三相异步电动机论文(三相异步电动机论文参考文献)

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求<浅析电动机电机启动常见故障>论文

浅谈电动机电机启动常见故障

摘要：电动机在我区的使用很广泛，它遍及各行各业的各个角落，在生

产、生活过程中发挥着极其重要的作用。但由于大部分电机使用年限较长，电

机烧毁的事故常有发生，而且呈上升趋势，严重影响着生产、生活的安全、可

靠、长周期运行。现针对电机烧毁原因及相应对策做一分析和研究。

关键词：电动机电机启动故障

1电机绕组局部烧毁的原因及对策

1.1由于电机本身密封不良，加之环境跑冒滴漏，使电机内部进

水或进入其它带有腐蚀性液体或气体，电机绕组绝缘受到浸蚀，最严

重部位或绝缘最薄弱点发生一点对地、相间短路或匝间短路现象，从

而导致电机绕组局部烧坏。

相应对策：①尽量消除工艺和机械设备的跑冒滴漏现象；②检修

时注意搞好电机的每个部位的密封，例如在各法兰涂少量704密封

胶，在螺栓上涂抹油脂，必要时在接线盒等处加装防滴溅盒，如电机

暴漏在易侵入液体和污物的地方应做保护罩；③对在此环境中运行

的电机要缩短小修和中修周期，严重时要及时进行中修。

1.2由于轴承损坏，轴弯曲等原因致使定、转子磨擦（俗称扫膛）

引起铁心温度急剧上升，烧毁槽绝缘、匝间绝缘，从面造成绕组匝间

短路或对地“放炮”。严重时会使定子铁心倒槽、错位、转轴磨损、端盖

报废等。轴承损坏一般由下列原因造成：①轴承装配不当，如冷装时

不均匀敲击轴承内圈使轴受到磨损，导致轴承内圈与轴承配合失去

过盈量或过盈量变小，出现跑内圈现象，装电机端盖时不均匀敲击导

致端盖轴承室与轴承外圈配合过松出现跑外圈现象。无论跑内圈还

是跑外圈均会引起轴承运行温升急剧上升以致烧毁，特别是跑内圈

故障会造成转轴严重磨损和弯曲。但间断性跑外圈一般情况下不会

造成轴承温度急剧上升，只要轴承完好，允许间断性跑外圈现象存

在。②轴承腔内未清洗干净或所加油脂不干净。例如轴承保持架内的

微小刚性物质未彻底清理干净，运行时轴承滚道受损引起温升过高

烧毁轴承。③轴承重新更换加工，电机端盖嵌套后过盈量大或椭圆度

超标引起轴承滚珠游隙过小或不均匀导致轴承运行时磨擦力增加，

温度急剧上升直至烧毁。④由于定、转子铁心轴向错位或重新对转轴

机加工后精度不够，致使轴承内、外圈不在一个切面上而引起轴承运

行“吃别劲”后温升高直至烧毁。⑤由于电机本体运行温升过高，且轴

承补充加油脂不及时造成轴承缺油甚至烧毁。⑥由于不同型号油脂

混用造成轴承损坏。⑦轴承本身存在制造质量问题，例如滚道锈斑、

转动不灵活、游隙超标、保持架变形等。⑧备机长期不运行，油脂变

质，轴承生锈而又未进行中修。

相应对策：①卸装轴承时，一般要对轴承加热至80℃~100℃，

如采用轴承加热器，变压器油煮等，只有这样，才能保证轴承的装配

质量。②安装轴承前必须对其进行认真仔细的清洗，轴承腔内不能留

有任何杂质，填加油脂时必须保证洁净。③尽量避免不必要的转轴机

加工及电机端盖嵌套工作。④组装电机时一定要保证定、转子铁心对

中，不得错位。⑤电机外壳洁净见本色，通风必须有保证，冷却装置不

能有积垢，风叶要保持完好。⑥禁止多种润滑油脂混用。⑦安装轴承

前先要对轴承进行全面仔细的完好性检查。⑧对于长期不用的电机，

使用前必须进行必要的解体检查，更新轴承油脂。

1.3由于绕组端部较长或局部受到损伤与端盖或其它附件相磨

擦，导致绕组局部烧坏。

相应对策：电机在更新绕组时，必须按原数据嵌线。检修电机时

任何刚性物体不准碰及绕组，电机转子抽芯时必须将转子抬起，杜绝定、转子铁芯相互磨擦。动用明火时必须将绕组与明火隔离并保证

有一定距离。电机回装前要对绕组的完好性进行认真仔细的检查

确诊。

1.4由于长时间过载或过热运行，绕组绝缘老化加速，绝缘最

薄弱点碳化引起匝间短路、相间短路或对地短路等现象使绕组局

部烧毁。

相应对策：①尽量避免电动机过载运行。②保证电动机洁净并通

风散热良好。③避免电动机频繁启动，必要时需对电机转子做动平衡

试验。

1.5电机绕组绝缘受机械振动（如启动时大电流冲击，所拖动设

备振动，电机转子不平衡等）作用，使绕组出现匝间松驰、绝缘裂纹等

不良现象，破坏效应不断积累，热胀冷缩使绕组受到磨擦，从而加速

了绝缘老化，最终导致最先碳化的绝缘破坏直至烧毁绕组。

相应对策：①尽可能避免频繁启动，特别是高压电机。②保证被

拖动设备和电机的振动值在规定范围内。

2三相异步电动机一相或两相绕组烧毁（或过热）的原因及对策

如果出现电动机一相或两相绕组烧坏（或过热），一般都是因为

缺相运行所致。当电机不论何种原因缺相后，电动机虽然尚能继续运

行，但转速下降，滑差变大，其中B、C两相变为串联关系后与A相并

联，在负荷不变的情况下，A相电流过大，长时间运行，该相绕组必然

过热而烧毁。

为三相异步电动机绕组为Y接法的情况：电源缺相后，电动机

尚可继续运行，但同样转速明显下降，转差变大，磁场切割导体的速

率加大，这时B相绕组被开路，A、C两相绕组变为串联关系且通过

电流过大，长时间运行，将导致两相绕组同时烧坏。

特殊情况下，如果停止的电动机缺一相电源合闸时，一般只会发

生嗡嗡声而不能启动，这是因为电动机通入对称的三相交流电会在

定子铁心中产生圆形旋转磁场，但当缺一相电源后，定子铁心中产生

的是单相脉动磁场，它不能使电动机产生启动转矩。因此，电源缺相

时电动机不能启动。但在运行中，电动机气隙中产生的是三相谐波成

分较高的椭圆形旋转磁场，所以，正在运行中的电动机缺相后仍能运

转，只是磁场发生畸变，有害电流成分急剧增大，最终导致绕组烧坏。

相应对策：无论电动机是在静态还是动态，缺相运行带来的直接

危害就是电机一相或两相绕组过热甚至烧坏。与此同时，由于动力电

缆的过流运行加速了绝缘老化。特别是在静态时，缺相会在电机绕组

中产生几倍于额定电流的堵转电流。其绕组烧坏的速度比运行中突

然缺相更快更严重。所以在我们对电机进行日常维护和检修的同时，

必须对电机相应的MCC功能单元进行全面的检修和试验。尤其是

要认真检查负荷开关、动力线路、静动触点的可靠性。杜绝缺相运行。

总之，无论是从事电气的工作人员或是管理人员，都要从实际出发，

切实落实好设备的维护与维修，以保证生产的正常运行，促进我区的

经济建设顺利发展。

乞“电气工程及其自动化”论文一篇，关于供电系统的即可（专科类），谢谢

题目：低压网功率因数对供电企业的影响

系部：

专业：电气工程及其自动化

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班级：

学号：

指导教师：

摘要

随着我国电力的不断发展，对于供用电的要求也越来越严格，它是我们日常生活中不可缺少的部分，是整个国民经济的重要组成部分，它直接影响着工农业生产的发展和人民生活的提高，是当今社会经济发展和人民群众日常生活不可缺少的主要能源。对广大供电企业来说，用户功率因数的高低，直接关系到电力网中的功率损耗和电能损耗，关系到供电线路的电压损失和电压波动，而且关系到节约用电和整个供电区域的供电质量，这是众所周知的道理。因此，提高电力系统的功率因数，已成为电力工业中一个重要课题，而提高电力系统的功率因数，首先就要提高各用户的功率因数。文中简要集中探讨了影响电网功率因数的主要因素以及低压无功补偿的几种使用方法，以及确定无功补偿容量从而提高电力系统功率因数的一般方法。

[关键词] 功率因数 影响因素 补偿方法 容量确定

目录

一、绪论 4

二、主要内容： 6

1、影响功率因数的主要因素 6

1.1、电感性设备和电力变压器是耗用无功功率的主要设备 6

1.2、供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大影响 7

1.3、电网频率的波动也会对异步电动机和变压器的磁化无功功率造成一定的影响 7

2、低压网的无功补偿 8

2.1、低压网无功补偿的一般方法 8

2.1.1、 随机补偿 8

2.1.2、 随器补偿 8

2.1.3、跟踪补偿 9

2.2、 采用适当措施，设法提高系统自然功率因数 9

2.2.1、合理选用电动机 10

2.2.2、 提高异步电动机的检修质量 10

2.2.3、 采用同步电动机或异步电动机同步运行补偿 10

2.2.4、 正确选择变压器容量提高运行效益 11

3、 功率因数的人工补偿 12

3.1、 变电站最常用的安装并联电容器组 12

3.2 并联补偿移相电容器，应满足以下电压和容量的要求 12

3.3 分相补偿 13

三、结束语 14

四、参考文献 15

一、绪论

许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率，无功功率是恒量能量转换规模的物理量；因此在供用电系统中除了需要有功电源外，还需要无功电源，两者缺一不可。

在功率三角形中，有功功率P与视在功率S的比值，称为功率因数COSφ，其计算公式为：COSφ=P/S

在电力网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度，我们希望的是功率因数越大越好。这样电路中的无功功率可以降到最小，视在功率将大部分用来供给有功功率，从而提高电能输送的功率。

用户功率因数的高低，对于电力系统发、供、用电设备的充分利用，有着显著的影响。无功功率补偿，又叫就地补偿，适当提高用户的功率因数，不但可以充分的发挥发、供电设备的生产能力、减少线路损失、改善电压质量，而且可以提高用户用电设备的工作效率和为用户本身节约电能。因此，对于全国广大供电企业，不但可以减轻上一级电网补偿的压力，改善提高用户功率因数，而且能够有效地降低电能损失，减少用户电费。其社会效益及经济效益都会是非常显著的。

二、主要内容：

1、影响功率因数的主要因素

1.1、电感性设备和电力变压器是耗用无功功率的主要设备

大量的电感性设备，如异步电动机、感应电炉、交流电焊机等设备是无功功率的主要消耗者。据有关的统计，在工矿企业所消耗的全部无功功率中，异步电动机的无功消耗占了60％～70％；而在异步电动机空载时所消耗的无功又占到电动机总无功消耗的60％～70％。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。电力变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10％～15％，它的空载无功功率约为满载时的1/3。因而，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态。

1.2、供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大影响

当供电电压高于额定值的10%时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110％时，一般无功将增加35％左右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。由Q=UI*Sin?推出Sin?=Q∕UI,所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。

1.3、电网频率的波动也会对异步电动机和变压器的磁化无功功率造成一定的影响

综上所述，我们知道了影响电力系统功率因数的一些主要因素，因此我们要寻求一些行之有效的、能够使低压电力网功率因数提高的一些实用方法，使低压网能够实现无功的就地平衡，达到降损节能的效果。

2、低压网的无功补偿

2.1、低压网无功补偿的一般方法

低压无功补偿我们通常采用的方法主要有三种：随机补偿、随器补偿和跟踪补偿。下面简单介绍这三种补偿方式的适用范围及使用该种补偿方式的优缺点。

2.1.1、 随机补偿

随机补偿就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地与用电设备并接，它与用电设备共用一套断路器。通过控制、保护装置与电机同时投切。随机补偿适用于补偿个别大容量且连续运行(如大中型异步电动机)的无功消耗，以补励磁无功为主。此种方式可较好地限制农网无功峰荷。

随机补偿的优点是：用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出，不会造成无功倒送，而且不需频繁调整补偿容量。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低等优点。

2.1.2、 随器补偿

随器补偿是指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器二次侧，以无功补偿配电变压器空载无功的补偿方式。配变在轻载或空载时的无功负荷主要是变压器的空载励磁无功，配变空载无功是农网无功负荷的主要部分，对于轻负载的配变而言，这部分损耗占供电量的比例很大，从而导致电费单价的增加，不利于电费的同网同价。

随器补偿的优点：接线简单、维护管理方便、能有效地补偿配变空载无功，限制农网无功基荷，使该部分无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低无功网损，具有较高的经济性，是目前无功补偿中常用的手段之一。

2.1.3、跟踪补偿

跟踪补偿是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器组补偿在大用户0.4KV母线上的补偿方式。适用于100KVA以上的专用配电用户，可以替代随机、随器两种补偿方式，补偿效果好。

跟踪补偿的优点是运行方式灵活，运行维护工作量小，比前两种补偿方式寿命相对延长、运行更可靠。但缺点是控制保护装置复杂、首期投资相对较大。但当这三种补偿方式的经济性接近时，应优先选用跟踪补偿方式。

2.2、 采用适当措施，设法提高系统自然功率因数

提高自然功率因数是不需要任何补偿设备投资，仅采取各种管理上或技术上的手段来减少各种用电设备所消耗的无功功率，这是一种最经济的提高功率因数的方法。下面将对提高自然功率因数的措施做一些简要的介绍。

2.2.1、合理选用电动机

合理选择电动机，使其尽可能在高负荷率状态下运行。在选择电动机时，既要注意它们的机械特性，又要考虑它们的电气指标。举例说，三相异步电动机（100KW）在空载时功率因数仅为0.11，1/2负载时约为0.72，而满负载时可达0.86。所以核算负荷小于40%的感应电动机，应换以较小容量的电动机，并合理安排和调整工艺流程，改善运行方式，限制空载运转。故从节约电能和提高功率因数的观点出发，必须正确合理的选择电动机的容量。

2.2.2、 提高异步电动机的检修质量

实验表明，异步电动机定子绕组匝数变动和电动机定、转子间的气隙变动是对异步电动机无功功率的大小有很大影响。因此检修时要特别注意不使电动机的气隙增大，以免使功率因数降低。

2.2.3、 采用同步电动机或异步电动机同步运行补偿

由电机原理可知，同步电动机消耗的有功功率取决于电动机上所带机械负荷的大小，而无功取决于转子中的励磁电流大小，在欠激状态时，定子绕组向电网“吸取”无功，在过激状态时，定子绕组向电网“送出”无功。因此，只要调节电机的励磁电流，使其处于过激状态，就可以使同步电机向电网“送出”无功功率，减少电网输送给工矿企业的无功功率，从而提高了工矿企业的功率因数。异步电动机同步运行就是将异步电动机三相转子绕组适当连接并通入直流励磁电流，使其呈同步电动机运行状态，这就是“异步电动机同步化”。因而只要调节电机的直流励磁电流，使其呈过激状态，即可以向电网输出无功，从而达到提高低压网功率因数的目的。

2.2.4、 正确选择变压器容量提高运行效益

对于负载率比较低的变压器，一般采取“撤、换、并、停”等方法，使其负载率提高到最佳值，从而改善电网的自然功率因数。如：对平均负荷小于30%的变压器宜从电网上断开，通过联络线提高负荷率。

通过以上一些提高加权平均功率因数和自然功率因数的叙述，或许我们已经对“功率因数”这个简单的电力术语有了更深的了解和认识。知道了功率因数的提高对电力企业的深远影响，下面我们将简单介绍对用电设备进行人工补偿的方式和对补偿容量的确定方法。

3、 功率因数的人工补偿

功率因数是工厂电气设备使用状况和利用程度的具有代表性的重要指标，也是保证电网安全、经济运行的一项主要指标。供电企业仅仅依靠提高自然功率因数的办法已经不能满足工厂对功率因数的要求，工厂自身还需要装设补偿装置，对功率因数进行人工补偿。

3.1、 变电站最常用的安装并联电容器组

从上图可以看出，在原来的电路中根据基尔霍夫定律，流入的电流等于流出的电流，但是并联接入电容器，在相量图中得知?角明显小于原来的角，因此，能提高功率因数，提高线路电能传输能力，减少线路上的损耗。

3.2 并联补偿移相电容器，应满足以下电压和容量的要求

Ue?c≥Ug?c

nQg?c≥Qc

式中

Ue?c——电容器的额定电压（KV）

Ug?c——电容器的工作电压（KV）

n——并联的电容器总数

Qg?c——电容器的工作容量（Kvar）

Qc——电容器的补偿容量（Kvar）

3.3 分相补偿

在民用建筑中大量使用的是单相负荷，照明、空调等由于负荷变化的随机性大，容易造成三相负载的严重不平衡，尤其是住宅楼在运行中三相不平衡更为严重。由于调节补偿无功功率的采样信号取自三相中的任意一相，造成未检测的两相要么过补偿，要么欠补偿。如果过补偿，则过补偿相的电压升高，造成控制、保护元件等用电设备因过电压而损坏；如果欠补偿，则补偿相的回路电流增大，线路及断路器等设备由于电流的增加而导致发热被烧坏。这种情况下用传统的三相无功补偿方式，不但不节能，反而浪费资源，难以对系统的无功补偿进行有效补偿，补偿过程中所产生的过、欠补偿等弊端更是对整个电网的正常运行带来了严重的危害。

对于三相不平衡及单相配电系统采用分相电容自动补偿是解决上述问题的一种较好的办法，其原理是通过调节无功功率参数的信号取自三相中的每一相，根据每相感性负载的大小和功率因数的高低进行相应的补偿，对其它相不产生相互影响，故不会产生欠补偿和过补偿的情况。

三、结束语

本文浅谈了功率因数对广大供电企业的影响以及提高功率

因数所带来的经济效益和社会效益，尤其是最重要的线损（最为

重要的是降损，分为技术降损和管理降损），介绍了影响功率因

数的主要因素以及提高功率因数的一般方法，还阐述了如何确定

无功功率的补偿容量及无功功率的三种人工补偿的具体方式。我

们只有端正自己的认知态度，很好的去归纳，总结这些知识的重

要部分，做好自己的本质工作，并且能在此基础上再更上一个台

阶，用自己的实际行动，为供电事业贡献出自己的微薄之力。

四、参考文献

1、运新，《电监察》水利电力出版社

2、靳龙章 丁毓山，《网无功补偿实用技术》国水利水电出版社

毕业论文

机械设计课程设计计算说明书

一、传动方案拟定…………….……………………………….2

二、电动机的选择……………………………………….…….2

三、计算总传动比及分配各级的传动比……………….…….4

四、运动参数及动力参数计算………………………….…….5

五、传动零件的设计计算………………………………….….6

六、轴的设计计算………………………………………….....12

七、滚动轴承的选择及校核计算………………………….…19

八、键联接的选择及计算………..……………………………22

设计题目：V带——单级圆柱减速器 第四组

德州科技职业学院青岛校区 设计者：####

指导教师：%%%%

二○○七年十二月

计算过程及计算说明

一、传动方案拟定

第三组：设计单级圆柱齿轮减速器和一级带传动

（1） 工作条件：连续单向运转，载荷平稳，空载启动，使用年限10年，小批量生产，工作为二班工作制，运输带速允许误差正负5％。

（2） 原始数据：工作拉力F=1250N；带速V=1.70m/s；

滚筒直径D=280mm。

二、电动机选择

1、电动机类型的选择： Y系列三相异步电动机

2、电动机功率选择：

（1）传动装置的总功率：

η总=η带×η2轴承×η齿轮×η联轴器×η滚筒

=0.95×0.982×0.97×0.99×0.98×0.96

=0.82

(2)电机所需的工作功率：

P工作=FV/1000η总

=1250×1.70/1000×0.82

=2.6KW

3、确定电动机转速：

计算滚筒工作转速：

n筒=60×960V/πD

=60×960×1.70/π×280

=111r/min

按书P7表2－3推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围I’a=3~6。取V带传动比I’1=2~4，则总传动比理时范围为I’a=6~24。故电动机转速的可选范围为n筒=（6~24）×111=666~2664r/min

符合这一范围的同步转速有750、1000、和1500r/min。

根据容量和转速，由有关手册查出有三种适用的电动机型号：因此有三种传支比方案：综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，可见第2方案比较适合，则选n=1000r/min

。

4、确定电动机型号

根据以上选用的电动机类型，所需的额定功率及同步转速，选定电动机型号为Y132S-6。

其主要性能：额定功率：3KW，满载转速960r/min，额定转矩2.0。质量63kg。

三、计算总传动比及分配各级的伟动比

1、总传动比：i总=n电动/n筒=960/111=8.6

2、分配各级伟动比

（1） 据指导书，取齿轮i齿轮=6（单级减速器i=3~6合理）

（2） ∵i总=i齿轮×I带

∴i带=i总/i齿轮=8.6/6=1.4

四、运动参数及动力参数计算

1、计算各轴转速（r/min）

nI=n电机=960r/min

nII=nI/i带=960/1.4=686(r/min)

nIII=nII/i齿轮=686/6=114(r/min)

2、 计算各轴的功率（KW）

PI=P工作=2.6KW

PII=PI×η带=2.6×0.96=2.496KW

PIII=PII×η轴承×η齿轮=2.496×0.98×0.96

=2.77KW

3、 计算各轴扭矩（N?mm）

TI=9.55×106PI/nI=9.55×106×2.6/960

=25729N?mm

TII=9.55×106PII/nII

=9.55×106×2.496/686

=34747.5N?mm

TIII=9.55×106PIII/nIII=9.55×106×2.77/114

=232048N?mm

五、传动零件的设计计算

1、 皮带轮传动的设计计算

（1） 选择普通V带截型

由课本表得：kA=1.2

Pd=KAP=1.2×3=3.9KW

由课本得：选用A型V带

（2） 确定带轮基准直径，并验算带速

由课本得，推荐的小带轮基准直径为

75~100mm

则取dd1=100mm

dd2=n1/n2?dd1=（960/686）×100=139mm

由课本P74表5-4，取dd2=140mm

实际从动轮转速n2’=n1dd1/dd2=960×100/140

=685.7r/min

转速误差为：n2-n2’/n2=686－685.7/686

=0.0004<0.05(允许)

带速V：V=πdd1n1/60×1000

=π×100×960/60×1000

=5.03m/s

在5~25m/s范围内，带速合适。

（3） 确定带长和中心矩

根据课本得

0. 7(dd1+dd2)≤a0≤2(dd1+dd2)

0. 7(100+140)≤a0≤2×(100+140)

所以有：168mm≤a0≤480mm

由课本P84式（5-15）得：

L0=2a0+1.57(dd1+dd2)+(dd2-dd1)2/4a0

=2×400+1.57(100+140)+(140-100)2/4×400

=1024mm

根据课本表7-3取Ld=1120mm

根据课本P84式（5-16）得：

a≈a0+Ld-L0/2=400+（1120-1024/2）

=400+48

=448mm

(4)验算小带轮包角

α1=1800-dd2-dd1/a×600

=1800-140-100/448×600

=1800-5.350

=174.650>1200（适用）

（5）确定带的根数

根据课本(7-5) P0=0.74KW

根据课本(7-6) △P0=0.11KW

根据课本（7-7）Kα=0.99

根据课本（7-23）KL=0.91

由课本式（7-23）得

Z= Pd/(P0+△P0)KαKL

=3.9/(0.74+0.11) ×0.99×0.91

=5

(6)计算轴上压力

由课本查得q=0.1kg/m，由式（5-18）单根V带的初拉力：

F0=500Pd/ZV（2.5/Kα-1）+qV2

=[500×3.9/5×5.03×(2.5/0.99-1)+0.1×5.032]N

=160N

则作用在轴承的压力FQ，

FQ=2ZF0sinα1/2=2×5×158.01sin167.6/2

=1250N

2、齿轮传动的设计计算

（1）选择齿轮材料及精度等级

考虑减速器传递功率不大，所以齿轮采用软齿面。小齿轮选用40Cr调质，齿面硬度为240~260HBS。大齿轮选用45钢，调质，齿面硬度220HBS；根据课本选7级精度。齿面精糙度Ra≤1.6~3.2μm

(2)按齿面接触疲劳强度设计

由d1≥76.43(kT1(u+1)/φdu[σH]2)1/3

确定有关参数如下：传动比i齿=6

取小齿轮齿数Z1=20。则大齿轮齿数：

Z2=iZ1=6×20=120

实际传动比I0=120/2=60

传动比误差：i-i0/I=6-6/6=0%<2.5% 可用

齿数比：u=i0=6

由课本取φd=0.9

(3)转矩T1

T1=9550×P/n1=9550×2.6/960

=25.N?m

(4)载荷系数k

由课本取k=1

(5)许用接触应力[σH]

[σH]= σHlimZNT/SH由课本查得：

σHlim1=625Mpa σHlim2=470Mpa

由课本查得接触疲劳的寿命系数：

ZNT1=0.92 ZNT2=0.98

通用齿轮和一般工业齿轮，按一般可靠度要求选取安全系数SH=1.0

[σH]1=σHlim1ZNT1/SH=625×0.92/1.0Mpa

=575

[σH]2=σHlim2ZNT2/SH=470×0.98/1.0Mpa

=460

故得：

d1≥766(kT1(u+1)/φdu[σH]2)1/3

=766[1×25.9×(6+1)/0.9×6×4602]1/3mm

=38.3mm

模数：m=d1/Z1=38.3/20=1.915mm

根据课本表9-1取标准模数：m=2mm

(6)校核齿根弯曲疲劳强度

根据课本式

σF=(2kT1/bm2Z1)YFaYSa≤[σH]

确定有关参数和系数

分度圆直径：d1=mZ1=2×20mm=40mm

d2=mZ2=2×120mm=240mm

齿宽：b=φdd1=0.9×38.3mm=34.47mm

取b=35mm b1=40mm

(7)齿形系数YFa和应力修正系数YSa

根据齿数Z1=20,Z2=120由表相得

YFa1=2.80 YSa1=1.55

YFa2=2.14 YSa2=1.83

(8)许用弯曲应力[σF]

根据课本P136（6-53）式：

[σF]= σFlim YSTYNT/SF

由课本查得：

σFlim1=288Mpa σFlim2 =191Mpa

由图6-36查得：YNT1=0.88 YNT2=0.9

试验齿轮的应力修正系数YST=2

按一般可靠度选取安全系数SF=1.25

计算两轮的许用弯曲应力

[σF]1=σFlim1 YSTYNT1/SF=288×2×0.88/1.25Mpa

=410Mpa

[σF]2=σFlim2 YSTYNT2/SF =191×2×0.9/1.25Mpa

=204Mpa

将求得的各参数代入式（6-49）

σF1=(2kT1/bm2Z1)YFa1YSa1

=(2×1×2586.583/35×22×20) ×2.80×1.55Mpa

=8Mpa< [σF]1

σF2=(2kT1/bm2Z2)YFa1YSa1

=(2×1×2586.583/35×22×120) ×2.14×1.83Mpa

=1.2Mpa< [σF]2

故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够

(9)计算齿轮传动的中心矩a

a=m/2(Z1+Z2)=2/2(20+120)=140mm

(10)计算齿轮的圆周速度V

V=πd1n1/60×1000=3.14×40×960/60×1000

=2.0096m/s

六、轴的设计计算

输入轴的设计计算

1、按扭矩初算轴径

选用45#调质，硬度217~255HBS

根据课本并查表，取c=115

d≥115 (2.304/458.2)1/3mm=19.7mm

考虑有键槽，将直径增大5%，则

d=19.7×(1+5%)mm=20.69

∴选d=22mm

2、轴的结构设计

（1）轴上零件的定位，固定和装配

单级减速器中可将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左面由轴肩定位，右面用套筒轴向固定，联接以平键作过渡配合固定，两轴承分别以轴肩和大筒定位，则采用过渡配合固定

（2）确定轴各段直径和长度

工段：d1=22mm 长度取L1=50mm

∵h=2c c=1.5mm

II段:d2=d1+2h=22+2×2×1.5=28mm

∴d2=28mm

初选用7206c型角接触球轴承，其内径为30mm,

宽度为16mm.

考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面和箱体内壁应有一定距离。取套筒长为20mm，通过密封盖轴段长应根据密封盖的宽度，并考虑联轴器和箱体外壁应有一定矩离而定，为此，取该段长为55mm，安装齿轮段长度应比轮毂宽度小2mm,故II段长：

L2=（2+20+16+55）=93mm

III段直径d3=35mm

L3=L1-L=50-2=48mm

Ⅳ段直径d4=45mm

由手册得：c=1.5 h=2c=2×1.5=3mm

d4=d3+2h=35+2×3=41mm

长度与右面的套筒相同，即L4=20mm

但此段左面的滚动轴承的定位轴肩考虑，应便于轴承的拆卸，应按标准查取由手册得安装尺寸h=3.该段直径应取：（30+3×2）=36mm

因此将Ⅳ段设计成阶梯形，左段直径为36mm

Ⅴ段直径d5=30mm. 长度L5=19mm

由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=100mm

(3)按弯矩复合强度计算

①求分度圆直径：已知d1=40mm

②求转矩：已知T2=34747.5N?mm

③求圆周力：Ft

根据课本式得

Ft=2T2/d2=69495/40=1737.375N

④求径向力Fr

根据课本式得

Fr=Ft?tanα=1737.375×tan200=632N

⑤因为该轴两轴承对称，所以：LA=LB=50mm

(1)绘制轴受力简图（如图a）

（2）绘制垂直面弯矩图（如图b）

轴承支反力：

FAY=FBY=Fr/2=316N

FAZ=FBZ=Ft/2=868N

由两边对称，知截面C的弯矩也对称。截面C在垂直面弯矩为

MC1=FAyL/2=235.3×50=11.765N?m

(3)绘制水平面弯矩图（如图c） 截面C在水平面上弯矩为：

MC2=FAZL/2=631.61455×50=31.58N?m

(4)绘制合弯矩图（如图d）

MC=(MC12+MC22)1/2=(11.7652+31.582)1/2=43.345N?m

(5)绘制扭矩图（如图e）

转矩：T=9.55×（P2/n2）×106=35N?m

(6)绘制当量弯矩图（如图f）

转矩产生的扭剪文治武功力按脉动循环变化，取α=1，截面C处的当量弯矩：

Mec=[MC2+(αT)2]1/2

=[43.3452+(1×35)2]1/2=55.5N?m

(7)校核危险截面C的强度

由式（6-3）

σe=Mec/0.1d33=55.5/0.1×353

=12.9MPa< [σ-1]b=60MPa

∴该轴强度足够。

输出轴的设计计算

1、按扭矩初算轴径

选用45#调质钢，硬度（217~255HBS）

根据课本取c=115

d≥c(P3/n3)1/3=115(2.77/114)1/3=34.5mm

取d=35mm

2、轴的结构设计

（1）轴的零件定位，固定和装配

单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左面用轴肩定位，

右面用套筒轴向定位，周向定位采用键和过渡配合，两轴承分别以轴承肩和套筒定位，周向定位则用过渡

配合或过盈配合，轴呈阶状，左轴承从左面装入，齿轮套筒，右轴承和皮带轮依次从右面装入。

（2）确定轴的各段直径和长度

初选7207c型角接球轴承，其内径为35mm，宽度为17mm。考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端

面与箱体内壁应有一定矩离，则取套筒长为20mm，则该段长41mm，安装齿轮段长度为轮毂宽度为2mm。

(3)按弯扭复合强度计算

①求分度圆直径：已知d2=300mm

②求转矩：已知T3=271N?m

③求圆周力Ft：根据课本式得

Ft=2T3/d2=2×271×103/300=1806.7N

④求径向力式得

Fr=Ft?tanα=1806.7×0.36379=657.2N

⑤∵两轴承对称

∴LA=LB=49mm

(1)求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZ

FAX=FBY=Fr/2=657.2/2=328.6N

FAZ=FBZ=Ft/2=1806.7/2=903.35N

(2)由两边对称，书籍截C的弯矩也对称

截面C在垂直面弯矩为

MC1=FAYL/2=328.6×49=16.1N?m

(3)截面C在水平面弯矩为

MC2=FAZL/2=903.35×49=44.26N?m

(4)计算合成弯矩

MC=（MC12+MC22）1/2

=（16.12+44.262）1/2

=47.1N?m

(5)计算当量弯矩：根据课本得α=1

Mec=[MC2+(αT)2]1/2=[47.12+(1×271)2]1/2

=275.06N?m

(6)校核危险截面C的强度

由式（10-3）

σe=Mec/（0.1d）=275.06/(0.1×453)

=1.36Mpa<[σ-1]b=60Mpa

∴此轴强度足够

七、滚动轴承的选择及校核计算

根据根据条件，轴承预计寿命

16×365×10=58400小时

1、计算输入轴承

（1）已知nⅡ=686r/min

两轴承径向反力：FR1=FR2=500.2N

初先两轴承为角接触球轴承7206AC型

根据课本得轴承内部轴向力

FS=0.63FR 则FS1=FS2=0.63FR1=315.1N

(2) ∵FS1+Fa=FS2 Fa=0

故任意取一端为压紧端，现取1端为压紧端

FA1=FS1=315.1N FA2=FS2=315.1N

(3)求系数x、y

FA1/FR1=315.1N/500.2N=0.63

FA2/FR2=315.1N/500.2N=0.63

根据课本得e=0.68

FA1/FR1<e x1=1 FA2/FR2<e x2=1

y1=0 y2=0

(4)计算当量载荷P1、P2

根据课本取f P=1.5

根据课本式得

P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5×(1×500.2+0)=750.3N

P2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5×(1×500.2+0)=750.3N

(5)轴承寿命计算

∵P1=P2 故取P=750.3N

∵角接触球轴承ε=3

根据手册得7206AC型的Cr=23000N

由课本式得

LH=16670/n(ftCr/P)ε

=16670/458.2×(1×23000/750.3)3

=1047500h>58400h

∴预期寿命足够

2、计算输出轴承

(1)已知nⅢ=114r/min

Fa=0 FR=FAZ=903.35N

试选7207AC型角接触球轴承

根据课本得FS=0.063FR,则

FS1=FS2=0.63FR=0.63×903.35=569.1N

(2)计算轴向载荷FA1、FA2

∵FS1+Fa=FS2 Fa=0

∴任意用一端为压紧端，1为压紧端，2为放松端

两轴承轴向载荷：FA1=FA2=FS1=569.1N

(3)求系数x、y

FA1/FR1=569.1/903.35=0.63

FA2/FR2=569.1/930.35=0.63

根据课本得：e=0.68

∵FA1/FR1<e ∴x1=1

y1=0

∵FA2/FR2<e ∴x2=1

y2=0

(4)计算当量动载荷P1、P2

取fP=1.5

P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5×(1×903.35)=1355N

P2=fP(x2FR2+y2FA2)=1.5×(1×903.35)=1355N

(5)计算轴承寿命LH

∵P1=P2 故P=1355 ε=3

根据手册7207AC型轴承Cr=30500N

根据课本得：ft=1

根据课本式得

Lh=16670/n(ftCr/P) ε

=16670/76.4×(1×30500/1355)3

=2488378.6h>58400h

∴此轴承合格

八、键联接的选择及校核计算

轴径d1=22mm,L1=50mm

查手册得，选用C型平键，得：

键A 8×7 GB1096-79 l=L1-b=50-8=42mm

T2=48N?m h=7mm

根据课本P243（10-5）式得

σp=4T2/dhl=4×48000/22×7×42

=29.68Mpa<[σR](110Mpa)

2、输入轴与齿轮联接采用平键联接

轴径d3=35mm L3=48mm T=271N?m

查手册P51 选A型平键

键10×8 GB1096-79

l=L3-b=48-10=38mm h=8mm

σp=4T/dhl=4×271000/35×8×38

=101.87Mpa<[σp](110Mpa)

3、输出轴与齿轮2联接用平键联接

轴径d2=51mm L2=50mm T=61.5Nm

查手册选用A型平键

键16×10 GB1096-79

l=L2-b=50-16=34mm h=10mm

据课本得

σp=4T/dhl=4×6100/51×10×34=60.3Mpa<[σp]

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我们用的交流电 是3相 为什么不是2相 或4相呢？

我最开始想着是3相是建立旋转磁场的最少相数，后来又想到2相也可以建立的，所以只好查资料了，结果是这样的（尊重作者将他们的名字也写出了）：

readfree 在线 发表于：2009-06-19 11:08 [只看该作者] 第12楼

三相交流电是与输电技术的发展紧密相连的。

1873年维也纳国际博览会法国弗泰内，使用2km的导线，把一台用瓦斯发动机拖动的格兰姆直流发电机，和一台转动水泵的电动机连接起来。

1874年，俄国皮罗茨基建立了输送功率为4.5kW的直流输电线路，输送距离一开始是50m，后来增加到1km。然后就开始向高压输电发展了。

一开始是直流输电，但想要传输更远的距离，就必须再提高电压。在当时的条件下，直流输电没条件了：发电机电压受限制、直流没有变压器等等。后来还发生过一场交流、直流输电之争。

可见，从交流输电一开始，并不是三相的，呵呵。1832年，人们就发明了单相交流发电机。1876年、1884年、1885年，单相变压器得到了发展。问题在于应用交流电驱动工作机械。

交流感应电动机的出现，与“旋转磁场”这个研究紧密相连。1825年，1879年，1883年都是旋转磁场发展的节点，1885年，弗拉利斯制成了第一台两相感应电动机；1888年他又提出了“利用交流电来产生电动旋转”这一经典论文。

1888年俄国多布罗斯基发明了三相交流制和效率很高的三相异步电动机，交流输电的优越性体现出来了。1891年8月25日，第一条三相交流高压输电线投运，总长175km。发电机是230kVA，95V，变压器是200kVA、95/15200，线路末端是两座13800/112V降压变电所。

说到优点：与单相、两相系统比，三相输电系统效率比较高、用铜节省；三相电机的性能、效率和材料利用比单相、两相的好。

说为什么是三相的？上面已经讲了发展历史。为什么不是四相的？因为三相的出现后，就把市场霸占了……各种理论全围绕它进行。没人搞四相的，呵呵。相数越多，就越复杂，从上面能看出来，最主要的是应用。

wang 在线 发表于：2009-06-22 11:50 [只看该作者] 第18楼

readfree版的回答很精彩，学习了。下面就三相交流电为什么是三相再补充几点：

1.问题的出处：据说（未考证）这个问题是清华大学电机系一教授在研究生考试时出的考题“为什么电力系统是三相？”，考生自然是没有回答出来，后来被某位人士当作抨击中国教育体制的素材引用。楼主是看到了这了素材加以提问还是灵感突发想到的并不是很重要了，只要确定是一个好问题就可以了，值得思考。

2.为什么是三相？是电力的输送及使用过程中的技术合理性与节省设备投资的综合平衡结果。原因如下：

a）旋转磁场：三相是交流电在不使用辅助设备能产生“稳定旋转磁场”的最小相数，这点最重要，有了旋转磁场其它的事情就好理解了......。也许有人说了不对，家用电器都用单相，没有旋转磁场小电机怎么会转？其实家用电器是利用通过电容时电流相位超前的特性从单相电源分出来一相与原来的一相产生旋转磁场，这点不符合上述条件吧？--不使用辅助设备能产生“稳定旋转磁场”

b）三相交流电相位互差120°，任意两相之间的线压相同，使其较之单相交流电有很多优点，它在发电、输配电以及电能转换为机械能方面都有明显的优越性。例如：制造三相发电机、变压器都较制造单相发电机、变压器省材料，而且构造简单、性能优良。又如，用同样材料所制造的三相电机，其容量比单相电机大50%，三相旋转电机的瞬时功率是恒定的，其瞬时转矩也是恒定的，运转就比较平稳；在输送同样功率的情况下，三相输电线较单相输电线，可节省有色金属25%，而且电能损耗较单相输电时少。

c）使用4相、5相、6相...不可以吗？

当然可以。使用更多相时会使发电、输配电及用电环节变得复杂，输电线路根数要增加，发电机、变压器、电动机等设备也趋于复杂化，增加制造成本；当然大容量设备假定使用四相交流电单从设备制造上也许会更合理，但电网就不同了。另外三相不平衡已经引起很多问题了，相数多了会不会更困难？

写道这儿，想到了里想到了另外一个问题：发动机的问题，农村用的手扶拖拉机是单缸发动机，夏利是三缸，桑塔纳是四缸。。。。，奔驰宝马用到了六缸、八缸甚至更多，功率（马力）越大，使用的缸数越多。虽然四缸车比较普遍，但也不能否认六缸发动机的合理性吧，当然不同的车可以行驶在同一道路上，可以并存；电网就不同了，只能统一。

d）类似的问题还有频率为什么是50Hz或60Hz？这也是在考虑综合成本的情况下确定的，频率太低电力转换成动力的效率就会太低，频率太高，输变电的损耗会增加以及远程输电的功率因数会下降，选择50Hz、60Hz也是有其道理的。

数控机床毕业论文

数控机床旋转进给系统的状态空间模型及性能分析

摘要：高性能多坐标数控机床的摆头、转台等旋转进给系统多采用永磁同步伺服电机进行直接驱动，其控制问题较常规进给系统更为复杂。因此建立更为科学的适用于直接驱动的永磁同步电机的数学模型对提高旋转进给系统的控制水平具有重要意义。本文提出在矢量控制的基础上建立直接驱动用永磁同步电机的状态空间模型的方法，并运用现代控制理论对系统的能控性、可观测性及稳定性等进行分析和计算以及对系统进行极点配置，并用Simulink进行了系统仿真，为数控机床旋转进给伺服系统的设计和分析提供了理论基础和分析方法。

关键词：旋转进给；直接驱动；永磁同步电机；

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2007)08-0040-05State space model and performance analysis of numerical controlmachine rotary feed systemZHANG Ao, ZHOU Kai(Department of Precision Instrument and Mechanics,Tsinghua University,Beijing 100084,China)Abstract: Rotary feed system such as pendulum head and revolving table of high-powered multicoordinatesnumerical control machine adopts PMSM to drive directly. It's more complex tocontrol than the conventional feed system. So it's significative to set up mathematic modelof PMSM which is applicable for the direct drive more scientifically in order to improve thecontrol level of rotary feed system. Thus a modeling of PMSM method for state spaceequation modeling of PMSM based on vector control is proposed. The controllability,observability, stability and Pole assignment are analysed by modern control theory. And thesystem emulation is finished by Simulink. This method offers theoretical basic and analyticalmethod for rotary feed servo system designing of numerical control machine.Key words: rotary feed; direct drive; PMSM; state space equation0

前言

高性能数控机床的旋转进给伺服系统，特别是直接驱动伺服系统（即取消了从电动机到执行机构或负载之间的一切机械中间传动环节，把传动链的长度缩短为零。）广泛使用永磁同步电机(permanentmagnet synchronous motor, PMSM)作为控制对象。其优点是结构简单，运行可靠，通过在结构上采取措施，如采用高剩磁感应、高矫顽力和稀土类磁铁等，可比直流电动机的外形尺寸约减少1/2，重量轻60%，转子惯量可减小到直流电动机的1/5 。[2]还应该看到，传统驱动系统由于传动环节的存在，控制环节的受力较小，系统对扰动的敏感度相对较低，而直接驱动伺服系统，负载与控制环节之间几乎是直接相联，没有传动链的缓冲，因此控制环节受力较大，对扰动比较敏感，这可能会对系统的动态性能造成影响；同时，摆头与转台的特点是要承受低速大负载，因此其大负载条件下的低速平稳性也是系统设计中的一个重要问题。因此，对于此类数控机床转台、摆头等旋转进给直接驱动系统而言，其控制问题较常规进给系统更为复杂。在工程实际中多采用基于矢量变换控制的经典3 环控制方法进行系统控制，其建立控制模型的基础是经典控制理论，即对系统使用传递函数加以描述，将某个单变量（如转速等）作为输出，直接和输入（如电压等）联系起来。但实际上系统除了输出量外还包含其它相互独立的变量，而微分方程或传递函数对这些内部的中间变量是不便描述的，因而不能包含系统的所有信息，不能完全揭示系统的全部运动状态。而若应用现代控制理论的状态空间法分析系统，其动态特性是由状态变量构成的一阶微分方程组来描述的，它能反映系统全部独立变量的变化，确定系统全部内部运动状态，方便地处理初始条件。因此可以更为全面的表征系统以及系统内部变量的关系，尤其适合应用于非线性、多输入－多输出系统。[5]综上所述，旋转进给直接驱动伺服系统是一个强耦合、非线性的复杂系统，因此用状态空间法来进行建模是更为科学和有效的。本文在矢量控制的基础上通过状态空间法建立永磁同步电机状态空间模型，并应用现代控制理论的各种方法对模型进行全面的分析，为进一步应用先进的控制方法对系统进行控制打下坚实的基础。1 PMSM 的数学模型我们考虑的是正弦型永磁同步电动机系统。该电动机具有正弦形的反电动势波形，其定子电压、电流也为正弦波形。假设电动机是线性的，参数不随温度等变化，忽略磁滞、涡流损耗，转子无阻尼绕组。基于电动机统一理论的结论可以得到，转子坐标系（d－q轴系）中永磁同步电动机定子磁链方程为：

（1）其中：——转子磁钢在定子上的耦合磁链；Ld、Lq——永磁同步电动机的直、交轴主电感；、 ——定子电流矢量的直、交轴分量。PMSM 定子电压方程为： （2）其中， 、——定子电压矢量us的d、q轴分量；w——转子电角频率。PMSM 的转矩方程为： （3）电动机转矩系数Kt 为：Kt ＝ pmyr此外，电动机系统还要满足基本运动方程：（ 4）其中，n ——电动机转速；wr ——转子机械角速度，w=pmwr ；Td、TL ——电动机的电磁转矩和负载转矩。采用现代控制理论的状态方程对永磁同步电机进行数学建模。若采取矢量控制，一般要求id=0，但是状态方程中不出现md和id是不合理的。因为在id=0的控制模式中，只是要求id的取值等于0，但id的实际值并不一定总是等于0（特别是在动态过程中）。同时，ud的实际数值也不会等于0。因此，必须将ia也作为状态变量，将md 也作为控制变量，由控制器根据所有状态变量（包括id）的取值进行控制。因此取状态变量 ，q 为转子位置角。将（1）式带入（2）式的第2 式，由（3）式和（4）式可得，则永磁同步电机的状态方程为( ) ：(5)由此可见，该系统是一个非线性时变系统，且在系数矩阵中含有wr，id，iq状态变量的交叉相乘项，因此需要进行系统解耦，令因此采取id=0的矢量控制方法，uq'=uq，TL'=TL，系统可化为线性系统。取ud，uq 为控制量，负载转矩TL 作为扰动处理，因此单独提出，则系统化为=AX+BU+B0TL 的形式，则原系统化为：(6)2 PMSM 系统的分析PMSM 的参数如下：则系统状态空间方程为：2.1 多项式模型将状态空间模型转换为多项式模型，系统的传递矩阵为：2.2 能控性与可观测性分析状态完全能控的充分必要条件是系统的能控矩阵的秩为n。状态完全能观测的充分必要条件是能观测矩阵的秩为n。计算可得，系统的能控矩阵秩为4，满秩，则系统状态是完全能控的。系统的能观测矩阵的秩为4，满秩，则系统状态是完全可观测的。2.3 控制系统的稳定性分析对于由状态空间模型表示的系统，其系统稳定的充分必要条件是：系统矩阵A 的特征值全部具有负实部。eig(a)'=1.0e+002 *[0 -1.2069 - 0.8066i -1.2069 +0.8066i -2.1212]由于系统矩阵a 的特征值中有一个是零，因此该系统是临界稳定的。由于能控矩阵的秩为4，满秩，因此可以通过状态反馈配置极点使得系统稳定。2.4 多输入控制系统的极点配置对于多输入系统的极点配置的基本思路是：首先求一状态反馈，使得其闭环系统对某一输入（例如第一个输入）是能控的，再按单输入系统配置极点的方法进行极点配置[5]。图1 极点配置的闭环系统框图期望极点为：1.0e+002 *[-0.1 -1.2069 -0.8066i -1.2069 + 0.8066i -2.1212]（1）构造Q、S 矩阵。，由系统可得，n=4,m=2，u1+u2=4，a 为Q-1 的最后一行向量。（2）先按能控标准型进行极点配置。对 单输入系统进行极点配置。的特征多项式为，所期望的特征多项式为，则增益阵为:（3）求化为能控标准型的变换矩阵T，即则增益阵返回原坐标系为（4）使原系统（A，B）实现极点配置的状态反馈为:2.5 系统仿真系统位置状态向量对阶跃信号的响应：图2 极点配置前位置状态向量的阶跃响应图3 极点配置后位置状态向量的阶跃响应系统位置状态向量对速度信号的响应（虚线为输入位置信号，实线为输出位置信号）：图4 极点配置前的速度信号跟踪曲线系统位置状态向量对正弦信号的响应（虚线为输入位置信号，实线为输出位置信号）图5 极点配置后的速度信号跟踪曲线图6 极点配置前的正弦信号跟踪曲线图7 极点配置后的正弦信号跟踪曲线由此可见，通过极点配置使系统稳定，且对各种输入信号的响应有很大改善，具有很好的跟踪性能，这对于随动系统来说是十分重要的。3 总结使用状态空间方程表征系统，可以把系统的状态与系统的输入和输出联系起来，并在系统的内部变量与外部输入和测量输出之间建立联系，保存系统内部特性的信息，因此模型更为精确和科学。本文即在矢量控制的基础上提出了一种建立完整的永磁同步电机状态空间模型的方法。根据此模型，运用现代控制理论的各种方法对系统性能进行了分析和计算，分析表明该系统具有完全能控性、完全可观测性以及临界稳定性，通过状态反馈配置极点的方法使得系统稳定，使状态变量对输入信号有很好的跟踪性能。为进一步分析和设计控制系统提供了有效的方法和思路。

参考文献：[1] 欧阳黎明.MATLAB控制系统设计[M].北京:国防工业出版社,2001.[2] 张崇巍,李汉强.运动控制系统[M].武汉:武汉理工大学出版社,2002.[3] 李三东,薛花.基于Matlab永磁同步电机控制系统的仿真建模[J].江南大学学报,2004,(2):115-120.[4] 杨平,马瑞卿,张云安.基于Matlab永磁同步电机控制系统的建模仿真方法 [J].沈阳工业大学学报,2005,(4):195-199.[5] 侯媛彬,嵇启春,张建军,杜京义.现代控制理论基础[M].北京大学出版社,2006.[6] 孙亮. MATLAB语言与控制系统仿真[M].北京:北京工业大学出版社,2006国物流管理逐渐走向社会化和供应链化的形势下，必须接合具体企业的物流运作管理实际，根据精益物流的基本原则和企业信息化状况，通过理论与应用的研究，在精益供应链物流管理原型系统的基础上不断修改和完善，不断地进行研究和实践，以此来推动我国制造企业精益供应链物流管理信息系统的发展。参考文献：[1] 乌跃.论精益物流系统[J].中国流通经济,2001(5):11-13.[2] (美)詹姆斯·P. 沃麦克, (英)丹尼尔·T. 琼斯, 沈希瑾,张文杰,李京生.精益思想:消灭浪费,创造财富[M].北京:商务印书馆,1999．[3] RICHARD Wilding. Lean, Leaner, Leanest[J]. InternationalJournal of Physical Distribution & Logistics Management1996,25(3/4)20.[4] 王之泰. 物流工程研究[M].北京:首都经济贸易大学出版社,2004．[5] 田宇,朱道立.精益物流[J].物流技术,1999(6):19-21.[6] LIU X Q, MA S H. Supply chain logistics circulation quantityand response time calculation model[J].WSEAS Transactionson Systems, 2006,5(4):643-650.__

PLC 在机床数控改造中的典型应用

邵晓嵬, 任有志, 王燕丽(河北科技大学机械电子工程学院, 石家庄050054)

摘要: 讨论了利用可编程控制器对机床进行数控改造的具体方案和一般步骤,并以锯片切割机的改造为例介绍了利用西门子公司S7 - 200 系列可编程控制器进行改造的具体过程,阐述了机床数控改造后的应用效果及其未来的社会和经济效益。关键词: 可编程控制器; 机床; 数控改造

中图分类号: TG51 文献标志码: A 文章编号:100320794 (2007) 1120147202

Typical Application of PLC in NC Transformation for Machine ToolSHAO Xiao - wei , REN You - zhi , WANGYan - li(College of Mechanical and Electronic Engineering ,Hebei University of Science & Technology , Shijiazhuang 050054 ,China)Abstract :Discussed how to use the programmable logical controller (PLC) to deal with the transformation inmachine tool , particularly introduced the whole process of transformation on incise machine based on SIEMENSS7 - 200 PLC. Finally expatiate the effect of NC transformation and its coming benefit .Key words :programmable logical controller (PLC) ; machine tool ; NC transformation0

前言在我国现有的机床中有一部分仍采用传统的继电器- 接触器控制方式,这些机床触点多、线路复杂,使用多年后,故障多、维修量大、维护不便、可靠性差,严重影响了正常的生产。还有一些旧机床虽然还能正常工作,但其精度、效率、自动化程度已不能满足当前生产工艺要求。对这些机床进行改造势在必行,改造既是企业资源的再利用,走持续化发展的需要,也是满足企业新生产工艺,提高经济效益的需要。

1 解决方案利用PLC 对旧机床控制系统进行改造是一种行之有效的手段。采用PLC 进行控制后,机床控制电路的接线量大大减少,故障率大大降低,提高了设备运行的稳定性和使用率,增强了可靠性,减小了维修,维护工作强度。当机床加工程序发生变化时,只需要修改PLC的程序就可以进行新的加工,更改较方便,有助于提升机床的应用。由于具有通信功能,采用可编程控制器进行机床改造后,可以与其他智能设备联网通信,在今后的进一步技术改造升级中,可根据需要联入工厂自动化网络中。

2 改造过程、步骤及应用实例(1) 深入了解原有机床的工作过程,分析整理其控制的基本方式、完成的动作时序和条件关系,以及相关的保护和联锁控制,尽可能地与实际操作人员充分交流,了解是否需要对现有机床的控制操作加以改进,提高精度、可操作性和安全性等;如有需要,在后续的设计中予以实现。(2) 根据分析整理的结果,确定所需要的用户输入P输出设备。由于是对旧机床的改造,在保证完成工艺要求的前提下,最大限度地使用原有机床的输入P输出设备,如: 按钮、行程开关、接触器、电磁阀等,以降低改造成本。(3) PLC 机型选择。根据输入P输出设备的数量与类型,确定所需的IPO 点数。确定IPO 点数时,应留有20 %左右的裕量,以适应今后的生产工艺变化,为系统改造留有余地。由IPO 点数,利用一条经验公式:总内存字数= (开关量输入点数+ 开关量输出点数) ×10 + 模拟量点数×150来估算内存容量。在估算出内存字数后,再留25 %的裕量。据此,选择合适的机型。(4) 设计并编制IPO 分配表,绘制IPO 接线图。应注意到:同类型的输入点或输出点应尽量集中在一起,连续分配。(5) 进行程序设计。可借鉴机床原有继电器控制电路图,加以修改和完善。完成程序设计后,应进行模拟调试。(6) 模拟调试后,进行现场系统调试。调试中出现的问题逐一排除,直至调试成功。最后还应进行技术资料整理、归档。图1 IPO 接线图下面是对某锯片切割机的数控改造过程,机床的各控制过程如下:(1) 主轴电机的控制。起动,停止;(2) 进给电机控制。工作台纵向进给到与锯片相切的位置,之后工作台横向快速进给锯片,完成后工作台慢速移动后退,其间锯片主工作台变速旋转一个锯齿的角度,两运动同时进行插补出一个锯齿圆弧;(3) 冷却泵电机的起动控制以及相关的保护、联锁控制,工作台的各运动方向的超程保护,各运动方向的联锁控制等。确定所需的用户输入P输出设备。根据设备的硬件条件分析出,面板上有6 个按钮需占6 个数字输入口,一个BCD 拨码开关占用4 个输入口,一条直线光栅尺占用3 个输入口,一个三位状态旋钮占2 个输入口,执行元件为3 个步进电机和2 个异步电机,其中3 个步进电机共需8 个数字输出口,砂轮主电机和冷却泵各需1 个输出口,报警指示灯和上电指示灯各需1 个输出口。为保证安全起见,热继电器不接入输入端,而直接接在PLC 的输出端;合计输入点数15 点,输出点数12 点。考虑到要留有20 %左右的裕量,所以IPO 点数要在30 个点以上。因此,选用西门子公司S7 - 200 系列226 型号的PLC ,其输入点数24 点,输出点数16 点, IPO 总点数40 点;编制IPO 分配表(见表1) ,绘制IPO 接线图(见图1) ;借助机床原有的继电器控制电路图,进行程序设计,编写STL 结构化程序语言;模拟调试及现场系统调试,完成技术资料的归档。表1 IPO 分配表输入输出I0. 0 BCD 拨码开关1 位Q0. 0 W轴CP 端I0. 1 BCD 拨码开关2 位Q0. 1 X轴PY轴CP 端I0. 2 BCD 拨码开关3 位Q0. 2 W轴DIR 端I0. 3 BCD 拨码开关4 位Q0. 3 W轴FREE 端I0. 4 启动Q0. 4 X轴DIR 端I0. 5 暂停Q0. 5 X轴FREE 端I0. 6 光栅尺A 相输入Q0. 6 Y轴DIR 端I0. 7 光栅尺B 相输入Q0. 7 Y轴FREE 端I1. 0 光栅尺Z相复位Q1. 0 主电机继电器I1. 1 锯片直径输入确定Q1. 1 冷却泵继电器I1. 2 砂轮直径输入确定Q1. 2 报警指示灯I1. 3 三位状态旋钮输入1 Q1. 3 上电指示灯I1. 4 三位状态旋钮输入2I1. 5 冷却泵启动I1. 6 急停3 改造后效果可实现加工的柔性自动化,效率比传统锯片机提高5～6 倍。加工的锯齿精度高,尺寸分散度小,提高了锯齿的强度。拥有自动报警、自动监控、补偿等多种自我调节功能,可实现长时间无人看管加工。由于锯片采用的是某新型合金钢,齿磨损后修补的成本很高,采用该锯片机以后,为工厂节省了可观的维修成本,真正提高了工厂的效益。4 结语利用PLC 对传统机床进行数控化改造,能够有效地解决复杂、精密和小批多变的零件加工问题,满足高质量、高效益和多品种、小批量的柔性生产方式的要求,适应各种机械产品迅速更新换代的需要,同时为企业节省了大量的设备改造成本,提高了企业的经济效益和社会效益,提升了企业的产品竞争力,使企业更容易在竞争激烈的市场环境里生存与发展。参考文献:[1 ]陈立定. 电气控制与可编程控制器[M] . 广州:华南理工大学出版社,2001.[2 ]张新义. 经济型数控机床系统设计[M] . 北京:机械工业出版社,1994.作者简介: 邵晓嵬(1981 - ) ,河北邯郸人,河北科技大学研究生,研究方向为机电一体化,电话:0310 - 5368092.

基于网络的数控机床远程管理

汪惠芬, 刘婷婷, 张友良(南京理工大学机械工程学院, 江苏南京210094)

摘要: 网络化制造是21世纪的主要生产模式, 采用网络技术来管理数控机床也就成为必然。本文在分析数控机床联网及远程管理的需求基础上, 提出一种基于TCP / IP的、能够与企业其它信息管理系统实现无缝集成的数控机床联网及远程管理系统方案, 详细介绍该系统的结构和功能, 并给出了应用实例。

关键词: 网络化制造; 数控机床; 远程管理中图分类号: TG659 文献标识码: A

文章编号: 1001 - 3881 (2007) 10 - 070 - 4RemoteManagemen t of NC Mach ine Tool Ba sed on NetworkWANG Huifen, L IU Tingting, ZHANG Youliang( School ofMechanical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China)Abstract: Networked manufacturing ismain manufacturing paradigm in 21 st century, so that it is necessary trend to manage NCmachine tool based on network. Based on the analysis of requirements for networking and remote management of NC machine tools,TCP / IP2based networking scheme and remote management system that can be integrated with other information management systems inenterp rise forNC machine toolswas put forward. Then architecture and main functions of this system was discussed. An examp le ofapp lication was introduced.Keywords: Networked manufacturing; NC machine tool; Remote management0

引言网络化制造是21 世纪制造业的主要生产模式,网络化设计制造系统是一种由多种、异构、分布式的制造资源, 以一定互联方式, 利用计算机网络组成的、开放式的、多平台的、相互协作的、能及时灵活地响应市场需求变化的系统。其特点是在组织上的动态联盟, 其目标是将现有的各种在地理位置上或逻辑上分布的制造系统连接到计算机网络中, 以提高各单位间的信息交流与合作能力, 进而实现各种资源的共享, 快速地设计和制造产品, 响应市场的需要。它是21世纪制造企业缩短产品开发周期、改善产品质量、降低产品成本, 增强企业的竞争能力的主要技术措施[ 1 - 3 ]。数控机床与计算机通信是实现制造设备集成控制和管理的基础和必要条件, 也是实现网络化制造的关键之一。随着数控技术使用的不断深入, 计算机技术、网络技术的不断发展, 企业数控机床的数量越来越多, 而传统的单机管理模式因技术手段落后、生产效率低、管理与维护费用高昂等弊端已不能适应企业发展的需要, 采用网络技术来管理数控机床也就成为必然[ 4 ]。数控机床网络DNC技术在我国经过二十多年的发展, 也经历了从纸带到单机, 再到简单网络,最后发展成为高级网络的艰难历程。纸带方式已经基本完全抛弃; 在机床数量较少时, 有些用户还在使用单机通讯模式; 当机床数量发展到一定数量时, 机床用户一般都采用了网络DNC的方式[ 5 ]。我国数控机床的网络DNC目前主要存在着两种结构: 一种是采用单台计算机对应单台机床的方式, 这些计算机再通过局域网联结; 另一种是采用单台计算机对应多台机床的方式, 其中大部分是基于RS2232串口通讯或基于国外的通讯软件产品[ 6 - 10 ] , 也有部分基于TCP / IP的国产软件[ 11 - 13 ]。但是, 随着市场经济和企业信息化的发展, 企业使用了多种信息管理系统, 如ERP、PDM、MES、CAD /CAPP /CAM 等, 各种系统之间还必须考虑信息共享, 以避免信息化孤岛, 因此, 使用集成式DNC技术对数控设备群进行管理势在必行。本文在分析数控机床联网及远程管理的需求基础上, 提出一种基于TCP / IP的、能够与企业其它信息管理系统实现无缝集成的数控机床联网及远程管理系统方案, 并详细介绍了该系统的实现技术及应用实例。

1 数控机床远程管理系统结构111 系统需求分析目前, 在实施网络化制造的进程中, 越来越多的企业逐步实施了企业信息化工程, 单机作业的数控机床成为制约企业快速响应市场的瓶颈, 为了更好地满足生产发展的需求, 迫切需要将企业的数控机床进行联网改造, 实现信息系统对数控机床的远程管理以及车间生产任务的实时调度。数控机床远程管理系统的设计需要满足以下要求:(1) 开放性。随着新技术的发展, 系统应具有可扩展性和可裁剪性, 易于增加和更新系统的功能,系统的配置应具有良好的通用性、兼容性、可移植性和互操作性。(2) 灵活性。系统支持多操作系统(Windows98 /NT 410 /2000) , 应适应控制器类型、设备数量、任务

Y系列三相异步电动机的发明过程

电动机使用了通电导体在磁场中受力的作用的原理（这是不同于电流的磁效应的说法，现行人教版八年级物理明确把二者分开），发现这一原理的的是丹麦物理学家奥斯特，1777年8月14日生于兰格朗岛鲁德乔宾的一个药剂师家庭。1794年考入哥本哈根大学，1799年获博士学位。1801～1803年去德、法等国访问，结识了许多物理学家及化学家。1806年起任哥本哈根大学物理学教授，1815年起任丹麦皇家学会常务秘书。1820年因电流磁效应这一杰出发现获英国皇家学会科普利奖章。1829年起任哥本哈根工学院院长。1851年3月9日在哥本哈根逝世。他曾对物理学、化学和哲学进行过多方面的研究。由于受康德哲学与谢林的自然哲学的影响，坚信自然力是可以相互转化的，长期探索电与磁之间的联系。1820年4月终于发现了电流对磁针的作用，即电流的磁效应。同年7月21日以《关于磁针上电冲突作用的实验》为题发表了他的发现。这篇短短的论文使欧洲物理学界产生了极大震动，导致了大批实验成果的出现，由此开辟了物理学的新领域──电磁学。　1812年他最先提出了光与电磁之间联系的思想。1822年他对液体和气体的压缩性进行了实验研究。1825年提炼出铝，但纯度不高。在声学研究中，他试图发现声所引起的电现象。他的最后一次研究工作是抗磁性。他是一位热情洋溢重视科研和实验的教师，他说：“我不喜欢那种没有实验的枯燥的讲课，所有的科学研究都是从实验开始的”。因此受到学生欢迎。他还是卓越的讲演家和自然科学普及工作者，1824年倡议成立丹麦科学促进协会，创建了丹麦第一个物理实验室。1908年丹麦自然科学促进协会建立“奥斯特奖章”，以表彰做出重大贡献的物理学家。1934年以“奥斯特”命名CGS单位制中的磁场强度单位。1937年美国物理教师协会设立“奥斯特奖章”，奖励在物理教学上做出贡献的物理教师。　1821年法拉第完成了第一项重大的电发明。在这两年之前，奥斯特已发现如果电路中有电流通过，它附近的普通罗盘的磁针就会发生偏移。法拉第从中得到启发，认为假如磁铁固定，线圈就可能会运动。根据这种设想，他成功地发明了一种简单的装置。在装置内，只要有电流通过线路，线路就会绕着一块磁铁不停地转动。事实上法拉第发明的是第一台电动机，是第一台使用电流将物体运动的装置。虽然装置简陋，但它却是今天世界上使用的所有电动机的祖先。　这是一项重大的突破。只是它的实际用途还非常有限，因为当时除了用简陋的电池以外别无其它方法发电。

非常高兴能与大家分享这些有关“三相异步电动机论文”的信息。在今天的讨论中，我希望能帮助大家更全面地了解这个主题。感谢大家的参与和聆听，希望这些信息能对大家有所帮助。

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