文档介绍：硕士学位论文
摘要
现代机床装备业推动了高速加工技术的快速发展,但作为机床核心部件的高
速电主轴仍存在许多问题有待深入研究。工程实践表明,己不能通过单从电主轴
单元或变频器单元的设计与优化来实现系统整体性能指标的最优化,而需要从机
电全局角度来设计与优化变频调速系统。因此从机电全局设计角度来开展电主轴
设计方法研究对提高系统工作性能,促进高速加工技术发展具有重要的理论意义。
本文课题来源于国家自然基金资助项目,以提高电主轴系统动
态特性为目标,从机电系统全局设计角度来研究高速异步型电主轴设计方法,从
机电祸合动力学研究电主轴的设计性能,并对电主轴系统谐波进行了实验研究。
文章探讨了基于正弦脉宽调制技术的电压型逆变器输出谐波的时频域分布情
况,分析了谐波引起附加损耗和导致脉动转矩的机理,总结得出了抑制谐波是设
计面临的主要问题。传统设计方法存在着局限性没有考虑与逆变器相匹配定
子外径不能直接确定转子深槽出于起动性能考虑。本文提出的设计方法通过增
大定、转子槽漏抗来限制谐波电流,实现与逆变器性能相匹配以电流密度代替
电负荷推导得到的尺寸关系式直接确定了定子外径尺寸及其余槽形尺寸,消除了
经验参数的影响定、转子槽形采用半闭口梯形槽或梨形槽设计可以提高槽面积
利用率和效率,而无需考虑起动性能指标的约束。根据以上改进和系统宽调速范
围内的动态特性要求,本文编制了电机程序设计流程,给出了电主轴设计算例。
随后本文以基于机电祸合动力学的超高速磨床电主轴系统模型动态仿真研究了电
机的设计性能,从而验证设计方法的可行性。
本文从机电全局设计角度提出了一种行之有效的高速异步型电主轴设计方
法,该方法对提高电主轴系统的整体性能具有重要的参考价值。
关键词电主轴机电祸合电机设计谐波匹配动态
荃于变频器性能匹配的高速异步型电主轴设计方法研究
硕士学位论文
基于变频器性能匹配的高速异步型电主轴设计方法研究
插图索引
图电主轴结构
图双极性技术原理图⋯⋯
图电压型变频器单元工作原理
图电压型逆变器输出波形⋯⋯,
图采样规则⋯⋯,⋯⋯
图各次谐波的幅值变化
图基波电压与各次谐波电压的叠加波形图
图调制频率改变时边频带频域分布情况⋯⋯
图调幅比改变时边频带频域分布情况
图载波比改变时边频带频域分布情况
图不同供电下的电机转矩一转速特性图
图传统电机转子槽形
图电主轴定子槽形
图电主轴转子槽形
图新的电主轴设计分析程序框图
图电机定、转子轴坐标系
图砂轮转子受力分析图
图系统运行仿真方案图⋯⋯,
图控制方式
图磨削加载过程
图基于机电祸合动力学的超高速磨床主轴系统仿真模型⋯⋯
图系统正弦供电下转速情况
图系统正弦供电下电流情况
图系统正弦供电下力和转矩情况
图系统正弦供电下位移情况
图系统非正弦供电下转速情况,
图系统非正弦供电下电流情况
图系统非正弦供电下力及力矩情况
图系统非正弦供电下振动情况
图传统电机驱动时砂轮振动情况
图谐波信号测量和分析数据流程图
硕士学位论文
图闭环磁平衡式电压电流传感器原理图
图谐波实验方案图
图超高速精密磨床主轴系统
图安正振动及动态信号采集分析系统
图型磁平衡式电流传感器
图电压信号线性谱
图电压信号线性谱
图电压信号线性谱⋯⋯
图电压信号功率密度谱图
图电压信号功率密度谱图
图电压信号功率密度谱图
图传感器断开时频谱图
图传感器断开时高通滤波后频谱图
基于变频器性能匹配的高速异步型电主轴设计方法研究
物理量名称及符号表
、调幅比—电主轴安装偏心量
电源初相角一逆变器直流电压
—并联支路数—定子绕组每相感应电势
—工件进给量—基波磁势
—电负荷—基波频率
—定子槽每槽铜导线截面积—电机三相合成磁势
一转子槽面积次谐波磁势
—定子槽面积一一广义力
一一热负荷—砂轮法向磨削力
—磨削宽度—径向所受到的广义力
—转子槽口宽尸苦—砂轮切向磨削力
—转子上槽宽一饱和系数
—转子下槽宽一一次谐波磁势幅值
—定子槽口宽一,次时间谐波磁势幅值
—定子上槽宽方向所受到的广义力
—定子下槽宽—重力加速度
召召—气隙磁通密度一转子铁心质量
—定子齿磁通密度—定子铁心质量
—定子扼磁通密度—定子扼高
—转子齿磁通密度—转子扼高
—转子辘磁通密度—转子槽口高
一一一次气隙谐波磁通密度—转子上槽高
一径向坐标阻尼—转子直槽高
—角坐标阻尼系数—定子槽口高
—电机功率因数—定子上槽高
一导线直径—定子直槽高
—定子外径—定子轴电流
—定子内径如—定子轴