bm850t立式加工中心电气控制系统设计大学毕设论文.doc

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1、摘要数控技术发展飞速的今天，数控技术在现代制造业发挥越来越重要的作用，数控机床是数控制造业的核心，随着国际国内经济的迅猛发展，机床工业也有了飞跃的发展：体现在新技术的广泛应用和企业效益的明显改善。目前机床行业的消费主流是数控机床。从国内外市场对数控机床的需求来看，以后数控机床市场具有以下特征：一是经济型数控机床是以后的主流产品。二采用新技术，降低成本，提高产品稳定性是企业生存的关键。本文主要介绍了对数控铣床的电气系统设计的过程。立式加工数控铣削版，对其电气系统设计是尤为重要的，其内容包括进行立式加工中心强电系统设计，PLC部分的电气控制系统设计，伺服驱动系统的选型和电气控制系统设计。本设计给出

2、了整个数字电气控制系统的电路图绘制，重点部分模块化，较详细地介绍了各个部分的功能及用途。分为808D数控系统设计，电源分配电路，直流和交流控制电路，伺服电源电路，急停控制电路，工件照明电路设计，电气元件选择，伺服驱动器、伺服电机的选择,电气线路的连接与调试，常见连接故障处理。通过本设计说明书可以基本上掌握立式加工数控铣床的电气原理，以及基本的电气常识，使读者无论是从整体上还是各个模块中都能够了解到数控铣床相关的一系列电气知识。关键词： 数控系统； 数控铣床； 主电路； 控制电路； PLC控制；电气原理图AbstractNumerical control technology rapid dev

3、elopment today, the numerical control technology play more and more important role in modern manufactuiring, numerical control machine tool is the core of the numerical control manufacturing, with the rapid development of international and domestic economy, the machine tool industry has a leap in th

4、e development, reflected in the wide application of new technology and enterprise efficiency improved significantly. The machine tool industry mainstream consumption is no machine tools. From domestic and international market demand for CNC machine tools, CNC machine after the market has the followi

5、ng characteristics: one is the economical no machine tool is the mainstream products later. 2 adopt new technology, reduce costs, improve product, stability is the key of enterprise survival. This article mainly introduced the process of CNC milling machine electrical system design.Vertical no milli

6、ng machining, the electrical system design is particularly important, its content includes system design, vertical machining center part of PLC electrical control system design, selection of servo drive system and electric control system design. This design gives the whole circuit diagram drawing of

7、 digital electrical control system, the key part of modular, introduces in detail the function and usuage of the parts. Is divided into 808 d numerical control system design, power distribution circuit, do and at control circuit, servo power circuit, stop control circuit, and artifacts ligheing circ

8、uit design, electrical components selection, the choice of servo driver, servo motor, electrical wiring connection and debugging, fault handling common connection. Through this design manual can basically grasp the vertical processing electrical principle of CNC milling machine, as well as the basic

9、 electrical sense, make readers both as a whole and each module can be realized in the CNC milling machine, a series of electrical knowledge.Key words: CNC system; CNC milling machine; Main circuit; Control circuit; PLC control; Electrical schematic diagram 目 录第一章 绪论 11.1 引言 11.2 数控机床概述 11.3 数控技术的发展

10、趋势 41.4 SINUMERIK 808D 4第二章 数控系统设计原理 52.1 数控系统的供电 52.2 伺服控制系统电气控制线路设计 52.3 主轴控制系统电气控制线路设计 62.3.1 单极性主轴 62.3.2 双极性主轴 62.4 其他辅助功能的电气控制线路设计 6第三章 SINUMERIK 808D 组成及电路 83.1 三相电源引入 83.3 排屑系统控制 103.3 斗笠式刀库控制 113.4 机床照明温度控制 143.5 润滑控制 153.6 主轴驱动 173.7 伺服系统轴驱动控制 183.8 行程开关 183.9 808D 数控系统 20第四章 电气数控系统主轴驱动 21

11、4.1 机构方式以及选型 214.1.1 电动机 214.1.2 电动机玄星条件 21 4.1.3 电动机选型 224.2 变频器电动机主轴驱动装置 22 4.2.1 设备的选型方法 22 4.2.2 变频器主轴伺服驱动电路 23第五章 系统各部分元器件选型 245.1 低压电器选择及遵从的原则 245.2 断路器选择标准 245.3 自动开关的选择保护装置 255.4 接触器的选择 255.5 热继电器的选择 255.6 中间继电器的选择 26结论 27参考文献 28致谢 29第一章 绪论1.1 引言随着科学技术和市场经济的发展，国际化竞争日趋激烈，工业产品和制造产品更新越来越迅速，中、小型

12、工厂批量的生产也越来越多。在机械、军工、航空工业，其生产的零件几乎占产品数量75%80%，而且零件外部结构也越来越复杂，精度要求也越来越高标准。传统的机床设备己不能满足需求，硬性加工相对于柔性加工的劣势更加明显，相关装备的数控技术需求也日益加大。数控技术是对机械运动和工作过程进行控制的数字信息技术，数控装备是对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的，以数控技术为代表的新技术机电一体化产品，即为所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域：（1）机械加工制造工艺；（2）信息加工处理及传输技术；（3）机械自动化技术；（4）伺服驱动；（5）各种安全技术操控传感器；（6）计算机软件技术等。1.2 数控机床概

13、述数字控制(Numerical Control缩写为NC)简称为数控，是指一台或多台设备用数字指令来控制的动作。它所控制对象有以下几类：1、顺序的程序控制动作。2、辅助功能控制。如：主轴、坐标进给速度、更换刀具、开闭冷却液等。3、决定有关部件位移量和相对位置关系的坐标控制。通过多年机床的控制经验与数字技术的密切结合使数控技术发展起来，采用数字控制装置的机床实现了自动化和高效率加工，于是数字控制机床统称为数控机床。在加工合理化及高效率方面，数控机床与普通机床相比具有许多优势。数控加工作为机械加工多品种，小批量生产的一种自动化手段。其中突出的加工速度快、自动化程度高是数控机床的绝对优势。数控加工也

14、能保持加工条件不变，而使产品质量稳定。由于加工所的条件(吃刀深度、进给量、主轴转速、刀具等)都己事先由指令规定，所以无论由谁操作都能得到同一加工质量。数控加工极大地提高外形复杂零件的加工效率和加工精度。通过数控加工的零件，由于提高了工件与基准面相关尺寸的加工精度，有可能大大提高零件装配的互换性，而提高装配质量和效率。由于加工时间固定，有利于管理，更进一步促使加工定量化，以达到生产管理的合理化、标准化。这为实现计算机管理生产乃至建立计算机集成制造系统都打下了坚实的基础。由于操作技术被数据化后，熟练工人就可以减少。可以大幅度减少人为的操作失误，而降低废次品率。可以不间断地连续加工，从而缩短了加工周

15、期.由于工夹具的标准化，减少了工夹具的需用量。正是由于数控机床的这些特点，从本世纪五十年代以来，随着电子、计算机、自动控制以及精密机械与测试技术的不断提高和发展，数控机床也在迅速发展和演变。世界上的第一台数控机床是由美国在五十年代开发研制的，使用电子管元件，体积庞大。到六十年代，由于半导体晶体管的开发应用，数控系统的可靠性提高、价格下降。七十年代随着中小规模集成电路的应用并伴随着纸带传输系统的出现，大大提高了机床的加工效率及使用的灵活性，也使数控机床日趋完善。八十年代以来，微处理器的发展与应用，数控技术也迎来了计算机数字控制(Computer Numerical Control缩写为CNC)时

16、代，随着微处理器的运算速度的不断提高，数控机床的功能和应用范围也在不断的发展与扩大。 数控车床可分为卧式和立式两大类。卧式车床又有水平导轨和倾斜导轨两种。档次较高的数控卧车一般都采用倾斜导轨。按刀架数量分类，又可分为单刀架数控车床和双刀架数控车，前者是两坐标控制，后者是4坐标控制。双刀架卧车多数采用倾斜导轨。 数控车床与普通车床一样，也是用来加工零件旋转表面的。一般能够自动完成外圆柱面、圆锥面、球面以及螺纹的加工，还能加工一些复杂的回转面，如双曲面等。车床和普通车床的工件安装方式基本相同，为了提高加工效率，数控车床多采用液压、气动和电动卡盘。 数控车床的外形与普通车床相似，即由床身、主轴箱、刀

17、架、进给系统压系统、冷却和润滑系统等部分组成。从这些年数控机床的发展可以看出，它正向着高精度、多功能、高速化。（1）高精度现代社会对工业产品对精度的要求越来越高，近十年来，普通数控机床的加工精度已由10m提高到5m,精密加工中心则从35m提高到11.5m，并且超精密加工已开始进入纳米级（0.01m）。超精密加工机床在向更高精度（纳米级）发展的同时，也向高效率、和大型化发展。与之相适应，在计算机技术发展的推动下，各种加工精度补偿技术得到了应用和发展，机床结构材料也开始普遍采用各种性能稳定、温度影响小的新型材料，如:花岗岩、精密陶瓷等，使得数控机床的各项精度越来越高。（2）高速度提高生产效率是机床

18、技术发展的永恒主题，这也表现在提高机床主轴的转速上。中等规格的机加中心的最高转速为4000-6000rpm，到了九十年代，则达到8000-12000rpm;另一方面，坐标轴的快速移动速度的提高，换刀时间和托盘交换时间等非切削时间的缩短，也使机床的加工效率大幅提高。（3）高柔性当代产品的多样化和个性化，对机床提出了更高的柔性加工要求。如铣削加工中心可以铣削、钻孔、攻丝等。这种将各种加工功能在一台机床上进行集成，均是为了在一台机床上实现一次装夹就能完成对零件的不同加工要求，这充分展示了机床加工的柔性，并有利于提高加工精度。（4）高自动自动化是指在全部加工过程中，减少“人”的介入，而能自动地完成规定

19、的任务。传统的自动化往往与大批量生产联系在一起，使用大量的专用设备和组合机床。而目前可以通过数控机床和机械加工中心，既可在大批量生产中实现自动化，也可在小批量、多品种产品生产中实现自动化加工。（5）造型宜人好的数控机床不仅功能齐全、操作安全可靠、性能良好，而且要成为外观宜人和符合操作人体学的一件艺术品。（6）操作简单从LED显示到TFT液晶显示，操作从按大量按钮到菜单选择甚至对话框操作使操作越来越简单，显示信息越来越多、越来越明快。（7）高可靠性大规模集成电路及计算机的应用，使得数控机床越来越可靠。同时，数控机床的这些特点也使得机床的数控化不仅从传统的铣、锉、车、钻一类切削机床，日益广泛地向磨

20、床、压力机等塑性加工机床、绘图机、气割机等特殊加工设备方面发展,也向柔性制造系统(FMS)，高速机床、专业机床发展。应用范围日益扩大。但是，数控机床毕竟是一种高自动化的设备，技术复杂、成本较高，从其使用的经济效益出发，在目前阶段，特别是在我国，仍多用于精度高、形状复杂的批量零件的加工。相信在不远的将来，随着数控技术的发展，以数控机床为核心的柔性制造系统、无人工厂必将逐步取代现有的生产模式，成为机加行业的主导力量。1.3 数控技术的发展趋势数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业自动化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（IT、

21、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。1.4 SINUMERIK 808D西门子公司2012 年发布的 SINUMERIK 808D数控系统，为经济型车床和铣床提供了最新的数控技术。这款结构紧凑、具有友好用户体验的数控控制器，适用于经济型的车削和铣削应用，并将进一步替代现有的 SINUMERIK 802S/C 控制器。SINUMERIK 808D 数控系统分为两个版本，即铣床版和车床版。 现以铣床版为例，阐述配合数控系统的外围电气控制线路的设计。29第二章 数控系统设计原理2.1 数控系统的供电SINUMERIK 808D使用直流24

22、V电源，通过接口X1与直流24V电源连接。 系统所使用的电源建议与PLC输入输出的24V电源独立。直流电源的容量和质量是系统稳定运行的关键。 进行24V直流电源容量计算时，需要注意4个方面：（1）数控系统瞬时启动消耗的电流为5.0A，正常运行消耗的电流为1.5A。（2）驱动器 SINAMICS V60 消耗的 24 V 电流，不带抱闸电机时为0.8A/轴，带抱闸电机时为1.2A/轴。（3）PLC输入输出点的最大负载能力为0.25A/输入点。（4）机床上使用的其他电气设备（如电磁阀、风扇、指示灯等），根据铭牌标识计算。另外，还需考虑工厂内部的设计规范，以及考虑相关冗余量。2.2 伺服控制系统电气

23、控制线路设计数控机床进给伺服控制系统完成对进给轴速度和位移的控制，直接决定所加工零件的精度和质量。对于经济型数控车床， 进给轴一般为半闭环控制，推荐使用SINAMICS V60服驱动器与808D数控系统配套使用（也可以使用其他驱动器）。SINUMERIK 808D数控系统通过脉冲驱动接口X51和X53输入输出进给轴控制信号， 本文以X轴接口X51为例， 简述与伺服驱动器的连接。V60的X5接口接收来自于808D的轴控制信号，包括脉冲（PULS）、方向（DIR）和使能（ENA）信号。V60的X6接口，其中RST引脚接收来自于数控系统的报警清除信号， ALM 引脚输出驱动报警信号至数控系统，RDY

24、引脚输出“驱动就绪”信号至系统，Z-M 引脚输出零脉冲信号至数控系统， 数控系统需要利用此信号完成回零操作。 另外， +24V引脚接收来自于数控系统的直流电源，M24引脚同理。需要注意的是：由于V60的+24V电源来自于数控系统的脉冲驱动接口，此接口由数控系统的数字量输出接口X200 供电，所以即使X200的数字输出量用户不使用，但 X200 接口的+24 V和M信号也必须连接。需要强调的是：808D 数控系统与之前的 802C 连接不同，808D根本没有位置反馈输入的接口，所以电流环、速度环、位置环这三环的PID调节全部交由伺服驱动完成，数控系统只是负责发出指令而已。2.3 主轴控制系统电气

25、控制线路设计数控铣床的主轴带动工件高速旋转，通过与刀具的相对运动完成零件的切削。对于经济型数控铣床而言，主轴只需要能够实现无级调速即可，这可以通过普通变频器实现。 根据转向的控制方式，具有两大类别：单极性主轴和双极性主轴。2.1.1 单极性主轴单极性主轴以X54为808D主轴控制信号输出接口，AO和AGND引脚输出010 V模拟量电压信号控制主轴的转速，使能信号一般不用。转向由快速输入输出接口X21的CW和CCW信号输出。快速输入输出是由NC直接控制的数字量输入输出接口，用于需要NC快速响应的场合。作为铣床，铣削螺纹是必须的功能，所以数控系统的X60接口接收来自主轴编码器的信号。2.2.2 双

26、极性主轴与单极性主轴不同，双极性主轴转向、转速控制信号都由X54输出，所以AO和AGND引脚输出10V的模拟量电压指令，指令电压的正负即代表了旋转的方向，此时主轴使能信号应该连接上。应该强调的是：无论是单极性主轴还是双极性主轴， 808D的X60接口都连接了主轴编码器，但此处的编码器与进给轴的编码器有着本质的区别。对于经济型数控车床而言，主轴的编码器并不是为了构成主轴转速的半闭环控制，而是车削螺纹的需要。事实上，数控车床的主轴转速就是一个开环控制，鉴于主轴转速对被加工的零件质量的影响程度，没有必要完成转速的闭环调节。2.4 其他辅助功能的电气控制线路设计关于冷却、刀架等相关辅助功能，都是标准连

27、接，此处不再赘述。需要注意的是：西门子数控系统在出厂时都配置有相应的样例PLC程序，相应的PLC输入输出点已经定义完成，设计控制线路时需要据此连接，才能保证软硬件的配合。第三章 SINUMERIK 808D组成及电路3.1 三相电源引入设计三相380V/50HZ电源引入电路：用空气开关实现电源分断和短路保护，带接地保护端，确保电路接入安全，是808D数控系统的动力来源。U，V，W为三相380V/50H电源，附有PE接地端，QF1，QF2分别为空气控制开关，实现安全接入断开，实现电源电压通电保障，确保电路安全。整体组成了三相380V电源，通入三相380V电压，通过电路的流程使电压安全可控输入，保

28、证其他电路设施正常运作，电路中的接地线也符合了安全用电的准则，电路设计如下图所示：图3-1设计变压器控制电路：将380V变换为220V供开关电源等电路。实现变压，使电路系统正常工作运行，主要部件变压器，使用380V AC通过TC1 3.5KVA变压为220VAC输入到系统电路连接端。确保稳定电流电压输入。整体通过电源干路得电，通过电路过滤疏导，使电源电压可控，即通过变压器元件将380V电转化成220V有用电的过程，附有接地安全控制导向，具体电路情况如下图：图3-2设计开关电源电路：输入220V交流，输出24V直流，给PLC输入输出部分供电。小块电路控制采用直流电24V安全电压，确保操作人员安全

29、，引用了交流变直流，空气控制开关实现过载保护，控制系统模块化接入，连入干路传输。具体过程是通过220V电压电源导线得电，经过空气控制开关以及交变直流转换，形成24V安全电压控制端，实现安全操作系统，这一步将不可触及的资源通过电路得以实现控制的重要操作步骤，具体图示如下：图3-33.2 排屑系统控制设计螺旋排屑控制电路：实现排屑电动机的正反转，包括PLC输入输出，中间继电器，交流接触器。排屑电路分为排屑电机正反转，排屑电机辅触实现螺旋排屑，三相输入过载控制反馈调节，安全接地线。主要由PLC控制整个电机电路的运行逻辑，实现电路安全，排屑正常。通入三相380V电源通过过载控制阀导入电机，实现运转，中

30、间部分通过电磁效应形成自动控制开关，使两边线互换位置导通电流形成正向和反向电流通入电动机，实现了电动机的正反转确保排屑系统顺利进行，具体如下图所示： 图3-4此图为PLC输入和PLC输出系统图：图3-5图3-63.3 斗笠式刀库控制设计斗笠式刀库控制电路：电动机驱动刀盘的正转和反转 ，电磁阀控制刀盘的前进和后退。这个控制系统分为三部分，也是机械加工中的三个刀库进给旋转的三个模块。一图刀库控制与排屑电路有类似之处，电动机的正反转实现工件切削，电源接入变压，开关控制实现反馈调节。二图刀库控制较复杂，分为：刀库辅助电路，刀库计数电路，刀库原点电路，刀库前进电路，刀库后退电路，刀盘正转电路，刀盘反转电

31、路，刀盘前进电路，刀盘后退电路。三图刀库控制通过一条电源接入，两个开关并联接入系统控制，实现三刀库进给，切削。具体通过电磁线圈自动控制使电动机正反转，通过导线触点空开保护控制使刀具正常运作，实现加工零件铣削工序具体如下图：图3-7图3-8图3-93.4 机床照明温度控制辅助电路机床照明电路设计：交流220V供电，有短路保护，PLC控制灯的亮灭。照明电路相对简单，就是一般正常并联照明电路通过PLC自动控制，PLC灯亮则正常照明，PLC灯灭则停止工作。电源得电后通过空气控制阀使其形成安全过载保护电路，通过照明元件形成照明工件的功能，实现铣床精细加工前提条件，具体电路如图： 图3-10设计冷热交换器

32、控制电路：220V交流供电，带过载保护，并且可由PLC检测。通过PLC检测自动控制电路开关闭合，实现冷热过载保护，220V交流提供电流供给。电源得电，经过空气控制过载保护阀流通冷热交换器，实现冷热交换控制系统，接地电路，确保安全，如图所示：图3-11 这一部分是电路安全很重要的一步，确保工作系统正常，高效率运作的唯一保障，也比较容易忽略。因此，也起到了很大的作用。3.5 润滑控制设计润滑控制电路：由PLC控制自动进行。通过电源接入通过空气控制开关流入电动机，PLC自动控制信息提供给电路开关，将其打开闭合实现电动机运作，输送润滑油，其中有机床润滑检测电路反馈，使其自动控制润滑输出，实现润滑工序，

33、保障设备正常运作，确保加工安全性，高精度，高效率进行，具体电路如下图： 图3-12设计气源气压低报警电路：传感器检测到压力低信号时，送到PLC输入端，实现报警显示。 图3-13如上图所示，通过气源电压控制报警，传感器检测电压低信号，通过PLC显示报警信号，进而实现PLC自动控制通过润滑供给电路开关控制实现润滑，确保工件正常无误差的工作，完成切削流程。润滑电路同样也是起到辅助正常工作的电路系统，容易被忽略，其中的润滑控制也对工件正常加工起到不可或缺的作用，是机械加工数控系统重要的一部分。3.6 主轴驱动设计主轴伺服驱动电路：包括三相380V供电，主轴驱动器，主轴电动机，主轴编码器，主轴风扇电动机

34、等。通过电源得电流经过载保护安全控制阀，流入电动机使其正常运转，主轴编码系统控制信息输送，使其接受正确命令，经过主轴驱动程序处理给电动机发信号使其自动控制工作工序，具体如下图所示：图3-143.7 伺服系统轴驱动控制设计X、Y、Z轴驱动控制电路：包括三相220V供电；X、Y、Z驱动器，伺服电动机，编码器；控制指令信号等。立式加工中心为了合理高效的控制，设计了伺服驱动系统，通入三相电后经过安全阀控制电路开合，使驱动系统运转行成指令，驱动各方位轴的运转形式，使其有目的的加工零件实现立体360度三面加工，具体还通过PLC控制操作，实现方便，快捷，高效加工驱动，具体如下图：图3-153.8 行程开关设

35、计X、Y、Z轴的正负限位行程开关、回零减速开关控制电路。设计急停信号控制电路。 这一步分是通过开关控制来解决了控制的输出实效，每种开合实现一种加工模式，实现了多自由度的加工工程，如下图：图3-16 图3-173.9 808D数控系统设计808D数控系统连接电路：包括PLC输入输出、手轮、机床操作面板MCP、各轴位置和速度指令、24V供电。、808D数控系统是整体机床控制的核心，通过电路连接形成信号输出，传给工作电路，形成驱动加工具体连接如下图，808D数控系统一目了然是集结整体机床控制的全部操作方式，我们可以通过操作系统来实现工件的高精高效加工，是工业技术进步的重要标志，也是现代工业的主流形式

36、。图3-18第四章 电气数控系统主轴驱动 4.1 结构方式以及选型电动机选择应了解电动机的使用环境，以便满足电动机的使用要求。高压电机电动机的结构型式主要指电动机的外壳防护型式、冷却方法及安装方法等。电动机的外壳防护型式按防止人体触及、固体异物进入电动机内，选用电动机时应格外谨慎从事。按电动机的结构及安装型式，可分为卧式安装和立式安装两种，它们又分为端盖无凸缘和端盖有凸缘两种型式。一般情况下大多采用卧式安装，特殊情况下才考虑采用立式安装。立式和有凸缘安装的电动机价格较贵。轴伸是电动机转子与机械负载连接，从而传递转矩和转速并输出机械功率的部分，有单轴伸、双轴伸、圆柱形轴伸、圆锥形轴伸等型式。大多

37、为圆柱形单轴伸结构，可根据实际需要选用。4.1.1 电动机如果供电电压不变,负载转矩不变,那么就可以认为电机是匀速旋转的,因为电动机的电磁转矩和电压密切相关,当电压没有波动的时候也就是说电磁转矩是恒定的,电磁转矩是促使电机转子转动的,负载转矩是阻止电机转子转动的,两个力是相反的,这样的话当两个力平衡时电机就是做的匀速转动,当负载转矩变小时,电机速度会有所升高,但是当升高到一定程度后又会恒定在某一个速度上转动!4.1.2 电动机选型条件：首先，一般应用建议选用交流电机。第二，根据功率确定是采用单相电机还是三相电机。一般几个千瓦以上的都建议采用三相电机，三相电机的转矩平稳性较好。再根据电网和实际功

38、率选择电压等级和容量。第三，根据你对电机转速的稳定性的要求，比如说，负载变化后，是否允许转速有少量的变化，如果允许，建议选用异步电机，否则，只能选用同步电机。第四，根据转速范围选择电机极对数。你说的不清楚，只能提供上述建议。首先，一般应用建议选用交流电机。第二，根据功率确定是采用单相电机还是三相电机。一般几个千瓦以上的都建议采用三相电机，三相电机的转矩平稳性较好。再根据电网和实际功率选择电压等级和容量。第三，根据你对电机转速的稳定性的要求，比如说，负载变化后，是否允许转速有少量的变化，如果允许，建议选用异步电机，否则，只能选用同步电机。第四，根据转速范围选择电机极对数。4.1.3 电动机选型根

39、据功率确定是采用单相电机还是三相电机，高压还是低压电机。一般几个千瓦以上的建议选用三相电机，三相电机转矩平稳性较好。再根据电源和实际功率大小选择电压等级和容量。对电机转速的要求，比如负载变化后，是否允许转速有少量的变化，如果允许，建议选用异步电机，否则，只能选用同步电机，还有是否有多级变速要求，如果有那在控制上还要加变频器或串电阻变速。然后根据转速范围选择电机极对数，2极电机是3000转/分，4极1500转/分，6极1000转/分等等。部分同功率电机还有大、中、小型机座等，根据现场要求选。4.2 变频器电动机主轴驱动装置4.2.1 设备的选型方法根据负载特性选择变频器，确定变频器的负载后，选择

40、变频器额定容量为电动机额定容量, 即把变频器的容量提高一个等级。变频器的选择应将电机的额定功率只能作为参考，以电机实际电流值作为变频器选择的依据。另外, 应充分考虑变频器的输出含有丰富的高次谐波, 会使电动机的功率因数和效率变坏。因此, 用变频器给电动机供电与用工频电网供电相比较, 电动机的电流会增加，温升会增加。所以在选择电动机和变频器时, 应考虑到这种情况, 防止温升过高, 适当留有余量, 避免影响电动机的使用寿命。符合的电动机过载力矩一般为212218 倍, 为了充分发挥电动机的负载能力,提高位能负载设备的安全性能, 采用变频器进行控制，因此必须提高所适配的变频器容量, 以便提高变频器电

41、动机系统的瞬时过载能力。用于控制几台并联的电动机时，一定要考虑到电动机变频器的电缆的总长度在变频器的容许范围内。如果超过规定值，变频器选择要扩大一档或两档来选择。另外在此种情况下，变频器的控制方式只为一种方式，并且变频器无法实现电动机的过流、过载保护，此时需在每台电动机侧加熔断器来实现保护。4.2.2 变频器主轴伺服驱动电路采用数字信号处理器作为控制核心,可以实现比较复杂的控制算法,事项数字化、网络化和智能化.功率器件普遍采用以智能功率模块为核心设计的驱动电路,其内部集成了驱动电路,同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路,在主回路中还加入软启动电路,以减小启动过程对驱动器的冲击.

42、功率驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相电或者市电进行整流,得到相应的直流电.经过整流好的三相电或市电,再通过三相正弦电压型逆变器变频来驱动三相永磁式同步交流伺服电机.功率驱动单元的整个过程可以简单的说就是AC-DC-AC的过程.整流单元（AC-DC）主要的拓扑电路是三相全桥不控整流电路.一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服马达进行控制，实现高精度的传动系统定位，如今是传动技术的高端产品。伺服驱动器广泛应用于注塑机领域、纺织机械等领域。第五章 系统各部分元器件选型5.1 低压电器选择遵从的原则1、回路的工作电压应大于低压电器的额定电压。 2、回路的计算工作电流应大于低压电器的额定电

43、流。3、低压电器设备的遮断电流应不小于短路电流。4、热稳定保证值应不小于计算值。5、按回路起动情况选择低压电器。如，熔断器和自动空气开关就需按起动情况进行选择。5.2 断路器选择标准断路器其保护装置由三部部分组成，即过电流（电磁）脱扣器、热脱扣器、失电压（欠电压）脱扣器组成。断路器相当于电源开关、熔断器、热继电器和欠电压继电器的组合，是一种既有手动开关作用又能进行短路、过载、失压（欠压）保护的电器。选用断路器时，被控线路的额定电压应大于断路器的额定电压，其所安装的过流脱扣器和热脱扣器的额定电流应大于断路器的额定电流。其中被保护线路的额定电流也应小于或等于过电流脱扣器和热脱扣器的额定电流。负载电

44、路正常工作时的尖峰电流应小于等于过电流脱扣器的瞬时脱扣整定电流，对于电机负载，其断路器的电流脱扣器的瞬时脱扣整定电流应取电机允许启动电流的1.7倍。热脱扣器的整定电流应取被控电机或其它负载额定电流的1.1倍。选用断路器应参照断路器厂家样本中所示的电流脱扣曲线图和热脱扣曲线图，作为选择断路器的依据。保护：过载，短路，欠电压一般选型：1、断路器额定电压线路额定电压；2、断路器额定电流线路计算负荷电流；3、断路器脱扣器额定电流线路计算负荷电流；4、断路器极限通断能力线路中最大短路电流；5、线路末端单相对地短路电流不小于1.25 倍的自动开关瞬时（或短延时）脱扣整定电流；6、断路器欠电压脱扣器额定电压

45、等于线路额定电压。5.3 自动开关的选择保护装置1、长延时电流整定值电动机额定电流；2、6 倍长延时电流整定值的可返回时间电动机起动时间；3、鼠笼形瞬时整定电流为815倍脱扣器额定电流；绕线形瞬时整定电流为36倍脱扣器额定电流。5.4接触器的选择交流接触器是可频繁接通或断开电机或其它负载，利用电磁线圈的吸力特性使触头闭合或断开大电流电路，其交流接触器的额定电压，负载回路的电压大于等于其额定电压。被控回路的额定电流大于等于交流接触器的额定电流。5.5 热继电器的选择1、长期工作或间断长期工作电动机热继电器的选型（1）按电动机起动时间选择：（2）按电动机额定电流选择：Iz（0.951.05）Ied（3）按断相保护要求选择：星形接法的电动机采用三极热继电器；三角形接法的电动机应采用带断相运转保护装置的热继电器。2、反复短时工作电动机保护用热继电器的选用星形接法的电动机采用三极热继电器；三角形接法的