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第6章數(shù)控伺服系統(tǒng)(編輯修改稿)

2024-08-16 12:25 本頁面
 

【文章內容簡介】 n( r/min) VS N ns nr θ S 圖 6﹒ 12 工作原理 圖 6﹒ 13 特性曲線 T( Ncm) 12022 10000 8000 6000 4000 2022 0 1000 2022 3000 Ⅰ Ⅱ 2.交流主軸伺服電機的結構和工作原理 交流主軸電機的要求: ? 大功率 ? 低速恒轉矩 、 高速恒功率 鼠籠式交流異步伺服電機 交流主軸電機 普通交流 異步感應電機 通風孔 P( KW) 8 6 4 2 0 2022 4000 6000 8000 12022 n( r/min) 圖 6. 15 交流主軸伺服電機 的 特性曲線 圖 6﹒14 交流主軸電機與普通交流 異步感應電機的比較圖示意圖 交流伺服電機的發(fā)展 ( 1) 永磁交流同步伺服電機的發(fā)展 ① 新永磁材料的應用 釹鐵硼 ② 永久磁鐵的結構改革 內裝永磁交流同步伺服電機 ③ 與機床部件一體化的電機 空心軸永磁交流同步伺服電機 ( 2) 交流主軸伺服電機的發(fā)展 ① 輸出轉換型交流主軸電機 三角 星形切換 , 繞組數(shù)切換或二者組合切換 。 ② 液體冷卻電機 ③ 內裝式主軸電機 速度控制 概述: 速度控制系統(tǒng)由速度控制單元、伺服電機和速度檢測裝置 組成。分為主運動和進給運動。 進給運動: 是保證軌跡、尺寸和形位精度的。不但有速度控制, 還有位置控制。在整個速度范圍內,保持恒轉矩。與 主運動相比功率較小。 主運動: 主要無級調速,但還要有下面的控制功能: ⑴ 主軸于進給驅動的同步控制; ⑵ 準??刂疲? ⑶ 分度控制; ⑷ 恒線速度控制。 速度控制: 主要是調速,調速有機械 、 液壓和電氣方法,電氣調 速最有利于實現(xiàn)自動化。 直流進給運動的速度控制 1.、 直流伺服電機的調速原理 根據(jù)機械特性公式可知調速有二種方法 :電樞電壓 Ua和 氣隙磁通 Φ ⑴ 改變電樞外加電壓 Ua :由于繞組絕緣耐壓的限制,調壓只能在額定 轉速以下進行。屬于恒轉矩調速。 ⑵改變氣隙磁通量 Φ: 改激磁電流即可改 Φ,在 Ua恒定情況下,磁場接 近飽和,故只能弱磁調速,在額定轉速以上進行。屬于恒功率調速。 ◆ 晶閘管(可控硅) 調速系統(tǒng) ◆ 晶體管脈寬調制( PWM) 調速系統(tǒng) ?????? ??????? 0M2Teaea TKKRKUnnTCC RCUn 0M2Teaea ??? ???????( ) ( ) (1) 晶閘管調速系統(tǒng) 1)系統(tǒng)的組成 包括 控制回路 :速度環(huán)、電流環(huán)、觸發(fā)脈沖發(fā)生器等。 主回路: 可控硅整流放大器等。 速度環(huán):速度調節(jié)( PI),作用:好的靜態(tài)、動態(tài)特性。 電流環(huán):電流調節(jié) (P或 PI)。作用:加快響應、啟動、低頻穩(wěn)定等。 觸發(fā)脈沖發(fā)生器:產生移相脈沖,使可控硅觸發(fā)角前移或后移。 可控硅整流放大器:整流、放大、驅動,使電機轉動。 速度 調節(jié)器 電流 調節(jié)器 觸發(fā)脈沖 發(fā)生器 可控硅 整流器 電流反饋 速度反饋 電流檢測 編碼器 電機 UR + Uf If IR + E1 ES 2)主 回路 工作原理 組成 : 由大功率晶閘 管構成的三相全控橋式(三相全波)反并接可逆電路, 分成二大部分( Ⅰ 和 Ⅱ ),每部分內按三相橋式連接,二組反并接, 分別實現(xiàn)正轉 和反轉。 原理 : 三相整流器,由二個半波整流電路組成。每部分內又分成 共陰極組 ( 5)和共陽極組( 6)。為構成回路,這二組中必須各有一 個可控硅同時導通。 5在正半周導通, 6在負半周導通。每 組內(即二相間)觸發(fā)脈沖相位相差 120186。,每相內二個觸發(fā)脈沖相差 180186。 按管號排列,觸發(fā)脈沖的順序: 123456,相鄰之間相位差 60186。 為保證合閘后兩個串聯(lián)可控硅能同時導通 , 或已截止的相再次導通 , 采用雙脈沖控制。既每個觸發(fā)脈沖在導通 60186。后,在補發(fā)一個輔助脈沖;也 可以采用寬脈沖控制,寬度大于 60186。,小于 120186。 4 6 2 7 9 11 1 3 5 8 12 10 A B C M Ⅰ Ⅱ UM UD KM KM + e) u a c b c a b a) b) c) d) 1 3 5 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ωt u b 2 4 6 b c a ωt ωt ωt ωt 1 1 3 3 5 5 1 1 3 3 6 2 2 4 4 6 6 2 2 4 1 3 5 2 4 6 120176。 120176。 180176。 60176。 1 3 2 4 60176。 60176。 5 6 α 只要改變可控 硅觸發(fā)角(即改變 導通角),就能改 變可控硅的整流輸 出電壓,從而改變 直流伺服電機的轉 速。 觸發(fā)脈沖提前 來,增大整流輸出 電壓;觸發(fā)脈沖延 后來,減小整流輸 出電壓。 主回路波形圖 3)控制回路分析 U1 U2 R1 R2 R3 C + 同步信號 過零信號 由速度 F變換來的電流調節(jié)器輸出的直流信號 , 1 2 3 窄脈沖 : 即 移相觸發(fā)脈沖 同步信號 方波信號 矩齒波 矩齒波與直 流電壓疊加 信號 尖脈沖 直流電壓 ( 可控硅導通時間),可調速。 沒反饋是開環(huán),特性軟。 1同步電路 2移向控制電路 3脈沖分配器 ② 電流調節(jié)器 :同上,加快電流的反應。 ③ 觸發(fā)脈沖發(fā)生器:正弦波同步鋸齒波觸發(fā) 電路,與 F直流信號疊加。 ① 速度調節(jié)器:比例積分 PI,高放大(相當 C短路) —緩放大 —增放大 —穩(wěn)定(相當 C 開路)無靜差。 ( 2) 晶體管脈寬調制( PWM)調速系統(tǒng) 1)系統(tǒng)的組成及特點 usr us f 整流 ? 速度調節(jié)器 ? 電流調節(jié)器 脈寬調節(jié) 振蕩器 基極驅動 M G 電流反饋 U~ 功放 ① 主回路: 大功率晶體管開關放大器; 功率整流器。 ② 控制回路: 速度調節(jié)器; 電流調節(jié)器; 固定頻率振蕩器及三角波發(fā)生器; 脈寬調制器和基極驅動電路。 區(qū)別: 與晶閘管調速系統(tǒng)比較,速度調節(jié)器和電流調節(jié)器原理一樣。不同的是脈寬調制器和功率放大器。 直流脈寬調調制的基本原理 周期不變 周期不變 脈寬 脈寬 脈寬 脈寬 平均直流電壓 U ωt 功率放大器中的大功率晶體管工作在開關狀態(tài)下,開關頻率保持恒定,用調整開關周期內晶體管導通時間(即改變基極調制脈沖寬度)的方法來改變輸出。從而使電機獲得脈寬受調制脈沖控制的電壓脈沖,由于頻率高及電感
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