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如何为高速主轴应用选择合适的高速电机和驱动器
2019-03-07 访问次数:741

需要一些提示,为最新的高速主轴应用选择最佳的高速电机和驱动器组合?继续阅读,找出为什么这个经常被误解的过程比你想象的要简单得多。

您几乎肯定会注意到,现代机床上越来越多的高速电主轴采用永磁同步电机制造。为什么这样?嗯,很简单,它们不仅有助于减少机器占地面积,还可以提高表面光洁度的准确性和质量。

首先,必须以连续模式研究应用,设计工程师必须定义所需的最大速度,以及应用于低速深切粗加工或大直径加工应用的最大连续扭矩。

然而,如果在这个早期阶段计算功率(扭矩x速度),结果通常会非常大,以至于它将超过所需要的 - 驱动器将超大,当然远比它需要的更昂贵。因此,必须定义主轴所需的最大连续功率,以弱磁模式运行以限制驱动器尺寸

.如何为高速主轴应用选择合适的电机/驱动器 -  Torque_Speed_Curve-Parker Automation Group-EME

通过明确定义的数据,电机选择变得简单,并且应符合以下属性:

  • 电机必须具有强大的合适构造标准,以承受磁铁和转子上的离心力所产生的应力(达到其转速极限)。派克HKW和MGV电机上的转子利用嵌入式磁铁确保它们能够处理离心力。  

  • 所选电机必须能够在低速时提供最大扭矩。

  • 它必须具有能够提供必要功率的绕组配置。

  • 最后,它必须能够在弱磁模式下运行,这是具有永磁体的同步电机的一个非常罕见的属性。实现这一目标将确保您在低速时实现高扭矩,在恒定功率下实现非常高的最大速度。

提示:对于高速应用的驱动器,请务必检查它是否具有弱磁模式,如  Parker HKWMGV电机。 

如何为高速主轴应用选择合适的电机/驱动器-HKW  - 派克自动化集团 -  EME            如何为高速主轴应用选择合适的电机/驱动器-MGV  - 派克自动化集团 -  EME

如何为高速主轴应用选择合适的电机/驱动器-BEMF矢量图 - 派克自动化集团 -  EME

弱磁模式根据功率要求管理电动机的电流和反电动势(BEMF)之间的相位超前。

选择为电机提供足够额定电流(Io)的驱动器尺寸,以产生所需的最大扭矩。要计算此电流,请将所需转矩除以电机的转矩常数(Kt)。这以Nm / Arms表示。

如何为高速主轴应用选择合适的电机/驱动器 - 驱动器尺寸公式 - 派克自动化EME

请注意,随着尺寸的增加,输出频率有一个令人讨厌的减少习惯。因此,您应该仔细检查驱动器提供足够频率的能力。在这里,您应该计算电机要求达到最大速度的最小频率

如何为高速主轴应用选择合适的电机/驱动器 - 最小频率公式 - 派克自动化EME

结果必须小于或等于驱动器的最大输出频率。这不应与对应于开关频率的驱动器的PWM频率相混淆。

下一步仅适用于带磁铁的同步电动机,主要是因为它们有可能达到高压。在高速运行期间,电机的BEMF必须低于变频器电源总线的最大直流电压。对于400 VAC电源,典型的电源总线值为540 VDC。作为一般指导,避免超过800 VDC。以最大速度检查电机BEMF的电压值。此限制由另一个以Vrms / 1000rpm表示的电机常数Ke给出:

如何为高速主轴应用选择合适的电机/驱动器 -  BEMF公式 - 派克自动化EME

结果最好绘制在矢量图中,显示轴模式,低于驱动器最大电压的弱磁模式,以及超出驱动器最大电压的弱磁模式。

 

如何为高速主轴应用选择合适的电机/驱动器 - 矢量图 -  Parker Automation-EME

后者将显示BEMF是否因超高速度而超过驱动限制。在这种情况下,必须添加保护模块。这是因为,在发生事故或电源故障的情况下,电动机可以成为发电机(由负载惯性驱动)。这里,BEMF位于驱动器的端子上,并且在极速时,电机和驱动器将因过电压而损坏。保护模块将使电动机短路或相应地夹住电动机电压。当然,保护模块和驱动器必须能够承受电动机电流的短路以确保完整性。电机,驱动器和保护模块具有最大电压限制(约2000V)。


以下图表将指导您完成整个过程:


t如何为高速主轴应用选择合适的电机和驱动器.jpg