电机调速与伺服驱动技术在压力机行业中的应用

　　2.2 伺服压力机发展现状及趋势

　　随着伺服驱动技术的发展，上世纪90年代世界工业发达国家兴起了伺服压力机的研究。美国的WIEDEMANN和W.A.WHITNEY公司、西德的TRUMPF和NIXOORF DARADORN公司、日本的AIDA和NISSHINBO公司以及瑞士的RASKIN公司等都对交流伺服压力机进行了研究。Tokuz建立了交流伺服电机驱动四杆机构的系统模型;R.F.Fung和K.W.Chen通过对压力机的运动学和动力学分析，研究了交流伺服电机一曲柄滑块机构的动态模型汀an和Chen提出一种由交流伺服电机驱动的变转速曲柄滑块冲床，对十不同的冲压加工，冲床可提供不同的输人转速;日本会田(AIDA)和小松(KO-MATSU)公司先后推出的新型数控压力机，在传动结构上采用伺服电机经一级齿轮传动直接驱动曲柄连杆机构工作。这些交流伺服压力机类型有:机械连杆伺服压力机、曲柄多连杆伺服压力机、直动式伺服压力机、液压式精密伺服压力机和液压式伺服压力机等等，压力机规格从40kN到25000kN。其中，世界上最大的交流伺服压力机为日本网野公司((AMINO)研制的 25000kN机械连杆伺服压力机。在2005年3月获得了日本17届中小企业优秀新技术奖、新制品奖、优秀奖、技术经营特别奖等大奖.

　　目前，国内对于伺服压力机的研究也日趋广泛和深人二)一东工业大学孙友松教授等对直流伺服电动机直接驱动的机械压力机进行了深人的研究。采用超大容量的电容构成的“电子飞轮”来替代传统机械压力机的飞轮。天津大学孟彩芳教授也研究了交流伺服混合输人式机械压力机}s}

　　在第十四届全国机构学学术研讨会上，香港中文大学博士生何凯提出了一项新发明:一种可控机械式金属压力机。机床山一个恒速电机与一个伺服电机联合驱动，具有可控、节能、高效及精密等特点。杜如虚、金振林、郭为忠等对一种新型二自山度机械式可控压力机申请了中国发明专利，机构由异步电机驱动齿轮和曲柄连杆传动，由交流伺服电机控制，但惯性力平衡问题未得到解决。

　　台湾地区的锻压机床行业虽然起步于上世纪50年代，但由于岛内五金、电子行业发展需求，锻压机床行业发展迅速，以价廉物美在国际市场上赢得了良好声誉，每年有80%的锻压设备出口。金丰、协易(SEYI)两公司先后跻身世界锻压企业前十名。其中协易(SEYI)公司已成为亚洲第一大冲压机床供应商，市场占有率超过30%。但台湾压力机企业在伺服机械压力机研究生产上未见报道。

由于国外技术封锁的原因，国外产品资料中对这种交流伺服压力机机构特性及控制力‘式的介绍很少，特别是不转让大功率交流伺服电动机的技术，加之其大功率的交流伺服电动机或者不销售、或者价格高得惊人。因此，国内在短时间内还无法推广使用交流伺服驱动技术

3 开关磁阻伺服驱动技术及其在压力机中的应用

　　开关磁阻电机(Switched  Reluctance  MotorDrive，简称SRD)是上世纪80年代初发展起来的一种新型调速驱动系统，具有结构简单可靠，调速性能优良，在宽广的调速范围内具有较高效率，可以在较小的电流下实现启动和频繁正反转，实现高精度、快响应、高效率和高输出的性能指标。其转矩电流明显高于大多数电机.它不用永磁材料，优势明显，已成为直流电机调速、无刷直流电机调速和交流电机调速等系统强有力的竟争者，引起各国学者和企业界的广泛关注。经过20多年的研究与发展，目前SRD已开始应用于制造业、航令和家用电器等各个领域，处于全面商品阶段

　　3.1 开关磁阻电机工作原理

　　开关磁阻电机运行原理遵循“磁阻最小原理”，即磁通总要沿着磁阻最小的路径闭合，而具有一定形状的铁心在移动到最小磁阻位置时，必使自己的主轴线和磁场的轴线重合。如图1所示为四相8/6结构SRM电机剖面及驱动原理示意图。

　　图中定子8个凸极中，空间位置对称的两个极绕组联成一相，图中仅画出其中A相绕组及其驱动电路，S1,S2是电子开关，D1,D2是二极管,L是直流电源。电机的定子和转子呈双凸极形式，极数互不相等，转子由硅钢片冲片叠压而成，无绕组，定子凸极上嵌有集中绕组，定子绕组可根据需要采用串联、并联或串并联结合的形式在相应的极上得到径向磁场，转子上装有位置传感器来检测转子位置信号，使定子绕组按一定的顺序通断，保持电机的连续运行。电机磁阻随着转子磁极与定子磁极的中心线对准或错开而变化，当转子磁极在定子磁极中心线位置时，相绕组电感最大，当转子极间中心线对准定子磁极中心线时，相绕组电感最小。

　　以图中四相8/6极定、转子的相刘位置作为起始位置，即A相定、转子极正好相对，切向磁拉力消失，转子处于平衡状态。此时断开A相开关SLS2,合上B相开关，电动机内迅速建立起以Bb为轴线的径向磁场，磁通通过定子扼、定子极、气隙、转子极、转子扼等处闭合。通过气隙的磁力线是弯曲的，此时磁路的磁导小于定、转子磁极轴线重合时的磁导，转子将受到气隙中弯曲磁力线的切向磁拉力产生的转矩的作用，使转子逆时针力一向转动150，当定子和转子极轴线重合时，转子己达到新的平衡位置。依此类推，定子绕组A-B-C-D相轮流通电一次，转子逆时针转动了一个转子极距。因此，连续不断地按A-B-C-D的顺序分别给定子各相绕组通电，电动机内磁场轴线沿A-B-C-D的方向不断移动，转子沿逆时针方向不断旋转。如按D-C-B-A的顺序给定子各相绕组轮流通电，则磁场沿着D-C-B-A的方向转动，转子则沿着与之相反的方向顺时针旋转。