作狀態(tài)，以便使變頻器能夠和外部設備配合進行各種高性能的控制。</p><p>　　6.2.3 變頻器的選擇</p><p&

86、gt;　　變頻器連續(xù)運轉時所需的變頻器容量應滿足:</p><p>　　式中： ——負載所要求的電動機的輸出功率；</p><p>　　y——電動機的效率（通常為0.85）；</p><p>　　——電動機的功率因數（通常約為0.95）；</p><p>　　——電動機的電流，A；</p><p>　　k——電流波形修

87、正參數；</p><p>　　——變頻器的額定容量，kVA;</p><p>　　——變頻器的額定電流，A。</p><p>　　根據電動機銘牌數據計算如下：</p><p>　　=1×5.5/（0.85×0.95）=6.8kVA</p><p>　　=1×11.6=11.6A</p

88、><p>　　所以選擇普通功能矢量控制的變頻器，在此選擇變頻器的類型為ABB-ACS510。容量：7kVA，電流：12A，完全滿足以上計算要求。</p><p>　　6.2.4 變頻器的功能參數表</p><p>　　1. 參考頻率（功能代碼01）</p><p>　　參考頻率即當前的給定頻率，輸出頻率始終按設定的加減速時間跟隨參考頻率。但在運行

89、過程中，輸出頻率始終大于下限頻率（停車過程例外），而小于上限頻率。</p><p>　　若頻率給定方式為鍵盤時，可通過▼▲兩鍵對給定頻率進行在線調整，最后的給定頻率值被記憶。</p><p>　　在多段速度運行時，每一段的頻率值也可用▼▲兩鍵進行在線調整，但改變后的頻率值在停機后不記憶。</p><p>　　2.控制方式的選擇（功能代碼10）</p>

90、<p><b>　　表6-4</b></p><p>　　3. 上/下限頻率（功能代碼16、17）</p><p>　　在參數設定時，此功能自動限制下限頻率不高于上限頻率，自動限制上限頻率不高于最大頻率。但設定頻率不受上/下限頻率值的影響。</p><p>　　在運行過程中，自動保證輸出頻率不高于上限頻率，不低于下限頻率。若給定頻率小

91、于下限且無停車指令，則輸出頻率保持在下限頻率值不變。在停車過程中，不受下限頻率的影響。</p><p>　　此功能常用于保證電機工作于允許頻段，以避免誤操作或意想不到的原因導致機械系統(tǒng)或變頻器發(fā)生意外。在防止低速或超速運行的場合尤為適用。</p><p>　　4. 多段速度（功能代碼35——46）</p><p>　　多段速度由外部端子的狀態(tài)決定。由功能代碼72——

92、77定義任意端子為多段速度控制端子51、52、53、54，可重復定義，也可部分定義（未定義時視為OFF狀態(tài)）。最大可實現(xiàn)15段外部速度。</p><p>　　在多段速度運行時，用戶可以用鍵盤▲▼鍵對當前運行的頻率進行調整，但調整后的頻率，在停機或斷電后不保存。</p><p>　　多段速度優(yōu)先級高于鍵盤給定或模擬給定。故當S1=S2=S3=S4=OFF時，頻率給定方式由功能代碼11選擇，運

93、行頻率由鍵盤給定或模擬給定，因而，實際最多可選擇16段速度運行。</p><p>　　多段速度運行時的起動/停機由控制方式選擇功能代碼10決定，可選擇鍵盤或端子指令。</p><p>　　5. 參數設定模式（功能代碼71）</p><p><b>　　表6-5</b></p><p>　　6. 可編程輸入端子（功能代碼7

94、2——77）</p><p>　　可編程輸入端子RST、FRE、S1、S2、S3、S4共六個，每個端子的功能都可以定義，既可屏蔽不用，也可重復定義，使用更方便。每個端子由指定的功能代碼定義其功能。如下表所示：</p><p><b>　　表6-6</b></p><p>　　6.3 變頻器的功能預置</p><p>　　

95、6.3.1 各參數的設定值表</p><p><b>　　表6-6</b></p><p>　　6.3.2 多段速的參數設定表</p><p><b>　　表6-7</b></p><p><b>　　6.4 PLC選擇</b></p><p>　　PL

96、C選型要選最簡單的輸入14點，輸出8點。因此，要選擇西門子S7-200（輸入14點，輸出10點）變頻器。</p><p><b>　　結 論</b></p><p>　　時光飛逝，歲月如梭，轉眼間幾個月的畢業(yè)設計接近尾聲在此次設計中我設計的是普通車床主軸的變頻調速。</p><p>　　在設計中主要的是車床的拖動原理以及變頻器的調速原理，還有

97、就是用到的一些電子元器件的相關基本知識以及電動機、變頻器的型號選擇，我的設計主要是利用變頻器改變速度來控制車床的變頻調速。</p><p>　　經改造后的變頻調速擁有節(jié)能、容易實現(xiàn)對現(xiàn)有電動機的調速控制、可以實現(xiàn)大范圍的高效連續(xù)調速控制、容易實現(xiàn)電動機的正反轉切換、可以進行高頻度的起停運轉、可以進行電氣自動。符合廣大用戶的需求，是我國目前發(fā)展的需要。</p><p>　　由于本人對機床不是

98、很了解，論文任務大時間緊，沒有在實踐中實驗。所以，本設計必然存在一些缺點和不足，請各位老師諒解！</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本課題是在xx老師的悉心指導下完成的。老師嚴謹的治學態(tài)度，淵博的理論知識和豐富的實踐經驗，使我受益匪淺。老師正直高尚的品質、求真務實的作風和敬業(yè)勤勉的精神也深深地影響了我。在此，謹代表我個人對老師致以崇高的

99、敬意和衷心的感謝。</p><p>　　在本次畢業(yè)設計的研討與完善過程中，老師給予了我大力支持和指導，并促使這一項目的完整實施。</p><p>　　該課題是本人在生產實踐中結合車床的結構、功能和變頻器技術進行了研究、分析、實踐、總結，形成了一個比較完整的理論體系，其主要精髓是在應用變頻器對普通車床進行變頻調速。這一課題是一個多方面的綜合性設計項目，涉及普通車床的功能與構造，普通車床的拖動

100、系統(tǒng)，車床主拖動的變頻調速系統(tǒng)，同時還介紹了變頻器的種類，變頻器的選擇，以及變頻器的功能預置等多個相關方面的知識。但距全面掌握系統(tǒng)設計還有一定差距，所以本文仍有許多不足之處，望老師同學給予批評指正。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　大連組合機車研究所.《組合機床設計手冊 機械部分》.機械工業(yè)出版社.</p><p&

101、gt;<b>　　1975</b></p><p>　　大連組合機車研究所.《組合機床設計參考圖冊》.機械工業(yè)出版社.1975</p><p>　　周宗明.《金屬切削機床》.清華大學出版社.2004</p><p>　　濮良貴.紀名剛.《機械設計》.高等教育出版社.2006</p><p>　　賈亞洲.《金屬切削機床概論

102、》.機械工業(yè)出版社.2005</p><p>　　周開勤.《機械零件手冊》.高等教育出版社.2002</p><p>　　孫恒、陳作模.《機械原理》.北京高等教育出版社.2001</p><p>　　朱林.《機電一體化設計》.石油工業(yè)出版社.2008</p><p>　　甘永立.《幾何量公差與檢測》.上海科學技術出版社 2001</p&