基于變頻器性能匹配的高速異步型電主軸設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、現(xiàn)代機(jī)床裝備業(yè)推動(dòng)了高速加工技術(shù)的快速發(fā)展，但作為機(jī)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(shí)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(jì)與優(yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體性能指標(biāo)的最優(yōu)化，而需要從機(jī)電全局角度來(lái)設(shè)計(jì)與優(yōu)化變頻調(diào)速系統(tǒng)。因此從機(jī)電全局設(shè)計(jì)角度來(lái)開展電主軸設(shè)計(jì)方法研究對(duì)提高系統(tǒng)工作性能，促進(jìn)高速加工技術(shù)發(fā)展具有重要的理論意義。 本文課題來(lái)源于國(guó)家自然基金資助項(xiàng)目(No.50475054)，以提高電主軸系統(tǒng)動(dòng)態(tài)

2、特性為目標(biāo)，從機(jī)電系統(tǒng)全局設(shè)計(jì)角度來(lái)研究高速異步型電主軸設(shè)計(jì)方法，從機(jī)電耦合動(dòng)力學(xué)研究電主軸的設(shè)計(jì)性能，并對(duì)電主軸系統(tǒng)諧波進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)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(shí)頻域分布情況，分析了諧波引起附加損耗和導(dǎo)致脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩的機(jī)理，總結(jié)得出了抑制諧波是設(shè)計(jì)面臨的主要問題。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dòng)性能考慮。本文提出的設(shè)計(jì)方法通過增大定、轉(zhuǎn)子槽漏抗

3、來(lái)限制諧波電流，實(shí)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(yàn)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(jì)可以提高槽面積利用率和效率，而無(wú)需考慮起動(dòng)性能指標(biāo)的約束。根據(jù)以上改進(jìn)和系統(tǒng)寬調(diào)速范圍內(nèi)的動(dòng)態(tài)特性要求，本文編制了電機(jī)程序設(shè)計(jì)流程，給出了電主軸設(shè)計(jì)算例。隨后本文以基于機(jī)電耦合動(dòng)力學(xué)的超高速磨床電主軸系統(tǒng)模型動(dòng)態(tài)仿真研究了電機(jī)的設(shè)計(jì)性能，從而驗(yàn)證設(shè)計(jì)方法的可行