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感應電機交流主軸驅動系統
時間:2013-9-12 15:50:20 來源:西安西瑪電機廠 作者:西瑪電機 點擊:
西安電機廠文章:感應電機交流主軸驅動系統是當前商用主軸驅動系統的主流,其功率范圍從零點幾個kW到上百kW,廣泛地應用于各種數控機床上。
電機結構感應電機根據轉子的結構,一般為籠型。由于籠型電機的結構簡單,轉動慣量低,并能于高溫和高速的條件下長時間運行,其價格遠低于同樣速度和功率范圍的直流電機,而功率和體積比卻是直流電機的兩倍,同時其起動電流不再受換向器的限制。
主軸電機定子繞組通常采用三個熱傳感器以防止過載。籠導條通常由銀或銅做成,并盡量加寬轉子槽長寬比以獲得更高的效率,減少轉子發熱和獲得更高的速度。
效率滑差對感應電機轉矩的產生是非常重要的,而且它與轉子電流和轉子損耗緊密相關。由于轉子損耗與定子損耗相比很難消除,因此,除了銅耗、渦流損耗、磁滯損耗外,在基速以上擴展速度范圍運行時,轉子損耗占有總損耗的相當大的比例。由于轉子損耗的存在,感應主軸電機的效率相對較低。
速度范圍感應主軸電機基速以上的擴展運行范圍可以通過弱磁控制實現。其恒功率運行范圍可達到1B3或1B5。如采用最新的繞組切換技術,其恒功率運行范圍可達到1B12,甚至更寬。目前,感應主軸電機最高轉速可達100000r/min。
價格盡管感應主軸電機結構相對簡單、可靠,無須特殊維護,價格低廉,但其變頻控制器價格卻較高。通常較高的控制器價格降低了較低價格電機的競爭力。但由于采用了磁場定向控制技術的變頻器能提供連續的轉矩/速度調節能力、較高的精度、運行可靠性和較低的運行費用,因而在一定程度上抵消了整個系統的初始高價格。
控制策略感應式主軸電機的控制無一例外地采用磁場定向技術。它可以實現對轉矩和磁通的分別控制,進而獲得較高的動態性能。磁場定向控制技術又分為間接磁場定向和直接磁場定向兩種實現方式,其中間接轉子磁場定向控制技術由于較易實現而被廣為應用。盡管間接磁場定向控制能提供較高的控制品質,但這種技術過分依賴于電機的參數,當參數變化時,控制性能將嚴重下降,速憾的是,在電機運行過程中,轉子時間常數可以在400%的范圍內變化。
因此現代主軸控制器均采用辨識、估算和自整定技術對參數變化在線補償。這項技術另一個難題是隨著電機速度要求越來越高,在恒功率弱磁運行時,當轉子磁場發生變化,而滑差增益無法動態補償時,將引起磁通和轉矩的振蕩。為解決這一問題,人們又提出了直接定子磁場定向技術、繞組切換技術及鐵耗自適應補償技術等解決辦法,以進一步擴展高速范圍。直接磁場定向技術通常采用閉環磁通觀測器來實現,屬于閉環控制,性能較間接磁場定向好,但較為復雜。同時也存在著參數變化對控制品質的影響。近年來,隨著自適應觀測器和Deatt-beat觀測器的應用以及微處理器性能的提高,直接磁場定向控制技術在主軸驅動中有取代間接磁場定向之勢。
本文標簽:感應電機
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