
根据驱动系统的数据最后确定电动机的规格型号:在这一过程中,结构化的设计方法可以帮助工程师避免选择过大或者过小规格型号的电动机
在驱动装置的设计中常常有许多技术细节的要求,首先要满足动态性能匹配的需求,以保证符合位置-时间关系的要求,其次要满足驱动装置发热的要求,以保证电动机的发热不超过允许范围。
对驱动装置进行设计就是要使其电动机的扭矩-转速特性曲线是最佳匹配的特性曲线。在新机床设备的设计中,往往在早期开发中就对驱动装置进行了第一次的设计计算。若第一次设计计算的功率数据偏小,或者需要了解设备还有多大的功率存储的余量时,就需要根据不同的变型设计进行再次核算,以判断第一次计算得出的数据是否够用。驱动装置的设计要满足几个方面的需求,首先要满足动态性能匹配的需求,以保证符合位置-时间关系的要求,其次要满足驱动装置发热的要求,以保证电动机的发热不超过允许范围。
在驱动装置的设计中,可以利用不同的方法来实现动态性能的匹配。 一方面是利用电动机的自然属性。在这种方法中,最典型的实例就是铁路机车中使用的串励电动机:大扭矩低转速启动,加速后小扭矩高转速稳定运行。利用调节装置实现电动机动态性能的匹配是一种非常明智的方法。这一方法克服了各种电动机特性曲线僵死不可变动的问题。很多情况下,利用这种动态性能匹配办法就可以简单的使用坚固耐用的异步电动机,或者在有多种效率和动态性能要求时使用永磁同步电动机。
确定扭矩-时间特性和转速-时间特性
在驱动装置的设计中应对要求的机械性能进行分析,在考虑到位置-时间关系的条件下计算需要的扭矩和转速。在这样的基础上再选择合适的电动机、所需的调节器和电源连接设备。
作为第一步首先要根据希望的运动情况确定转速-时间特性,计算出平均转速。当不知道机械设备准确的运动情况时,按照规定的启动持续时间进行计算是非常有帮助的。此时,所有的运动都假设为100%的运动循环,按照一定的比例计算加速和制动的时间。下一步就是把所有的作用力,例如摩擦力、生产过程受到的力或者重力都换算成扭矩,把质量都换算成惯性矩。另外,还要注意一些所谓的“软”条件的限制,例如考虑电缆槽带来的摩擦力。
当驱动装置中含有变速器或者皮带传动装置时,则这些设备所消耗的功率也要计算到电动机中。根据这些计算出来的功率数据才能够计算电动机所需的扭矩。至于电动机能否输出或者承受这些扭矩,就要归结为电动机或者发电机驱动方面与扭矩相互作用之间的问题了。为了核查驱动系统的发热,还需确定扭矩特性曲线的实际值。此时,各个不同扭矩所对应的转速应是已知的,并需在扭矩特性曲线中标注清楚,并同时注明实际扭矩对应的转速。
在这些数据的基础上才开始选择电动机,根据扭矩数值确定其规格型号(图)。由于此时已知电动机所传动的惯性矩,因此还要再次核算一下电动机所传递的扭矩范围。由于有了惯性矩的数值,各个扭矩数值也都会有略微提高。有些情况下会要求选择功率更大的电动机。在确定了电动机和电动机所需的电流数据之后,就可以选择变流器或者变频器了。
在选择电机时,电机的电流数值能覆盖实际扭矩的需要就可以了。当现代化的系统需要多个变流器为直流系统供电时,则需要对一个个驱动装置的功率需求进行计算,求出所需功率的总合。在计算时,要计算输入的持续功率和回馈的持续功率数值、峰值功率以及再生回馈的能源。其他所需的附加部件,例如制动阻力或者附加的能源需求等也需要按照这种方式来确定。
确定装置设计的最后一步是选择所需的电源电抗器和电源滤波器。这两种仪器设备的选择应根据电源电流、该供电系统中所有驱动装置的数量、电动机电缆长度以及电缆和电动机的寄生容量来确定。
为用户带来巨大帮助的软件工具
驱动系统的设计以必要的基础知识和公式计算为前提。在整个设计过程的各个步骤中,计算机软件工具,例如Rexroth公司研发生产的IndraSize能够给工程师提供极大的帮助。这一工具软件能够极大的方便驱动调节装置、电动机和机械变速装置的规格尺寸的优化。这样就能保证用户始终有着最经济的驱动系统。