基于机电耦合动力学和数学模型的电主轴系统软起动特性

2017-03-03罗会高翔张素芬成晓丽石家庄信息工程职业学院河北石家庄050000

化工管理 2017年6期

罗会高翔张素芬成晓丽（石家庄信息工程职业学院，河北石家庄 050000）

罗会高翔张素芬成晓丽（石家庄信息工程职业学院，河北石家庄 050000）

电主轴实现平稳快速的启动，对机电施工来说很重要。现有电动机启动的传统的迭代方式，显然已经不能够传达出电流和启动数据的关系，且在降压条件下不能满足输出频率的需求，难以达到生产需要。本文结合机电耦合脉冲信号的转矩进行分析，通过电动机电磁设计和保真分析，并结合一些实际情况来对其软起动特性进行简单介绍，给以后机电工程建设提供一定帮助。

逆变器；电主轴；机电耦合；软起动

所谓电主轴，就是将机电床位的主要功能和电动机相结合，实现更多功能特性的主要结构。具有良好的传动优势，结构紧密；传输速度快，对周围产生的影响较小；能够在一定范围中实现短暂的起停和精确控制；电主轴通过逆变器进行传输供电，具有更为便捷的启动效率，传输效果比较平稳。但是如果机电主轴的参数配比不对，就会造成机电耦合振动，影响电主轴的传输，引起设备温度的升高，还会反馈给电网，影响电源模型的配置参数，进而影响系统稳定。如果进行系统参数之间的平稳调节，就不会产生机电耦合参数的变化，因此改变机电启动时间相当重要。

1 软起动过渡过程机电耦合机理

为实现电主轴转轮线速度的改变，提升电动机工作的稳定性，通常采用较大的磨砂齿轮，因为机床的电主轴使用的传统惯量不如磨用电主轴，下面主要通过磨用电主轴进行简单分析，对机电机床施工的降频生产合理探究。在系统软起动规律下，通过机电软起动和降频启动都会对逆变器参数产生一定影响，电主轴参数和磨砂齿轮和系统频率能够产生一定的过渡作用，对于正弦式电压供电能够进行降压软起动，在过渡过程中会有一定程度的下降，尤其在砂轮的变化过程中会明显有转动电流的变化。这种明显变化，在逆变器输出中呈现显著特征，电流会呈现脉冲式谐波变化，容易产生脉冲转矩。如果多次正弦式电流产生相互作用的效果，那么转动电主轴就会产生明显的变化，磨砂齿轮引起振动，引发更高层次的谐波机电耦合振动。

2 这里的数学建模，主要是研究电力负荷母线上的总体负荷吸收的功率随着负荷母线的电压和频率的变动而变化的关系，这种用于描述负荷特性的数学方程即为电力负荷模型

电力负荷模型对电力系统稳定性的计算结果影响较大。在临界情况下，还有可能改变定性结论，或者掩盖一些重要现象。不恰当的负荷模型会使得计算结果与实际情况不一致。负荷模型是否正确，将会直接影响电力系统的运行。所以，采用不同的负荷模型，计算结果可能因相差一条线路的投资，相差上百万元。

3 启动性能的规律

电主轴的降压软起动过程中，通常会产生大量的高层次谐波振动，引起启动系统变化。为了减少这种系统软起动的效果，以下结合软起动的具体过程进行分析，探寻软起动的效果。

3.1 逆变参数对系统软起动性能的影响

逆变器的工作中，调节电主轴和降压频率，电主轴的主要参数和磨砂振子都不会产生影响。在实验中，首先维持一定的启动时间，然后将电主轴状态下设备的变化情况进行调节，分析系统运作的稳定性，在短期内进行逆变参数的调节。

3.1.1 起动频率对系统软起动性能的影响

在起动频率对电主轴产生一定危害时，其他设备的逆变规律不会产生影响，其中逆变器主频主要维持在9khz。通过实验显示，在不同起动状态下机电耦合动力参数是不一样的，仍然存在较高的降频起动性能，且会随着频率的升高逐渐发生改变。电主轴在不同频率下也得到不同的启动分子，和砂轮模块变化，这类启动频率的变化很难受到电主轴脉冲信号的影响，峰值电流不会产生较大影响，同时由于脉冲转矩在不同频段内重复出现，导致三角波载频率受到一定影响，调节周期在逆变电流周期进行变化。

由此可见，逆变电流的高层次主频机电耦合变化，不仅仅存在于机电主轴系统上，更多的是其他系统的主要频率变化对于负载周期的影响，而这种影响也会对负载机械传动系统产生作用，必须提前进行调节。

3.2 电动机电磁设计参数对系统软起动性能的影响

电动机中不同频段的脉冲信号，能够直接影响到脉冲转矩等参数的变化，破坏其设计稳定性的调节，所以应对系统软起动平台的变化加以抑制，使用对电动机电磁设计最为有利的参数。从实验中我们发现，在启动峰值电子参数的作用下，电主轴启动的过渡会产生很大变化，以磨砂齿轮振动为前提的电流峰值变化，完全取决于高层次谐波脉冲信号的影响。而为了降低脉冲电流对启动效果的影响，一般都会采用机械振动的方式对电流进行短暂的冲击效果，使用定量的电子模式来满足工程建设中的需求。

通过对高层次谐波机电耦合振动调节，电动机的效率明显较低，系统饱和度很小，功率参数不容乐观。并且对高层次电流波动存在一定抑制作用。机电系统平稳性的传递，能够体现电动机的综合特性，而负载参数的分配变化一般在系统降频部分较为合理。

3.3 转子槽形对系统软起动性能的影响

对于电动机的转子而言，一般槽形转子更能够发挥电动机参数的主要优势，发挥系统性能的强力作用。因为其主要电动机的波动峰值变化较大，缺乏相应的电动磁饱和模块，稳定性能如何，仍然有待探索。