大型工業(yè)卷布機(jī)設(shè)計(jì)及電氣的選用設(shè)計(jì)
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一． 變頻器的選用標(biāo)準(zhǔn)
目前，變頻器在我國(guó)的應(yīng)用正高速上升，各個(gè)變頻器公司也競(jìng)爭(zhēng)激烈，我們總結(jié)變頻器
分4個(gè)檔次 ：1..歐美系列（美國(guó)AB、德國(guó)博世力士樂(lè)、瑞士ABB、）2.日系（東芝、歐姆
龍）3.臺(tái)灣韓系（LG、三綦）4.國(guó)產(chǎn)（國(guó)產(chǎn)雜多例子無(wú)法舉例，可能明天哪個(gè)牌子出來(lái)了，
通用變頻器基本原理本資料所述通用變頻器是指適用于工業(yè)通用電機(jī)和一般變頻電機(jī)、并由一般電網(wǎng)供電(單相220v、三相380v50hz)、作調(diào)速控制的變頻器。此類變頻器由于工業(yè)領(lǐng)域的廣泛使用已成為變頻器的主流。調(diào)速的基本原理基于以下公式:
由(3)式可分成兩種情況分析:(1)在頻率低于供電的額定電源頻率時(shí)屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。變頻器設(shè)計(jì)時(shí)為維持電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩不變，必須維持每極氣隙磁通фm不變，從(3)式可知，也就是要使e1/f1=常數(shù)。如忽略定子漏阻抗壓降，可以認(rèn)為供給電機(jī)的電壓u1與頻率f1按相同比例變化，即u1/f1=常數(shù)。
但是在頻率較低時(shí)，定子漏阻抗壓降已不能忽略，因此要人為地提高定子電壓，以作漏抗壓降的補(bǔ)償，維持e1/f1≈常數(shù)，此時(shí)變頻器輸出u1/f1關(guān)系如圖1中的曲線2，而不再是曲線1。
多數(shù)變頻器在頻率低于電機(jī)額定頻率時(shí),輸出的電壓u1和頻率f1類似圖1中曲線2,并且隨著設(shè)置不同,可改變補(bǔ)償曲線的形狀，使用者要根據(jù)實(shí)際電機(jī)運(yùn)行情況調(diào)整。
(2)在頻率高于定子供電的額定電源頻率時(shí)屬于恒功率調(diào)速。
此時(shí)變頻器的輸出頻率f1提高，但變頻器的電源電壓由電網(wǎng)電壓決定，不能繼續(xù)提高。根據(jù)公式(3)，e1不能變，f1提高必然使фm下降，由于фm與電流或轉(zhuǎn)矩成正比，因此也就使轉(zhuǎn)矩下降，轉(zhuǎn)矩雖然下降了，但因轉(zhuǎn)速升高了，所以它們兩的乘積并未變，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積表征著功率。因此這時(shí)候電機(jī)處在恒功率輸出的狀態(tài)下運(yùn)行。
由以上分析可知通用變頻器對(duì)異步電機(jī)調(diào)速時(shí)，輸出頻率和電壓是按一定規(guī)律改變的，在額定頻率以下，變頻器的輸出電壓隨輸出頻率升高而升高，即所謂變壓變頻調(diào)速(vvvf)。而在額定頻率以上，電壓并不變，只改變頻率。
二.減速機(jī)的選用標(biāo)準(zhǔn)
首先計(jì)算選用接近理想減速比：
減速比=伺服馬達(dá)轉(zhuǎn)速/減速機(jī)出力軸轉(zhuǎn)速
扭力計(jì)算：
對(duì)減速機(jī)的壽命而言,扭力計(jì)算非常重要,并且要注意加速度的最大轉(zhuǎn)矩值(TP),是否超過(guò)減速機(jī)之最大負(fù)載扭力，適用功率通常為市面上的伺服機(jī)種的適用功率,減速機(jī)的適用性很高,工作系數(shù)都能維持在1.2以上,但在選用上也可以以自己的需要來(lái)決定:
要點(diǎn)有二:
A.選用伺服電機(jī)的出力軸徑不能大于表格上最大使用軸徑.
B.若經(jīng)扭力計(jì)算工作,轉(zhuǎn)速可以滿足平常運(yùn)轉(zhuǎn),但在伺服全額輸出時(shí),有不足現(xiàn)象時(shí),我們可以在電機(jī)側(cè)之驅(qū)動(dòng)器,做限流控制,或在機(jī)械軸上做扭力保護(hù),這是很必要的。
通用減速機(jī)的選型包括提出原始條件、選擇類型、確定規(guī)格等步驟。
相比之下，類型選擇比較簡(jiǎn)單，而準(zhǔn)確提供減速器的工況條件，掌握減速器的設(shè)計(jì)、制造和使用特點(diǎn)是通用減速器正確合理選擇規(guī)格的關(guān)鍵。
規(guī)格選擇要滿足強(qiáng)度、熱平衡、軸伸部位承受徑向載荷等條件。
1．按機(jī)械功率或轉(zhuǎn)矩選擇規(guī)格（強(qiáng)度校核）
通用減速器和專用減速器設(shè)計(jì)選型方法的最大不同在于，前者適用于各個(gè)行業(yè)，但減速
只能按一種特定的工況條件設(shè)計(jì)，故選用時(shí)用戶需根據(jù)各自的要求考慮不同的修正系數(shù)，工廠應(yīng)該按實(shí)際選用的電動(dòng)機(jī)功率（不是減速器的額定功率）打銘牌；后者按用戶的專用條件
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文） 題 目 大型工業(yè)卷布機(jī)電氣的選用 系 (部 ) 專 業(yè) 班 級(jí) 姓 名 指導(dǎo) 老師 系 主 任 年 月 日 一． 變頻器的選用標(biāo)準(zhǔn) 目前， 變頻器 在我國(guó)的應(yīng)用正高速上升， 各個(gè)變頻器公司也競(jìng)爭(zhēng)激烈， 我們 總結(jié)變頻器 分 4 個(gè)檔次 ： 1.國(guó) 國(guó)博世力士樂(lè)、瑞士 芝、歐姆 龍） 綦） 產(chǎn)雜多例子無(wú)法舉例，可能明天 哪個(gè)牌子出來(lái)了， 通用 變頻器 基本原理本資料所述通用變頻器是指適用于工業(yè)通用電機(jī)和一般變頻電機(jī)、并由一般電網(wǎng)供電 (單相 220v、三相 380作調(diào)速控制的 變頻器 。此類變頻器由于工業(yè)領(lǐng)域的廣泛使用已成為變頻器的主流。調(diào)速的基本原理基于以下公式 : 式 (1)中 :同步轉(zhuǎn)速 (r/ 定子供電電源頻率 ( p— 磁極對(duì)數(shù)。 一般異步電機(jī)轉(zhuǎn)速 n 與同步轉(zhuǎn)速 在一個(gè)滑差關(guān)系 式 (2)中 :n— 異步電機(jī)轉(zhuǎn)速 (r/ s— 異步電機(jī)轉(zhuǎn)差率。由 (2)式可知，調(diào)速的方法可改變 p、 s 其中任意一種達(dá)到，對(duì)異步電機(jī)最好的方法是改變頻率 現(xiàn)調(diào)速控制。由電機(jī)理 論，三相異步電機(jī)每相電勢(shì)的有效值與下式有關(guān)。 式 (3)中 :定子每相電勢(shì)有效值 (v); 定子供電電源頻率 ( 定子繞組有效匝數(shù) ; фm— 定子磁通 ( 由 (3)式可分成兩種情況分析 :(1)在頻率低于供電的額定電源頻率時(shí)屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。 變頻器 設(shè)計(jì)時(shí)為維持電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩不變，必須維持每極氣隙磁通 ф (3)式可知，也就是要使 e1/數(shù)。如忽略定子漏阻抗壓降，可以認(rèn)為供給電機(jī)的電壓 頻率 相同比例變化，即 u1/數(shù)。 但是在頻率較低時(shí)，定子漏阻抗壓降已不能忽略，因此要人為地提 高定子電壓，以作漏抗壓降的補(bǔ)償，維持 e1/數(shù)，此時(shí) 變頻器 輸出 u1/系如圖 1 中的曲線 2，而不再是曲線 1。 圖 1u/f 關(guān)系 多數(shù) 變頻器 在頻率低于電機(jī)額定頻率時(shí) ,輸出的電壓 頻率 似圖 1 中曲線 2,并且隨著設(shè)置不同 ,可改變補(bǔ)償曲線的形狀，使用者要根據(jù)實(shí)際電機(jī)運(yùn)行情況 調(diào)整。 (2)在頻率高于定子供電的額定電源頻率時(shí)屬于恒功率調(diào)速。 此時(shí) 變頻器 的輸出頻率 高，但變頻器的電源電壓由電網(wǎng)電壓決定，不能繼續(xù)提高。根據(jù)公式 (3)， 能變， 高必然使 ф于 ф 此也就使轉(zhuǎn)矩下降，轉(zhuǎn)矩雖然下降了，但因轉(zhuǎn)速升高了，所以它們兩的乘積并未變，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積表征著功率。因此這時(shí)候電機(jī)處在恒功率輸出的狀態(tài)下運(yùn)行。 異步電機(jī)變頻調(diào)速恒轉(zhuǎn)矩和恒功率區(qū)域狀態(tài)的特性如圖 2 所示。 圖 2 異步電機(jī)調(diào)速時(shí)的輸出特性 由以上分析可知通用 變頻器 對(duì)異步電機(jī)調(diào)速時(shí)，輸出頻率和電壓是按一定規(guī)律改變的，在額定頻率以下，變頻器的輸出電壓隨輸出頻率升高而升高，即所謂變壓變頻調(diào)速 (而在額定頻率以上，電壓并不變，只改變頻率。 二 首先計(jì)算 選用接近理想減速比： 減速比 =伺服馬達(dá)轉(zhuǎn)速 /減速機(jī)出力軸轉(zhuǎn)速 扭力計(jì)算： 對(duì)減 速機(jī)的壽命而言 ,扭力計(jì)算非常重要 ,并且要注意加速度的最大轉(zhuǎn)矩值 (是否超過(guò)減速機(jī)之最大負(fù)載扭力 ， 適用功率通常為市面上的伺服機(jī)種的適用功率 ,減速機(jī)的適用性很高 ,工作系數(shù)都能維持在 上 ,但在選用上也可以以自己的需要來(lái)決定 : 要點(diǎn)有二 : 轉(zhuǎn)速可以滿足平常運(yùn)轉(zhuǎn) ,但在伺服全額輸出時(shí) ,有不足現(xiàn)象時(shí) ,我們可以在電機(jī)側(cè)之驅(qū)動(dòng)器 ,做限流控制 ,或在機(jī)械軸上做扭力保護(hù) ,這是很必要的。 通用減速機(jī)的選型包括提出原始條件、選擇類型、確定規(guī)格等步 驟。 相比之下，類型選擇比較簡(jiǎn)單，而準(zhǔn)確提供減速器的工況條件，掌握減速器的設(shè)計(jì)、制造和使用特點(diǎn)是通用減速器正確合理選擇規(guī)格的關(guān)鍵。 規(guī)格選擇要滿足強(qiáng)度、熱平衡、軸伸部位承受徑向載荷等條件。 1．按機(jī)械功率或轉(zhuǎn)矩選擇規(guī)格（強(qiáng)度校核） 通用減速器和專用減速器設(shè)計(jì)選型方法的最大不同在于，前者適用于各個(gè)行業(yè)，但減速 只能按一種特定的工況條件設(shè)計(jì)，故選用時(shí)用戶需根據(jù)各自的要求考慮不同的修正系數(shù)，工廠應(yīng)該按實(shí)際選用的電動(dòng)機(jī)功率（不是減速器的額定功率）打銘牌；后者按用戶的專用條件設(shè)計(jì)，該考慮的系數(shù)，設(shè)計(jì)時(shí)一般已作考慮，選 用時(shí)只要滿足使用功率小于等于減速器的額定功率即可，方法相對(duì)簡(jiǎn)單。 通用減速器的額定功率一般是按使用（工況）系數(shù) （電動(dòng)機(jī)或汽輪機(jī)為原動(dòng)機(jī)，工作機(jī)載荷平穩(wěn)，每天工作 3~10h，每小時(shí)啟動(dòng)次數(shù)≤ 5 次，允許啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為工作轉(zhuǎn)矩的 2倍），接觸強(qiáng)度安全系數(shù) 1、單對(duì)齒輪的失效概率≈ 1％ ,等條件計(jì)算確定的。 所選減速器的額定功率應(yīng)滿足 2中 — 計(jì)算功率（ — 減速器的額定功率（ — 工作機(jī)功率（ — 使用系數(shù)，考慮使用工況的影響 ，見(jiàn)表 1 — 啟動(dòng)系數(shù)，考慮啟動(dòng)次數(shù)的影響，見(jiàn)表 1 — 可靠度系數(shù)，考慮不同可靠度要求，見(jiàn)表 1 目前世界各國(guó)所用的使用系數(shù)基本相同。雖然許多樣本上沒(méi)有反映出 個(gè)系數(shù)， 但由于知己（對(duì)自身的工況要求清楚）、知彼（對(duì)減速器的性能特點(diǎn)清楚），國(guó)外選型時(shí)一般均留有較大的富裕量，相當(dāng)于已考慮了 影響。由于使用場(chǎng)合不同、重要程度不同、損壞后對(duì)人身安全及生產(chǎn)造成的損失大小不同、維修難易不同，因而對(duì)減速器的可靠度的要求也不相同。系數(shù) 是實(shí)際需要的可靠度對(duì)原設(shè)計(jì)的可靠度進(jìn)行修正。它符合 國(guó)齒輪制造者協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)）對(duì)齒輪強(qiáng)度計(jì)算方法的規(guī) 定。目前，國(guó)內(nèi)一些用戶對(duì)減速器的可靠度尚提不出具體量的要求，可按一般專用減速器的設(shè)計(jì)規(guī)定（ 效概率≤ 1/1000），較重要場(chǎng)合取 右。 2、熱平衡校核 通用減速器的許用熱功率值是在特定工況條件下（一般環(huán)境溫度 20℃，每小時(shí) 100％ ,連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、功率利用率 100％），按潤(rùn)滑油允許的最高平衡溫度（一般為 85℃）確定的。條件不同時(shí)按相應(yīng)系數(shù)（有時(shí)綜合成一個(gè)系數(shù)）進(jìn)行修正。 所選減速器應(yīng)滿足 2中 — 計(jì)算熱功率（ — 環(huán)境溫度系數(shù)，見(jiàn)表 1 — 運(yùn)轉(zhuǎn)周期系數(shù)，見(jiàn)表 1 — 功率利用率系數(shù)，見(jiàn)表 1 — 減速器許用熱功率（ 通用減速器常常須對(duì)輸入軸、輸出軸軸伸中間部位允許承受的最大徑向載荷給予限制，應(yīng)予校核，超過(guò)時(shí)應(yīng)向制造廠提出加粗軸徑和加大軸承等要求。 三．電機(jī)的選擇 電動(dòng)機(jī)的選用應(yīng)根據(jù)負(fù)載的性質(zhì)，對(duì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等要求；負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變化范圍和起、制動(dòng)頻繁程度等要求；考慮電動(dòng)機(jī)的溫升限制、過(guò)載能力、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩及起動(dòng)電流的限制；以及工作環(huán)境條件等諸多因素，合理選擇電動(dòng)機(jī)的功率、工作制、防護(hù)結(jié)構(gòu)型式。 若工程機(jī)械系設(shè)計(jì)院（所）設(shè)計(jì)、制造單位應(yīng)按設(shè)計(jì)院（所）選用的電機(jī)型號(hào)、規(guī)格及要求，到設(shè)計(jì)院（所）指定的電機(jī)廠家訂購(gòu)電動(dòng)機(jī)。 1．電動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境 1)、最高環(huán)境空氣溫度 般起重用電動(dòng)機(jī)最高環(huán)境空氣溫度不超過(guò) 40℃；冶金用電動(dòng)機(jī)最高環(huán)境空氣溫度不超過(guò) 60℃。 2)、海拔 動(dòng)機(jī)工作地的海拔一般不超過(guò) 1000m。超過(guò) 1000m 使用時(shí)，高于海拔 1000m 的環(huán)境溫度必須補(bǔ)償量為每高出 100m 降低 1%溫升限值，則運(yùn)行地點(diǎn)的最高環(huán)境溫度見(jiàn)表 3— 2。 表 3— 2 假定的最高環(huán)境溫度 海拔 F 級(jí) （起重電機(jī)） H 級(jí)（冶金電機(jī)） 1000m 40℃ 60℃ 2000m 30℃ 48℃ 3000m 19℃ 35℃ 4000m 9℃ 23℃ 如環(huán)境溫度超過(guò)上表溫度值，則選型時(shí)可選大一個(gè)功率等級(jí)的電機(jī)。 3)、電動(dòng)機(jī)的周圍空氣不應(yīng)含有腐蝕性、可然性及爆炸性氣體。 4)、用于亞熱帶、沿海地區(qū)應(yīng)適用熱帶或三防電機(jī)。 5)、對(duì)具有凝露環(huán)境的地方、應(yīng)選用有防冷凝加熱器的電機(jī)。 2．電動(dòng)機(jī)的工作制 電動(dòng)機(jī)的工作制分為：短時(shí)工作制 續(xù)周期工作制 續(xù)工作制 其他非周期性工作 制。 短時(shí)工作制的持續(xù)時(shí)間為： 30 60 斷續(xù)周期工作制的每一工作周期的時(shí)間為 10載持續(xù)率分為： 15%、 25%、 40%、 60%和 100%，以 40%為基準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率。 電動(dòng)機(jī)每小時(shí)起動(dòng)次數(shù)： 作制為 6 次； 作制分 150、 300 和 600 次三個(gè)等級(jí) 3．變頻電機(jī)的工作頻率 變頻電機(jī)一般設(shè)計(jì)以 50基準(zhǔn)點(diǎn) 5（ 3）～ 50恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速， 50～ 100恒功率調(diào)速，選用時(shí)應(yīng)充分考慮最低工作頻率。 4．電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)次數(shù)換算 電動(dòng)機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)，達(dá)到額定轉(zhuǎn)速稱為一 次起動(dòng)，若電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?zèng)]達(dá)到額定轉(zhuǎn)速即停止運(yùn)轉(zhuǎn)，稱為點(diǎn)動(dòng)。 點(diǎn)動(dòng)：最終轉(zhuǎn)速不超過(guò)額定轉(zhuǎn)速的 25%； 電制動(dòng)：制動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的 選用電動(dòng)機(jī)時(shí)，各種起動(dòng)及制動(dòng)狀態(tài)均要按等效發(fā)熱折算成每小時(shí)等效全起動(dòng)次數(shù)，以該等效全起動(dòng)次數(shù)確定電動(dòng)機(jī)的定額。折算的方法： 點(diǎn)動(dòng)四次相當(dāng)于 1 次全起動(dòng)；電制動(dòng) 1 次相當(dāng)于 全起動(dòng)。 折算典型例子見(jiàn)表 3— 2。 表 3— 3 工作方式 起 制 動(dòng) 狀 態(tài) 熱等效全起動(dòng)次數(shù) 每 小 時(shí)起動(dòng)次數(shù) 每 小 時(shí)點(diǎn)動(dòng)次數(shù) 每 小 時(shí)制動(dòng)次數(shù) 每小時(shí)制動(dòng)并反轉(zhuǎn)次數(shù) 3 4 2 0 8 8 0 0 2 0 0 0 6 4 5 50 100 80 65 30 0 200 0 130 160 0 0 85 65 30 0 0 0 0 30 150 4 5 00 200 160 130 60 0 400 0 260 320 0 0 160 130 60 0 0 0 0 60 300 4 600 400 0 800 0 0 0 0 600 5 20 260 120 0 520 640 320 200 120 0 0 120 5．電動(dòng)機(jī)功率的選用 1)、起重機(jī)用電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算 a、負(fù)載持續(xù)率 選擇 起重機(jī)械類型不同，負(fù)載持續(xù)率也不一樣，通常如表 3— 4 所示。 表 3— 4 類型 輕 中 重 特重 15 25 40 60 起重機(jī)械種類 手動(dòng)和吊鉤起重機(jī) 抓斗、冶金及熱加工專用橋式起重機(jī)，龍門(mén)吊，裝卸橋等 b、初算電動(dòng)機(jī)功率 2=(0 或 9555η （ 式中 n—— 起重機(jī)轉(zhuǎn)速（ r/ 回轉(zhuǎn)阻力矩（ N· m）； V—— 起重機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度（ m/s）； F—— 沿運(yùn)動(dòng)方向的運(yùn)動(dòng)阻力（ N）。 對(duì)于起重機(jī)各種行走機(jī)構(gòu) F=c+7V）· N） 式中 — 運(yùn)動(dòng)部分總量重量（ c —— 行走阻力系數(shù)，采用滾動(dòng)軸承時(shí)， c=10～ 12； 采用滑動(dòng)軸承時(shí)， c=20～ 25。 提升機(jī)構(gòu)：以額定的提升重量 算，即 F=N） η —— 機(jī)構(gòu)的總效率，數(shù)值范圍如表 3— 5。 表 3— 5 機(jī) 構(gòu) 傳動(dòng)型式 機(jī)構(gòu)總效率 用滾動(dòng)軸承 用滑動(dòng)軸承 提升機(jī)構(gòu) 圓柱正齒輪傳動(dòng) 輪蝸桿傳動(dòng) 行機(jī)構(gòu) 圓柱正齒輪傳動(dòng) 輪蝸桿傳動(dòng) 轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 齒 輪 傳 動(dòng) 輪蝸桿傳動(dòng) 0.7 c、功率校驗(yàn) 初算的功率，有時(shí)不一定滿足電機(jī)發(fā)熱的要求，因此應(yīng)進(jìn)行發(fā)熱校驗(yàn)。平均損耗法是一種行之有效的校驗(yàn)方法。 短時(shí)工作的電機(jī)，一般不需要進(jìn)行發(fā)熱校驗(yàn)只注意短時(shí)過(guò)載能力和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的校驗(yàn)。選用電動(dòng)機(jī)短時(shí)額定時(shí)間 應(yīng)大于短時(shí)工作時(shí)間。 若選用斷續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)作短時(shí)工作使用時(shí)，其等效額定時(shí)間 對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 3— 6。 表 3— 6 %） 15 25 40 15 30 60 若需進(jìn)行發(fā)熱校驗(yàn)，可按下式進(jìn)行： P /(Σ ]≥ t（ s） 式中Σ 連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)的額定損耗或斷續(xù)工作制電動(dòng)機(jī) 00%時(shí)的額定損耗（ Σ 1/η N P—— 短時(shí)負(fù)載下功率損耗（ 電動(dòng)機(jī)允許的通電時(shí)間（ s）； t —— 實(shí)際的短時(shí)工作時(shí)間（ s）； T —— 電機(jī)的發(fā)熱時(shí)間常數(shù)（ h），對(duì) Y 系列， T= 2)、斷續(xù)周期工作制下電動(dòng)機(jī)功率的一般計(jì)算方法 首先根據(jù)實(shí)際工作的負(fù)載持續(xù)率 取接近的電機(jī)額定負(fù)載持續(xù)率 后計(jì)算電機(jī)的等效功率 電機(jī)的實(shí)際負(fù)載持續(xù)率 ： ΣT * 555 （ (Σ T s2 T 2b [ Σ 1/2（ 選取電機(jī)的額定功率 3)、 作制電動(dòng)機(jī)各負(fù)載持續(xù)率下功率的換算 換算公式為： ( 100)β /40β 式中 — 工作機(jī)械的實(shí)際負(fù)載持續(xù)率； — 負(fù)載實(shí)際所需的功率 K 和β按表 3— 7 選擇。 表 3— 7 系列 極數(shù) % K β ， 8 10～ 100 1 ， 8 10 10～ 100 10～ 100 1 1 0. 34 ．電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)次數(shù)與輸出功率的關(guān)系 列電動(dòng)機(jī) 的 P— 線，縱座標(biāo) P 為電動(dòng)機(jī)的容許輸出功率，橫坐標(biāo) 電動(dòng)機(jī)飛輪力矩率 C 和每小時(shí)起動(dòng)次數(shù)或等效起動(dòng)次數(shù) Z 的乘積。 C=( 式中 電動(dòng)機(jī)的飛輪力矩（ N· D2 外加負(fù)載的飛輪力矩（ N· 具體曲線參看有關(guān)電機(jī)手冊(cè)，這些曲線給出了不同負(fù)載持續(xù)率下電動(dòng)機(jī)允許輸出功率與 選用電動(dòng)機(jī)時(shí)參考。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文） 題 目 大型工業(yè)卷布機(jī)電氣的選用 系 (部 ) 專 業(yè) 班 級(jí) 姓 名 指導(dǎo) 老師 系 主 任 年 月 日 一． 變頻器的選用標(biāo)準(zhǔn) 目前， 變頻器 在我國(guó)的應(yīng)用正高速上升， 各個(gè)變頻器公司也競(jìng)爭(zhēng)激烈， 我們 總結(jié)變頻器 分 4 個(gè)檔次 ： 1.國(guó) 國(guó)博世力士樂(lè)、瑞士 芝、歐姆 龍） 綦） 產(chǎn)雜多例子無(wú)法舉例，可能明天 哪個(gè)牌子出來(lái)了， 通用 變頻器 基本原理本資料所述通用變頻器是指適用于工業(yè)通用電機(jī)和一般變頻電機(jī)、并由一般電網(wǎng)供電 (單相 220v、三相 380作調(diào)速控制的 變頻器 。此類變頻器由于工業(yè)領(lǐng)域的廣泛使用已成為變頻器的主流。調(diào)速的基本原理基于以下公式 : 式 (1)中 :同步轉(zhuǎn)速 (r/ 定子供電電源頻率 ( p— 磁極對(duì)數(shù)。 一般異步電機(jī)轉(zhuǎn)速 n 與同步轉(zhuǎn)速 在一個(gè)滑差關(guān)系 式 (2)中 :n— 異步電機(jī)轉(zhuǎn)速 (r/ s— 異步電機(jī)轉(zhuǎn)差率。由 (2)式可知，調(diào)速的方法可改變 p、 s 其中任意一種達(dá)到，對(duì)異步電機(jī)最好的方法是改變頻率 現(xiàn)調(diào)速控制。由電機(jī)理 論，三相異步電機(jī)每相電勢(shì)的有效值與下式有關(guān)。 式 (3)中 :定子每相電勢(shì)有效值 (v); 定子供電電源頻率 ( 定子繞組有效匝數(shù) ; фm— 定子磁通 ( 由 (3)式可分成兩種情況分析 :(1)在頻率低于供電的額定電源頻率時(shí)屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。 變頻器 設(shè)計(jì)時(shí)為維持電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩不變，必須維持每極氣隙磁通 ф (3)式可知，也就是要使 e1/數(shù)。如忽略定子漏阻抗壓降，可以認(rèn)為供給電機(jī)的電壓 頻率 相同比例變化，即 u1/數(shù)。 但是在頻率較低時(shí)，定子漏阻抗壓降已不能忽略，因此要人為地提 高定子電壓，以作漏抗壓降的補(bǔ)償，維持 e1/數(shù)，此時(shí) 變頻器 輸出 u1/系如圖 1 中的曲線 2，而不再是曲線 1。 圖 1u/f 關(guān)系 多數(shù) 變頻器 在頻率低于電機(jī)額定頻率時(shí) ,輸出的電壓 頻率 似圖 1 中曲線 2,并且隨著設(shè)置不同 ,可改變補(bǔ)償曲線的形狀，使用者要根據(jù)實(shí)際電機(jī)運(yùn)行情況 調(diào)整。 (2)在頻率高于定子供電的額定電源頻率時(shí)屬于恒功率調(diào)速。 此時(shí) 變頻器 的輸出頻率 高，但變頻器的電源電壓由電網(wǎng)電壓決定，不能繼續(xù)提高。根據(jù)公式 (3)， 能變， 高必然使 ф于 ф 此也就使轉(zhuǎn)矩下降，轉(zhuǎn)矩雖然下降了，但因轉(zhuǎn)速升高了，所以它們兩的乘積并未變，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積表征著功率。因此這時(shí)候電機(jī)處在恒功率輸出的狀態(tài)下運(yùn)行。 異步電機(jī)變頻調(diào)速恒轉(zhuǎn)矩和恒功率區(qū)域狀態(tài)的特性如圖 2 所示。 圖 2 異步電機(jī)調(diào)速時(shí)的輸出特性 由以上分析可知通用 變頻器 對(duì)異步電機(jī)調(diào)速時(shí)，輸出頻率和電壓是按一定規(guī)律改變的，在額定頻率以下，變頻器的輸出電壓隨輸出頻率升高而升高，即所謂變壓變頻調(diào)速 (而在額定頻率以上，電壓并不變，只改變頻率。 二 首先計(jì)算 選用接近理想減速比： 減速比 =伺服馬達(dá)轉(zhuǎn)速 /減速機(jī)出力軸轉(zhuǎn)速 扭力計(jì)算： 對(duì)減 速機(jī)的壽命而言 ,扭力計(jì)算非常重要 ,并且要注意加速度的最大轉(zhuǎn)矩值 (是否超過(guò)減速機(jī)之最大負(fù)載扭力 ， 適用功率通常為市面上的伺服機(jī)種的適用功率 ,減速機(jī)的適用性很高 ,工作系數(shù)都能維持在 上 ,但在選用上也可以以自己的需要來(lái)決定 : 要點(diǎn)有二 : 轉(zhuǎn)速可以滿足平常運(yùn)轉(zhuǎn) ,但在伺服全額輸出時(shí) ,有不足現(xiàn)象時(shí) ,我們可以在電機(jī)側(cè)之驅(qū)動(dòng)器 ,做限流控制 ,或在機(jī)械軸上做扭力保護(hù) ,這是很必要的。 通用減速機(jī)的選型包括提出原始條件、選擇類型、確定規(guī)格等步 驟。 相比之下，類型選擇比較簡(jiǎn)單，而準(zhǔn)確提供減速器的工況條件，掌握減速器的設(shè)計(jì)、制造和使用特點(diǎn)是通用減速器正確合理選擇規(guī)格的關(guān)鍵。 規(guī)格選擇要滿足強(qiáng)度、熱平衡、軸伸部位承受徑向載荷等條件。 1．按機(jī)械功率或轉(zhuǎn)矩選擇規(guī)格（強(qiáng)度校核） 通用減速器和專用減速器設(shè)計(jì)選型方法的最大不同在于，前者適用于各個(gè)行業(yè)，但減速 只能按一種特定的工況條件設(shè)計(jì)，故選用時(shí)用戶需根據(jù)各自的要求考慮不同的修正系數(shù)，工廠應(yīng)該按實(shí)際選用的電動(dòng)機(jī)功率（不是減速器的額定功率）打銘牌；后者按用戶的專用條件設(shè)計(jì)，該考慮的系數(shù)，設(shè)計(jì)時(shí)一般已作考慮，選 用時(shí)只要滿足使用功率小于等于減速器的額定功率即可，方法相對(duì)簡(jiǎn)單。 通用減速器的額定功率一般是按使用（工況）系數(shù) （電動(dòng)機(jī)或汽輪機(jī)為原動(dòng)機(jī)，工作機(jī)載荷平穩(wěn)，每天工作 3~10h，每小時(shí)啟動(dòng)次數(shù)≤ 5 次，允許啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為工作轉(zhuǎn)矩的 2倍），接觸強(qiáng)度安全系數(shù) 1、單對(duì)齒輪的失效概率≈ 1％ ,等條件計(jì)算確定的。 所選減速器的額定功率應(yīng)滿足 2中 — 計(jì)算功率（ — 減速器的額定功率（ — 工作機(jī)功率（ — 使用系數(shù)，考慮使用工況的影響 ，見(jiàn)表 1 — 啟動(dòng)系數(shù)，考慮啟動(dòng)次數(shù)的影響，見(jiàn)表 1 — 可靠度系數(shù)，考慮不同可靠度要求，見(jiàn)表 1 目前世界各國(guó)所用的使用系數(shù)基本相同。雖然許多樣本上沒(méi)有反映出 個(gè)系數(shù)， 但由于知己（對(duì)自身的工況要求清楚）、知彼（對(duì)減速器的性能特點(diǎn)清楚），國(guó)外選型時(shí)一般均留有較大的富裕量，相當(dāng)于已考慮了 影響。由于使用場(chǎng)合不同、重要程度不同、損壞后對(duì)人身安全及生產(chǎn)造成的損失大小不同、維修難易不同，因而對(duì)減速器的可靠度的要求也不相同。系數(shù) 是實(shí)際需要的可靠度對(duì)原設(shè)計(jì)的可靠度進(jìn)行修正。它符合 國(guó)齒輪制造者協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)）對(duì)齒輪強(qiáng)度計(jì)算方法的規(guī) 定。目前，國(guó)內(nèi)一些用戶對(duì)減速器的可靠度尚提不出具體量的要求，可按一般專用減速器的設(shè)計(jì)規(guī)定（ 效概率≤ 1/1000），較重要場(chǎng)合取 右。 2、熱平衡校核 通用減速器的許用熱功率值是在特定工況條件下（一般環(huán)境溫度 20℃，每小時(shí) 100％ ,連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、功率利用率 100％），按潤(rùn)滑油允許的最高平衡溫度（一般為 85℃）確定的。條件不同時(shí)按相應(yīng)系數(shù)（有時(shí)綜合成一個(gè)系數(shù)）進(jìn)行修正。 所選減速器應(yīng)滿足 2中 — 計(jì)算熱功率（ — 環(huán)境溫度系數(shù)，見(jiàn)表 1 — 運(yùn)轉(zhuǎn)周期系數(shù)，見(jiàn)表 1 — 功率利用率系數(shù)，見(jiàn)表 1 — 減速器許用熱功率（ 通用減速器常常須對(duì)輸入軸、輸出軸軸伸中間部位允許承受的最大徑向載荷給予限制，應(yīng)予校核，超過(guò)時(shí)應(yīng)向制造廠提出加粗軸徑和加大軸承等要求。 三．電機(jī)的選擇 電動(dòng)機(jī)的選用應(yīng)根據(jù)負(fù)載的性質(zhì)，對(duì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等要求；負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變化范圍和起、制動(dòng)頻繁程度等要求；考慮電動(dòng)機(jī)的溫升限制、過(guò)載能力、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩及起動(dòng)電流的限制；以及工作環(huán)境條件等諸多因素，合理選擇電動(dòng)機(jī)的功率、工作制、防護(hù)結(jié)構(gòu)型式。 若工程機(jī)械系設(shè)計(jì)院（所）設(shè)計(jì)、制造單位應(yīng)按設(shè)計(jì)院（所）選用的電機(jī)型號(hào)、規(guī)格及要求，到設(shè)計(jì)院（所）指定的電機(jī)廠家訂購(gòu)電動(dòng)機(jī)。 1．電動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境 1)、最高環(huán)境空氣溫度 般起重用電動(dòng)機(jī)最高環(huán)境空氣溫度不超過(guò) 40℃；冶金用電動(dòng)機(jī)最高環(huán)境空氣溫度不超過(guò) 60℃。 2)、海拔 動(dòng)機(jī)工作地的海拔一般不超過(guò) 1000m。超過(guò) 1000m 使用時(shí)，高于海拔 1000m 的環(huán)境溫度必須補(bǔ)償量為每高出 100m 降低 1%溫升限值，則運(yùn)行地點(diǎn)的最高環(huán)境溫度見(jiàn)表 3— 2。 表 3— 2 假定的最高環(huán)境溫度 海拔 F 級(jí) （起重電機(jī)） H 級(jí)（冶金電機(jī)） 1000m 40℃ 60℃ 2000m 30℃ 48℃ 3000m 19℃ 35℃ 4000m 9℃ 23℃ 如環(huán)境溫度超過(guò)上表溫度值，則選型時(shí)可選大一個(gè)功率等級(jí)的電機(jī)。 3)、電動(dòng)機(jī)的周圍空氣不應(yīng)含有腐蝕性、可然性及爆炸性氣體。 4)、用于亞熱帶、沿海地區(qū)應(yīng)適用熱帶或三防電機(jī)。 5)、對(duì)具有凝露環(huán)境的地方、應(yīng)選用有防冷凝加熱器的電機(jī)。 2．電動(dòng)機(jī)的工作制 電動(dòng)機(jī)的工作制分為：短時(shí)工作制 續(xù)周期工作制 續(xù)工作制 其他非周期性工作 制。 短時(shí)工作制的持續(xù)時(shí)間為： 30 60 斷續(xù)周期工作制的每一工作周期的時(shí)間為 10載持續(xù)率分為： 15%、 25%、 40%、 60%和 100%，以 40%為基準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率。 電動(dòng)機(jī)每小時(shí)起動(dòng)次數(shù)： 作制為 6 次； 作制分 150、 300 和 600 次三個(gè)等級(jí) 3．變頻電機(jī)的工作頻率 變頻電機(jī)一般設(shè)計(jì)以 50基準(zhǔn)點(diǎn) 5（ 3）～ 50恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速， 50～ 100恒功率調(diào)速，選用時(shí)應(yīng)充分考慮最低工作頻率。 4．電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)次數(shù)換算 電動(dòng)機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)，達(dá)到額定轉(zhuǎn)速稱為一 次起動(dòng)，若電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?zèng)]達(dá)到額定轉(zhuǎn)速即停止運(yùn)轉(zhuǎn)，稱為點(diǎn)動(dòng)。 點(diǎn)動(dòng)：最終轉(zhuǎn)速不超過(guò)額定轉(zhuǎn)速的 25%； 電制動(dòng)：制動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的 選用電動(dòng)機(jī)時(shí)，各種起動(dòng)及制動(dòng)狀態(tài)均要按等效發(fā)熱折算成每小時(shí)等效全起動(dòng)次數(shù)，以該等效全起動(dòng)次數(shù)確定電動(dòng)機(jī)的定額。折算的方法： 點(diǎn)動(dòng)四次相當(dāng)于 1 次全起動(dòng)；電制動(dòng) 1 次相當(dāng)于 全起動(dòng)。 折算典型例子見(jiàn)表 3— 2。 表 3— 3 工作方式 起 制 動(dòng) 狀 態(tài) 熱等效全起動(dòng)次數(shù) 每 小 時(shí)起動(dòng)次數(shù) 每 小 時(shí)點(diǎn)動(dòng)次數(shù) 每 小 時(shí)制動(dòng)次數(shù) 每小時(shí)制動(dòng)并反轉(zhuǎn)次數(shù) 3 4 2 0 8 8 0 0 2 0 0 0 6 4 5 50 100 80 65 30 0 200 0 130 160 0 0 85 65 30 0 0 0 0 30 150 4 5 00 200 160 130 60 0 400 0 260 320 0 0 160 130 60 0 0 0 0 60 300 4 600 400 0 800 0 0 0 0 600 5 20 260 120 0 520 640 320 200 120 0 0 120 5．電動(dòng)機(jī)功率的選用 1)、起重機(jī)用電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算 a、負(fù)載持續(xù)率 選擇 起重機(jī)械類型不同，負(fù)載持續(xù)率也不一樣，通常如表 3— 4 所示。 表 3— 4 類型 輕 中 重 特重 15 25 40 60 起重機(jī)械種類 手動(dòng)和吊鉤起重機(jī) 抓斗、冶金及熱加工專用橋式起重機(jī)，龍門(mén)吊，裝卸橋等 b、初算電動(dòng)機(jī)功率 2=(0 或 9555η （ 式中 n—— 起重機(jī)轉(zhuǎn)速（ r/ 回轉(zhuǎn)阻力矩（ N· m）； V—— 起重機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度（ m/s）； F—— 沿運(yùn)動(dòng)方向的運(yùn)動(dòng)阻力（ N）。 對(duì)于起重機(jī)各種行走機(jī)構(gòu) F=c+7V）· N） 式中 — 運(yùn)動(dòng)部分總量重量（ c —— 行走阻力系數(shù)，采用滾動(dòng)軸承時(shí)， c=10～ 12； 采用滑動(dòng)軸承時(shí)， c=20～ 25。 提升機(jī)構(gòu)：以額定的提升重量 算，即 F=N） η —— 機(jī)構(gòu)的總效率，數(shù)值范圍如表 3— 5。 表 3— 5 機(jī) 構(gòu) 傳動(dòng)型式 機(jī)構(gòu)總效率 用滾動(dòng)軸承 用滑動(dòng)軸承 提升機(jī)構(gòu) 圓柱正齒輪傳動(dòng) 輪蝸桿傳動(dòng) 行機(jī)構(gòu) 圓柱正齒輪傳動(dòng) 輪蝸桿傳動(dòng) 轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 齒 輪 傳 動(dòng) 輪蝸桿傳動(dòng) 0.7 c、功率校驗(yàn) 初算的功率，有時(shí)不一定滿足電機(jī)發(fā)熱的要求，因此應(yīng)進(jìn)行發(fā)熱校驗(yàn)。平均損耗法是一種行之有效的校驗(yàn)方法。 短時(shí)工作的電機(jī)，一般不需要進(jìn)行發(fā)熱校驗(yàn)只注意短時(shí)過(guò)載能力和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的校驗(yàn)。選用電動(dòng)機(jī)短時(shí)額定時(shí)間 應(yīng)大于短時(shí)工作時(shí)間。 若選用斷續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)作短時(shí)工作使用時(shí)，其等效額定時(shí)間 對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 3— 6。 表 3— 6 %） 15 25 40 15 30 60 若需進(jìn)行發(fā)熱校驗(yàn)，可按下式進(jìn)行： P /(Σ ]≥ t（ s） 式中Σ 連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)的額定損耗或斷續(xù)工作制電動(dòng)機(jī) 00%時(shí)的額定損耗（ Σ 1/η N P—— 短時(shí)負(fù)載下功率損耗（ 電動(dòng)機(jī)允許的通電時(shí)間（ s）； t —— 實(shí)際的短時(shí)工作時(shí)間（ s）； T —— 電機(jī)的發(fā)熱時(shí)間常數(shù)（ h），對(duì) Y 系列， T= 2)、斷續(xù)周期工作制下電動(dòng)機(jī)功率的一般計(jì)算方法 首先根據(jù)實(shí)際工作的負(fù)載持續(xù)率 取接近的電機(jī)額定負(fù)載持續(xù)率 后計(jì)算電機(jī)的等效功率 電機(jī)的實(shí)際負(fù)載持續(xù)率 ： ΣT * 555 （ (Σ T s2 T 2b [ Σ 1/2（ 選取電機(jī)的額定功率 3)、 作制電動(dòng)機(jī)各負(fù)載持續(xù)率下功率的換算 換算公式為： ( 100)β /40β 式中 — 工作機(jī)械的實(shí)際負(fù)載持續(xù)率； — 負(fù)載實(shí)際所需的功率 K 和β按表 3— 7 選擇。 表 3— 7 系列 極數(shù) % K β ， 8 10～ 100 1 ， 8 10 10～ 100 10～ 100 1 1 0. 34 ．電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)次數(shù)與輸出功率的關(guān)系 列電動(dòng)機(jī) 的 P— 線，縱座標(biāo) P 為電動(dòng)機(jī)的容許輸出功率，橫坐標(biāo) 電動(dòng)機(jī)飛輪力矩率 C 和每小時(shí)起動(dòng)次數(shù)或等效起動(dòng)次數(shù) Z 的乘積。 C=( 式中 電動(dòng)機(jī)的飛輪力矩（ N· D2 外加負(fù)載的飛輪力矩（ N· 具體曲線參看有關(guān)電機(jī)手冊(cè)，這些曲線給出了不同負(fù)載持續(xù)率下電動(dòng)機(jī)允許輸出功率與 選用電動(dòng)機(jī)時(shí)參考。