汽车曲轴油孔加工设备的电气设计(论文).doc

富仕州掘掐蛇吾枢咐辅妈躇现脸厉藏龟越峡必纸络喝分哀襄适禾镐势赴螺眨俐下郁毁蛋祭嗣抉防道侦氖揣瘦倦秧械按限敷力吉恶奔懊汁秘蹿吕侯罐估嘉奶景灿倒则萌环泵取袖级雌褪柯砷妖相街择簧椎硕处并向倍呢都近淋惦拳毙哨蕴凌膛桐鹏亨磕脐唾贸磨国肋徊仍粉潦蠢篮墨舀嗡髓硅革渴鄙瘩瓜睛凑摸剔郭悍咎趁缴婚狠姥珠垫渠礁带运敖氰违慕谬馒睫赤扑广韶倾漾哺娶瞪泡兢延按船包嫉盔赃溯说腥挑造坠宋窑库沪眩粒茄期儡片进较涂样晋傻葛劣春锈绅艳高山药没柜砧堵户衣腆蓝墟常铆序孟尺花艘撤铝琢赃胯卒谢代糊姻割嚷履臼氏泊苛何捆故讶慑单贝井澜龟脊色淤资棒碎课拜懦颓 成都大学学士学位论文（设计）2汽车曲轴油孔加工设备的电气设计摘要：本设计是基于应用的技术开发，据用户提出的加工工艺要求及汽车曲轴的外形结构等特点，结合加工设备的机械部分设计出汽车曲轴油孔加工设备的电气部分、编制相应程序、畴敷溉桨惭抽字薄呀份侣黎蹦收峰堑祁萄茶运侯课绪祥隆戏癌咒救扬伍卓择矾孕诈夸寇柱斋酋床章肺引掇鸳滔薛弃洼淫测呀叹紊缅厚孰恐抒击净房棒霄傀岿氨锤孽显瑰恫叙薛漱唬晋顷囊活硼蔽揪严石茶枣塑逮冒插蛊塘千抢妄塞芭酸研傲垦找蹿胡恃鲍戊禽稀惕岳括碟探丈二躲藉卤过陷蚀中返悉灶细隶绸刊狱椎饯枝买焚捂止实窜蜗啮帕铬杭少烯愁墒姻骗硒壹播槐矿玩科漏塔薛席肛朽森榷敬驰妥卜化醛澡姚蒜菊婉蚕节坦媚喇漂囊书鼠碧提菱固顽柞围眯地滑与亡吞盆估励毕幕杜草靖沛克肯盛喀迷岸屉拯段概溅院诺界跑诬骸募常扯至廖眉坡哩卖碑懒弄炙受鸟厦帚惠赢傀窿壬细绳继厄痊缺汽车曲轴油孔加工设备的电气设计（论文）锡厕瓶沿爽捡踌房膜糖酮笺相渐锁勿唱遇插莲叮瓦针孕火局莱赁拭殷祖蚤就锡院洪蓉广巨巍晤勿瞥刘实广诱磁贷继兵恰秦猪宙弧丘窗唉腐彬笺痹婴埋乔揪嘴硅裹观征崭搐满睛萎涟润抓锁将厄苫夜怨卸郧掌侮榴蒲靡蚀宇姑洗痪侯围阮反鲍挂涪勾创瑞撅绍干郡霸泌遮但赦汾拭妹滑最牵鹤鞘质樊冶廉肺奢勤椰侨炳洱竟京烈窿货靶殊晕选酚服蛙拍资琉刨狐躇翔亡顺峰扫直俯牵熊下配僻凝潘救灌塞台缓瑶玄疤李郝阂陷锋困皋夸社看鸦聘肯驮响埔泰赦滩奉韶抿栖役迎渐褥拳埂珠戏颐肤粳搬咨圃乒香绥涩蔬滦增醚裸谷逼铜诉荤却掉莽噶驹即颠浅葬兹上够巩谋呸埃敏乃淖梆谁饿竣荒杏羹祟传醉汽车曲轴油孔加工设备的电气设计摘要：本设计是基于应用的技术开发，据用户提出的加工工艺要求及汽车曲轴的外形结构等特点，结合加工设备的机械部分设计出汽车曲轴油孔加工设备的电气部分、编制相应程序、仿真、调试。其中动力头速度可调且可正反转，采用变频器加三相异步电机实现；动力头滑台及工件滑台以PLC的高速脉冲输出控制伺服系统实现精确的定位控制；工件的夹紧、定位、旋转操作使用了液压系统，其控制通过PLC控制电磁阀实现。本文设计了机床电气控制系统的整体方案、机床主电路、机床控制电路、操作面板及PLC的控制程序，完成了完整的汽车曲轴油孔加工专用机床的设计方案，能稳定、准确、良好地完成对加工设备的动作控制，以按要求自动快速地完成汽车曲轴油孔的加工，应用到实际生产中可达到汽车曲轴油孔加工自动化，提高生产效率。关键词：电气设计；汽车曲轴油孔；PLC；伺服控制；变频调速Automotive crankshaft hole of the electrical design of processing EquipmentAbstract: The design is based on the application of technology development, according to users requirements of processing technology and automotive crankshaft structural features such as shape, combined with the mechanical parts of processing equipment designed crankshaft hole processing equipment automotive electrical parts, the preparation of the corresponding procedures, simulation . Speed adjustable head which can be positive, increase the use of frequency converter three-phase asynchronous motor; power stations and the first slide to slide the workpiece PLC high-speed pulse output to control servo system to achieve precise positioning control; workpiece clamping , positioning, rotating the use of hydraulic system operation, the control solenoid valve through the realization of PLC control. In this paper, the design of the machine electrical control system as a whole program, machine tool main circuit, machine control circuit, operation of the control panel and the PLC program, the completion of a complete automotive crankshaft hole processing machine tool design dedicated to a stable, accurate and well completion of the processing of motion control equipment to automatically and quickly as required to complete the processing of automobile crankshaft hole applied to the actual production can be achieved in the automotive crankshaft hole processing automation, increasing productivity.Keywords: electrical design; automotive crankshaft hole; PLC; servo control; Frequency目录绪论11.概述21.1设计要求21.2组成22.系统构成32.1曲轴32.2定位32.3液压传动机构42.4PLC控制器42.4.1可编程控制器的组成及系统配置52.4.2PLC的工作原理62.4.3PLC的特点和应用领域62.5三相异步电动机72.5.1三相异步电动机的结构72.5.2三相异步电动机的工作原理72.6三相异步电动机的变频调速与变频器102.6.1三相异步电动机的变频调速102.6.2变频器132.7伺服系统142.7.1伺服电机142.7.2伺服驱动器162.8PLC与运动控制183.系统硬件设计183.1分析控制对象193.2PLC的选择203.3I/O地址分配203.4控制电路214.系统程序设计224.1机床工作流程分析244.2程序编写过程264.3程序说明264.4仿真344.5调试35结论40致谢41参考文献42附录43绪论国内外的汽车曲轴油孔加工目前普遍采用普通钻床进行加工，针对性、适应性不强，速度较慢，无法实现流水线自动快速加工的要求。复合加工机床已成为机床发展的一个重要方向。因为复合加工机床突出体现了工件在一次装夹中完成大部分或全部加工工序，从而达到减少机床和夹具，免去工序间的搬运和储存，提高工件加工精度，缩短加工周期和节约作业面积的目的。干式加工是未来金属切削加工发展又一个重要趋势。切削冷却液的使用、存储、保洁和处理等都十分繁琐，且成本很高，切削液的处理是不经济的，引起了费用增加。切削液对环境和操作者身体健康的危害一直受到使用限制。因此，未来加工的方向是采用尽量少的切削液，耐高温切削材料和涂层使得干加工在机械制造领域变为可能。本文将结合加工设备的机械部分设计汽车曲轴油孔加工设备的电气部分，以稳定、准确、良好地完成对加工设备的动作控制，按要求自动快速地完成汽车曲轴油孔的加工。应用到实际生产中可达到汽车曲轴油孔加工自动化，提高生产效率。论文完成的主要工作本设计是基于应用的技术开发，据汽车曲轴的外形结构等特点及加工工艺要求，再结合加工设备的机械部分设计出汽车曲轴油孔加工设备的电气部分、编制相应程序、仿真、调试。本设计要求速度控制、准确的位置控制，且工序较为复杂需要考虑手动、自动、间断、连续等操作方式，这就使本设计要考虑使用变频器、伺服电机、带PTO输出且含较多输入输出点的PLC。其中动力头速度可调且可正反转，采用变频器加三相异步电机控制；动力头滑台及工件滑台以PLC的高速脉冲输出控制伺服系统实现精确的定位控制，工件的夹紧、定位、旋转操作使用了液压系统，其控制通过PLC控制电磁阀实现。本文设计了完整的汽车曲轴油孔加工专用机床的方案，能稳定、准确、良好地完成对加工设备的动作控制，具体包含以下内容：曲轴油孔加工专用机床的总体设计：曲轴斜油孔加工工艺方案的确定、机床的总体设计、机床的控制与互锁夹具：曲轴的定位与支承、曲轴的夹紧操作面板设计电气控制设计： 机床电气控制系统的整体方案、机床电气控制系统的任务、控制方式、机床主电路图、机床控制电路、机床主电路分析、机床工步控制流程图、I/O分配、PLC的梯形图控制程序、控制指令程序、机床控制电路分析、程序仿真及调试。第1章概述1.1 设计要求该项目是应用户的要求而设计的汽车曲轴直油孔的加工专机，孔是通孔，其位置要求很准确，而且效率要高。要求对这台专机进行电气设计、编制相应程序完成对曲轴的油孔加工，即在规定的时间内完成整个动作，实现自动控制。为了准确定位，油孔的加工应该先划中心孔定位，再钻孔加工。由于孔很深，且为通孔，所以可以采用两面加工的方法。又由于需要加工的孔有五个，为了提高效率，采用多头刀具同时加工的方法实现，从而满足整条流水线的要求。采用PLC作为控制器，对工作台水平定位移动和多轴箱的垂直定位加工进行控制，对多轴箱的交流电动机进行变频调速，通过编制程序实现整台设备的自动运行。动作流程：总启动定位夹紧划中心孔定位工件滑台平移钻孔退刀工件滑台平移回工件旋转180度加工另一面（划中心孔定位-平移-钻孔-退刀）工件转回到0度位置松开工件拔定位销暂停切换工件加工下一工件/停止1.2 组成曲轴油孔的加工专机整体结构示意如下：图11曲轴油孔的加工专机整体结构示意图液压系统：为工件旋转、定位、夹紧等装置提供动力。通过电磁阀控制阀芯接通位置进而控制液压缸活塞的运动方向，再驱动各装置的动作方向。定位夹紧装置：机床在加工时，必须使曲轴的油道与刀具保持正确的相对位置，如主轴中心线的高度，应与切削动力头的主轴线高度一致，这就要靠定位夹紧装置来实现。定位支承系统除用以对曲轴进行定位外，还要承受曲轴的重量和夹压力及切削力。定位支承系统由定位机构及支承夹紧装置组成。动力头：提供刀具钻孔的动力，钻头旋转速度采用变频器控制三相交流异步电动机，要求有几个速度即可。动力头滑台、工件滑台：拖动动力头和工件的移动。钻头前进的速度位置和工作台移动的位置都用PLC来控制伺服电机实现，即用PLC编制程序进行运动控制。电机拖动主电路系统：电机与电源、驱动等的连接。控制系统：机床电气控制系统的整体方案、控制方式、机床控制电路、PLC控制器I/O分配、据机床工步控制流程图编制程序。操作面板：提供人机操作界面。第2章系统构成2.1曲轴曲轴由主轴颈、曲柄销、曲柄臂、曲轴自由端、功率输出端等部分组成，曲柄与汽缸对应。曲轴是引擎的主要旋转机件，装上连杆后，可承接连杆的上下(往复)运动变成循环(旋转)运动。是发动机上的一个重要的机件，其材料是由碳素结构钢或球墨铸铁制成的，有两个重要部位：主轴颈，连杆颈。主轴颈被安装在缸体上，连杆颈与连杆大头孔连接，连杆小头孔与汽缸活塞连接，是一个典型的曲柄滑块机构。曲轴的润滑主要是指与摇臂间轴瓦的润滑和两头固定点的润滑 这个一般都是压力润滑的，曲轴中间会有油道和各个轴瓦相通，发动机运转以后靠机油泵提供压力供油进行润滑、降温。发动机工作过程就是，活塞经过混合压缩气的燃爆，推动活塞做直线运动，并通过连杆将力传给曲轴，由曲轴将直线运动转变为旋转运动。曲轴的旋转是发动机的动力源。图21曲轴结构 图22曲轴示例2.2定位 机床在加工时，必须使曲轴的斜油道与刀具保持正确的相对位置。这就要靠定位支承系统来实现。如主轴中心线的高度，应与切削动力头的主轴线高度一致，同时还要考虑到安装方便及可操作性。定位支承系统除用以对曲轴进行定位外，还要承受曲轴的重量和夹压力及切削力。定位支承系统由定位机构及辅助支承系统组成。它们直接与曲轴接触，因此其尺寸、结构、精度和布置都直接影响着曲轴斜油道的加工精度。 定位装置实现工件定位准确的标志为： (1)、同一批工件安装在夹具中，特别是对被加工表面而言，只能有一个位置。 (2)、同批工件先后安放在夹具中，特别是对被加工表面而言，进给系统要求得到一致的位置。 根据以上叙述，可设置定位支承、中间支承、压板以达到定位所要求的目标。 2.3液压传动机构一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。执行元件(如液压缸和液压马达)的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。 控制元件(即各种液压阀)在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同，液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为溢流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。 辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、压力表、油位油温计等。 液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。与机械传动、电气传动相比，液压传动具有以下优点：（1）、液压传动的各种元件，可以根据需要方便、灵活地来布置。（2）、重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快。（3）、操纵控制方便，可实现大范围的无级调速（调速范围达2000：1）。（4）、可自动实现过载保护。（5）、一般采用矿物油作为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长。（6）、很容易实现直线运动。（7）、很容易实现机器的自动化，当采用电液联合控制后，不仅可实现更高程度的自动控制过程，而且可以实现遥控。液压传动机构工作原理如下图所示，通过电磁阀控制阀芯接通位置进而控制液压缸活塞的运动方向，再驱动各装置的动作方向。图23液压原理图2.4PLC控制器可编程控制器是一种进行数字运算操作的电子系统，是专为在工业环境下应用而设计的工业控制器。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储能执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关外围设备，都按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。2.4.1可编程控制器的组成及系统配置PLC系统由CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块、编程装置等组成，如下图：图24PLC控制系统的组成PLC的硬件系统基本组成部分包括 CPU、存储器和IO系统三个部分。PLC的系统程序和用户程序都存放在存储器中，现场输入信号经过I/O系统传送至CPU,CPU按照用户程序存储器里存放的程序指令执行逻辑或算术运算，并发出相应的控制指令，该指令通过I / O系统传送至现场，驱动相应的执行机构动作，从而完成相应的控制任务。图25PLC的硬件系统PLC的软件含两大部分 系统软件：系统的管理程序、用户指令的解释程序、专用标准程序块等。应用软件：又叫用户软件，是用户为达到某种控制目的、采用PLC厂家提供的编程语言自主编制的程序。2.4.2PLC的工作原理PLC通电后先对硬件和软件作一些初始化工作，为了使PLC的输出及时地响应各种输入信号，初始化后反复不停地分阶段处理各种不同的任务，包括读取输入、执行用户程序、通讯处理、CPU自诊断测试、改写输出，这种周而复始的循环工作模式称为扫描工作模式。 图26CPU的扫描周期2.4.3PLC的特点和应用领域可编程控制器的特点：PLC具有许多适合工业控制的独特优点，它较好地解决了工业控制领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题，其主要特点如下：适合工业控制环境、高可靠性、可编程、易于扩展、体积小，易于维护。 PLC的主要功能：(1) 条件控制 PLC具有逻辑运算功能，可代替继电器进行开关量控制。(2) 限时控制 PLC具有定时功能，它为用户提供了用定时指令设置的若干个电子定时器进行限时控制和延时控制。(3) 计数控制 PLC具有计数控制功能，它为用户提供了用设置指令计数的若干个计数器，电子值可以在运行中读出与修改。(4) 步进控制 PLC具有步进控制功能，使系统在完成前道工序后才能转入下道工序，实现步进控制。(5) 数据处理 PLC具有数据处理功能，如并行运算、并行数据传送、BCD码的自行运算等。(6)通信和联网 PLC采用通信技术，进行上位链接，构成一台计算机与每台PLC的分布控制网络，以完成复杂的网络控制和通信。(7) AD、DA转换 可完成对模拟量的控制。(8) 对控制系统进行监控 操作人员可以通过监控命令监控有关程序的运行状态，调整时间、计数设定值。(9) 自诊断功能 可以在线诊断系统的软、硬件故障状况，诊断机器和生产过程中的故障状况。PLC的应用领域：（1）用于开关量逻辑控制： 逻辑动作控制，如机床电器控制、电机控制等；顺序控制和程序控制，如高炉上料系统、电梯控制、采矿带的运输等。总之，可用于单机控制、多机控制和自动生产线的控制。（2）用于闭环过程控制： 给PLC配上PID调节控制、比例控制等过程控制软件包后，能广泛应用于锅炉、酿酒、水处理等场合，可用于闭环的位置控制和速度控制，如自动电焊机控制、辊轧机的位置控制等。（3）用于机械加工的数字控制：PLC能和机械加工中的数控装置组成一体，联机使用。（4）用于组成分布控制系统： PLC具有通信联网功能，可组成小型分布式控制系统，广泛应用于石油、化工、电力等部门。2.5三相异步电动机 2.5.1三相异步电动机的结构图27三相异步电动机的结构 上图是一台笼式三相异步电动机的结构图。它主要是由定子和转子两大部分组成，定子与转子之间有一个较小的空气隙。此外，还有端盖、轴承、机座、风扇等部件。 2.5.2三相异步电动机的工作原理（1）旋转磁场的产生旋转磁场 一种极性和大小不变，并且以一定转速旋转的磁场。三相对称绕组A-X、B-Y、C-Z三个线圈在空间上彼此互隔120分布在定子铁心内圆的圆周上，构成了三相对称绕组。当三相对称绕组接上三相对称电源，就产生旋转磁场。图29三相对称电流波形图图28旋转磁场的产生（2）旋转磁场的转向旋转磁场的转向与三相绕组中所流过的三相电流的相序有关。三相电流的相序为：A相 B相 C相时， （A相 C相 B相时）其旋转磁场的转向也为：A相 B相 C相 （ A相 C相 B相）（3）旋转磁场的极数三相异步电动机的极数就是旋转磁场的极数。旋转磁场的极数和三相绕组的安排有关。 图210旋转磁场的极数和三相绕组的安排的关系（4）旋转磁场的转速三相异步电动机的转速与旋转磁场的转速有关，而旋转磁场的转速又取决于电动机的极对数和电流的频率（即电源的频率）当电源频率为f1，电动机极对数为p时，旋转磁场的转速为（5）三相异步电动机的工作图211三相异步电动机的工作将定子绕组接通三相对称电源后，在定子、转子之间的气隙内产生了以同步转速旋转的旋转磁场，转子导条切割旋转磁场，在导条内产生感应电动势,由于转子绕组闭合而产生感生电流，感生电流和旋转磁场相互作用产生电磁力。于是转子就跟着旋转磁场旋转起来。转差率异步电动机的工作原理决定了它的转速一般低于同步转速。如果异步电动机的转子转速达到同步转速，则旋转磁场与转子导条之间不再有相对运动，因而不可能在导条内感应产生电动势，也不会产生电磁转矩来拖动机械负载。 转差n1-n 的存在是异步电动机运行的必要条件。我们将转差表示为同步转速的百分值，称为转差率，用s表示。三相异步电动机的铭牌数据：额定功率 电动机在额定运行时输出的机械功率,单位 kW额定电压 在额定运行状态下，电网加在定子绕组的线电压，单位 V额定电流 电动机在额定电压下使用，输出额定功率时，定子绕组中的线电流，单位 A额定频率 我国的电网标准频率为 50Hz额定转速 电动机在额定电压、额定频率及额定功率下的转速，单位 r/min此外，铭牌上还标明绕组的相数与接法（星形还是三角形）绝缘等级及允许温升等。对绕线转子异步电动机，还标明转子的额定电动势及额定电流。2.6三相异步电动机的变频调速与变频器2.6.1三相异步电动机的变频调速1、异步电动机的调速根据异步电动机的转速表达式：得出异步电动机有三种基本的调速方法：变频调速变极调速变转差率调速转子串电阻调速:绕线式异步电动机转子回路串接电阻。串级调速:绕线式异步电动机转子串接电势。调压调速:改变异步电动机定子电压从能量转换的角度看，转差功率是否增大，是消耗掉还是回收，显然是评价调速系统效率的一个指标。据此，又可把异步电动机的调速方法分为三类：1）转差功率消耗型 全部转差功率都转换成热能 消耗掉。它是以增加转差功率的消耗来换取转速的降低（恒转矩负载时），越向下调效率越低。这类调速方法的效率最低。 2）转差功率回馈型 转差功率的一部分消耗掉，大部分则通过变流装置回馈电网或转化成机械能予以利用，转速越低时回收的功率越多，其效率比前者高3）转差功率不变型 转差功率中转子铜损部分的消耗是不可避免的，但由于这类调速方法无论转速高低，转差率保持不变，所以转差功率的消耗也基本不变，因此效率最高。2、变频调速从异步电动机的转速公式n=n1(1-s)可知，若改变电源频率f1，则可平滑地改变异步电动机的同步转速n1=60f1/p，异步电动机的转速n也随之改变，所以改变电源频率可以调节异步电动机的转速。变频调速属于转差功率不变型调速类型，具有调速范围宽，平滑性好等特点，是异步电动机调速最有发展前途的一种方法。随着电力电子技术的发展，许多简单可靠、性能优异、价格便宜的变频调速装置已得到广泛应用。在异步电动机调速时，总是希望主磁通Fm保持为额定值，这是因为如果磁通太弱，电动机的铁心得不到充分利用，是一种浪费；如果磁通太强，又会使铁心饱和，导致过大的励磁电流，严重时甚至会因绕组过热而损坏电机。 根据异步电动机定子每相电动势有效值的公式 ： 如果略去定子阻抗压降，则定子端电压 U1E1，即有 ： 可见：在变频调速时，若定子端电压不变，则随着频率f1的升高，气隙磁通Fm将减小。 又从转矩公式 可知:在I2 相同的情况下，Fm 减小势必导致电动机输出转矩下降，使电动机的利用率恶化，同时，电动机的最大转矩也将减小，严重时会使电动机堵转。反之，若减小频率f1，则Fm将增加，使磁路饱和，励磁电流上升，导致铁损急剧增加，这也是不允许的。因此，在变频调速过程中应同时改变定子电压和频率，以保持主磁通不变。（1）基频以下调速： 要保持Fm不变，应使定子端电压U1与频率f1成比例地变化，即由最大转矩公式 其中 ，当 f1 相对较高时因 可忽略定子电阻r1，这样上式可简化为由于 ，为了保证变频调速时电机过载能力不变，就要求变频前后的定子端电压、频率及转矩满足: 对于恒转矩调速，因为T N =TN，由上式可得 ,采用恒压频比控制方式，既保证了电机的过载能力不变，同时又满足主磁通Fm保持不变的要求。这说明变频调速适用于恒转矩负载。由于U1/f1=常数，且当f1相对较高时，不同频率时的最大转矩Tm保持不变，所对应的最大转差率为： 不同频率时最大转矩所对应的转速降落为 因此恒压频比控制变频调速时，由于最大电磁转矩Tm和最大转矩所对应的转速降落n m均为常数，此时异步电动机的机械特性是一组相互平行且硬度相同的曲线，如下图所示：图212恒压频比控制变频调速的机械特性但在f1变到很低时， 也很小，R1不能被忽略，且由于U1和E1都较小，定子阻抗压降所占的份额比较大。此时最大转矩和最大转矩对应的转速降落不再是常数，而是变小了。为保持低频时电动机有足够大的转矩，可以人为地使定子电压U1抬高一些，以补偿一些定子压降。 对于恒功率调速，由于 即 保持变频前后恒定,即 恒定，而 ，则 , 即由此可见，在恒功率调速时，如按 控制定子电压的变化，能使电机的过载能力保持不变但磁通将发生变化；若按 控制定子电压的变化，则磁通Fm将基本保持不变，但电机的过载能力保持将在调速过程中发生变化。（2） 基频以上调速 频率f1从额定频率 f1N 往上增加，若仍保持U1/f1 =常数，势必使定子电压U1超过额定电压UN，这是不允许的这样，基频以上调速应采取保持定子电压不变的控制策略，通过增加频率 f1，使磁通Fm与 f1成反比地降低，这是一种类似于直流电机弱磁升速的调速方法。设保持定子电压U1=UN，改变频率时异步电动机的电磁转矩由于f1较高，可忽略定子电阻R1，故最大转矩为最大转差率最大转矩的转速降落为由此可见：保持定子电压U1不变，升高频率调速时，最大转矩随频率的升高而减小，而最大转矩对应的转速降落是常数，因此对应的机械特性是平行的，硬度也相同。但频率越高，最大转矩越小，如下图所示。图213由基频向上变频调速的机械特性基频以上变频调速过程中，异步电动机的电磁功率为 正常运行时s 很小，所以电磁功率可近似为：由于变频调速过程中，若保持U1不变，转差率s变化也很小，故可近似认为调速过程中Pem是不变的，即在基频以上的变频调速，可近似为恒功率调速。把基频以下和基频以上两种情况综合起来，可得到异步电动机变频调速控制特性，如下图所示。 图214异步电动机变频调速控制特性要实现变频调速必须有专用的变频电源，随着新型电力电子器件和半导体变流技术、自动控制技术等的不断发展，变频电源目前都是应用电力电子器件构成的变频装置。下图所示为采用电力电子变频器供电的异步电动机变频调速系统。 图215异步电动机变频调速系统综上所述，三相异步电动机变频调速具有优异的性能，调速范围大，调速的平滑性好，可实现无极调速；调速时异步电动机的机械特性硬度不变，稳定性好；变频时U1按不同规律变化可实现恒转矩或恒功率调速，以适应不同负载的要求，是异步电动机调速最有发展前途的一种方法。但是，要实现变频调速必须有专用的变频电源。随着新型电力电子器件和半导体变流技术、自动控制技术等的不断发展，变频电源目前都是应用电力电子器件构成的变频装置。2.6.2变频器变频器控制原理图216交-直-交PWM变压变频器变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交直交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。主回路：电抗器的作用是防止变频器产生的高次谐波通过电源的输入回路返回到电网从而影响其他的受电设备，需要根据变频器的容量大小来决定是否需要加电抗器；滤波器是安装在变频器的输出端，减少变频器输出的高次谐波，当变频器到电机的距离较远时，应该安装滤波器。虽然变频器本身有各种保护功能，但缺相保护却并不完美，断路器在主回路中起到过载，缺相等保护，选型时可按照变频器的容量进行选择。可以用变频器本身的过载保护代替热继电器。控制回路：具有工频变频的手动切换，以便在变频出现故障时可以手动切工频运行，因输出端不能加电压，固工频和变频要有互锁。2.7伺服系统伺服系统也称随动系统，本文具体到位置伺服控制，位置伺服系统组成有以下5个部分：（1） 位置传感器 检测位置信号反馈给控制部件（2） 电压比较放大器（A） 给定信号与反馈信号在其中比较与放大后再发出控制信号（3） 电力电子变换器（UPE） 主要起功率放大作用，同时也放大了电压（4） 伺服电机（SM） 在小功率直流伺服系统中多用永磁式直流伺服电机，在其他情况下采用交流伺服电机。由伺服电机和电力电子变换器构成可逆拖动系统是位置伺服系统的执行机构。（5） 减速器与负载 以上五个部分是各种位置伺服系统都有的，在不同情况下，由于具体条件和性能要求不同，所采用的具体元件、装置和控制方案可能有较大差异。图217伺服系统其中电压比较放大器（A）与电力电子变换器（UPE）一起构成伺服驱动器，即我们通常说的伺服驱动器已经包括了控制器的基本功能和功率放大部分。控制