【文章內(nèi)容簡介】 高低壓驅(qū)動和恒流斬波驅(qū)動 。 圖 610為單電壓功放電路 ，L為步進電機勵磁繞組的電感 ， Ra為繞組電阻 ， Rc為外接電阻 ， 電阻 Rc并聯(lián)一電容 C， 可以提高負載瞬間電流的上升率 ， 從而提高電動機快速響應(yīng)能力和啟動性能 。 環(huán)形分配器輸出為高電平時 ， T飽和導通 ，繞組電流按指數(shù)曲線上升 ， 電路時間常數(shù) τ=L/(R a+ Rc )， 它表示功放電路在導通時允許步進電機繞組電流上升的速率 。 串聯(lián)電阻 Rc可以使電流上升時間減小 ， 改善帶負載能力 。 但電阻消耗了一部分功率 ，降低了效率 。 并聯(lián)加速電容 C， 以提高繞組的瞬時電壓 ， 使電感 L中的電流上升速度提高 ， 從而提高啟動頻率 。 當環(huán)形分配器輸出為低電平時 ， T截止 ， 繞組斷電 ，因步進電機的繞組是電感性負載 ， 當 T管從飽和到突然截止的瞬間 ， 將產(chǎn)生一較大反電勢 ， 此反電勢與電源電壓疊加在一起加在 T管的集電極上 ， 可能會使 T管擊穿 。 因此 ， 續(xù)流二極管 D和電阻 Rd接在 T管集電極和電源之間 ， 組成放電回路 ， 使 T管截止瞬間電機產(chǎn)生的反電勢通過二極管 D續(xù)流作用而衰減掉 ， 從而保護晶體管不受損壞 。 圖 611為電流波形 ， 可見電流波形前沿不陡 ， 繞組電流緩慢增加 ， 而使電機帶負載能力下降 。 單電壓驅(qū)動電路的優(yōu)點是線路簡單 ， 缺點是電流上升不夠快 ， 高頻時帶負載能力低 ， 工作效率低 ， 串聯(lián)電阻消耗相當大的一部分能量 ， 并且會發(fā)熱影響電路工作的正常穩(wěn)定狀態(tài) ， 只適應(yīng)于小功率步進驅(qū)動 。 前置放大 輸入 C LA Ra RC Rd D T 圖 610 單電壓驅(qū)動電路原理圖 A 圖 611 三種電路電流波形 雙電 壓供電電路 靳波恒流電壓供電電路 單電壓供電電路 t t t i i i 圖 612所示為高低壓電路 ， 這種電路特點是高壓充電 ， 低壓維持 。 當環(huán)形分配器輸出高電平時 ，兩只功率放大管 T1， T2同時導通 ， 電機繞組以＋60V高壓供電 ， 繞組電流快速上升 ， 前沿很陡 ，當接近額定電流時 ， 單穩(wěn)延時時間到 ， T1管截止 ，改由低壓＋ 12V供電 ， 維持繞組額定電流 。 若高低壓之比為 U1/U2， 則電流上升也提高 U1/U2倍 ，上升時間明顯減小 。 當?shù)蛪簲嚅_時 ， 電感中儲能通過構(gòu)成的放電回路放電 ， 因此也加快了放電過程 。 這種供電線路由于加快了繞組電流的上升和下降過程 ， 有利于提高步進電機的啟動頻率和最高連續(xù)工作頻率 。 由于額定電流是由低壓維持的 ，只需較小的限流電阻 ， 功耗小 。 該電路能在較寬的頻率范圍內(nèi)有較大的平均電流 ， 能產(chǎn)生較大且較穩(wěn)定的電磁轉(zhuǎn)矩 ， 缺點是高低壓電路波形連接處有凹形 ． U1 ＋ 60V T1 U2 ＋ 12V t1 R2 D1 L R1 T2 圖 612 高低壓驅(qū)動電路原理圖 單穩(wěn) 延時 前置放大 前置放大 D2 t2 恒流斬波驅(qū)動電路的原理圖見圖 615， 其工作原理是：環(huán)形分配器輸出的正脈沖將 T1， T2導通 ， 由于 U1電壓較高 ， 繞組回路又沒串電阻 ，所以繞組電流迅速上升 ， 當繞組電流上升到額定值以上的某一數(shù)值時 ， 由于采樣電阻 Re的反饋作用 ， 經(jīng)整形 、 放大后送自 T1的基極 ， 使 T1管截止 。 接著繞組由 U2低壓供電 ， 繞組中的電流立即下降 ， 但剛降到額定值以下時 ， 由于采樣電阻 Re的反饋作用 ， 使整形電路無信號輸出 ，此時高壓前置放大電路又使 T1導通 ， 電流又上升 。 如此反復進行 ， 形成一個在額定電流值上下波動呈鋸齒狀的繞組電流波形 （ 見圖 614） ，近似恒流 。 特點：繞組的脈沖電流邊沿陡 ， 快速相應(yīng)好 。 功率消耗小效率高 ， 輸出恒定電流 ， 減少了步進電機的共振發(fā)生 。 U1高壓 T1 D1 D2 U2 R L Ra Re 圖 613 恒流斬波驅(qū)動電路原理圖 高壓前置放大 低壓前置放大 控制門 整形 T2 五 、 開環(huán)控制步進式伺服系統(tǒng)的工作原理 1. 工作臺位移量的控制 數(shù)控裝置發(fā)出 N個脈沖 ， 經(jīng)驅(qū)動線路放大后 ， 使步進電機定子繞組通電狀態(tài)變化 N次 ， 如果一個脈沖使步進電機轉(zhuǎn)過的角度為 α ， 則步進電機轉(zhuǎn)過的角位移量 Φ＝ Nα ， 再經(jīng)減速齒輪 、 絲杠 、 螺母之后轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ髋_的位移量 L， 即進給脈沖數(shù)決定了工作臺的直線位移量 L。 2. 工作臺進給速度的控制 數(shù)控裝置發(fā)出的進給脈沖頻率為 f， 經(jīng)驅(qū)動控制線路 ， 表現(xiàn)為控制步進電機定子繞組的通電 、 斷電狀態(tài)的電平信號變化頻率 ， 定子繞組通電狀態(tài)變化頻率決定步進電機的轉(zhuǎn)速 ， 該轉(zhuǎn)速經(jīng)過減速齒輪及絲杠 、 螺母之后 ，體現(xiàn)為工作臺的進給速度 V， 即進給脈沖的頻率決定了工作臺的進給速度 。 V=60fδ ω=60fδ 3. 工作臺運動方向的控制 改變步進電機輸入脈沖信號的循環(huán)順序方向 ，就可改變定子繞組中電流的通斷循環(huán)順序 ， 從而使步進電機實現(xiàn)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn) ， 相應(yīng)的工作臺進給方向就被改變 。 六 、 提高開環(huán)進給伺服系統(tǒng)精度的措施 傳動間隙補償 。 在進給傳動結(jié)構(gòu)中 ， 提高傳動元件的制造精度并采取消除傳動間隙的措施 ， 可以減小但不能完全消除傳動間隙 ， 具體補償方法：先補償后執(zhí)行 ，間隙補償?shù)臄?shù)目有實測決定 。 螺距誤差補償 。 用螺距補償電路或軟件的方法 ， 可以補償滾珠絲杠的螺距累計誤差 。 第三節(jié)直流伺服電機 目前數(shù)控機床上廣泛應(yīng)用直流伺服電機和交流伺服電機構(gòu)成閉環(huán)進給系統(tǒng)。由于數(shù)控機床的特殊要求，一般直流電機不能滿足要求，目前進給伺服系統(tǒng)中使用的都是大功率直流伺服電機。 一、寬調(diào)速直流伺服電機（大慣量寬調(diào)速直流伺服電機）它具有以下特點： （ 1）、高轉(zhuǎn)距；低速運轉(zhuǎn)是輸出轉(zhuǎn)距大，最大峰值轉(zhuǎn)距可達額定轉(zhuǎn)距的 10倍以上。 （ 2）、調(diào)速范圍寬；一般可達 10001500r/min （ 3）、動態(tài)相應(yīng)好；（ 4）、過載能力強允許持續(xù)過載時間長。（ 5）、易于測試。（ 6）、電機本身的慣量大，輸出轉(zhuǎn)距大，可以直接驅(qū)動負載，無需機械減速傳動鏈。 （ 7）、電機的熱容量大，熱時間常數(shù)大，可達 120分鐘左右，可在自然冷卻條件下長時間工作或過載條件下工作。 二、直流伺服電機的調(diào)速控制 如圖所示電機轉(zhuǎn)子上的載流導體在定子磁場中，受到電磁轉(zhuǎn) M的作用，使電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。電磁轉(zhuǎn)距 電機的轉(zhuǎn)距系數(shù) 電機電樞電流 電樞轉(zhuǎn)動后，因?qū)w切割磁力線而 產(chǎn)生的反電勢其值為： 作用在電樞的電壓 U應(yīng)等于反 電勢與電樞電壓之和 電樞電阻 由上式可得： Uj Ij Ea Ra Rj U Ia aT IkM ? ?mT ck ? aITk nkEa e?aaa RIE ??aR? ?eaakRIUn ? 由上式可知，調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速有三種方法 1）改變電樞電壓 U （常用的方法） 2）改變磁通量 φ，即改變 的值 3）在電樞回路中串聯(lián)調(diào)節(jié)電阻 Rt ，此時轉(zhuǎn)速的計算公式為 調(diào)節(jié)激磁回路電阻的方法，雖然容易控制，但激磁回路的電感大，因此，電氣時間常數(shù)較大，調(diào)速的快速性差。而且激磁回路串聯(lián)電阻只能使激磁電流減小，所以轉(zhuǎn)速只能調(diào)高。而在電樞回路中串聯(lián)電阻的方法，轉(zhuǎn)速只能調(diào)低，而且電阻上的銅耗大，這種方法并不經(jīng)濟。磁通量與電樞電阻固定不變， 改變電樞電壓的調(diào)節(jié)方法，盡管需要附加的設(shè)備，但它的調(diào)速范圍大，所以直流電機常采用此方法。 ek?? ?etaakRRIUn ??? 三、 大慣量寬調(diào)速直流伺服電機的晶體管脈沖調(diào)速系統(tǒng) 晶體管脈沖調(diào)速系統(tǒng)，簡稱 PWM系統(tǒng)是近幾年出現(xiàn)的一種調(diào)速系統(tǒng)。利用開關(guān)頻率較高的大功率晶體管作為開關(guān)元件，將整流后的恒壓直流電源，轉(zhuǎn)換成幅值不變，但是脈沖寬度可調(diào)的高頻矩形波，給伺服電機的電樞回路供電，通過改變脈沖寬度的方法來改變電樞回路中的平均電壓，達到電機調(diào)速的目的。 PWM調(diào)速系統(tǒng)的特點： （ 1）、開關(guān)頻率高。其頻率可至 2khz，比機械部件的固有頻率高得多，可以避開機械部件的共振。 （ 2）、快速相應(yīng)好。能給出極快的定位速度和定位精度，適合于啟動頻繁的場合。 （ 3）可在高峰值電流下工作 。 第四節(jié) 交流伺服系統(tǒng) 一 、 數(shù)控機床用交流電機 由于直流電機具有優(yōu)良的調(diào)速性能 ， 因此長期以來 ， 在要求調(diào)速性能較高的場合 ， 直流伺服電機一直占據(jù)主導地位 ， 但直流電機卻存在一些固有的缺點 ， 如電刷和換向器易磨損 ， 需經(jīng)常維修 ， 換向器換向時易產(chǎn)生火花 ， 使電機的最高轉(zhuǎn)速及應(yīng)用環(huán)境受到限制 ， 并且直流電機的結(jié)構(gòu)復雜 ， 制造成本高 。 交流電機則無上述缺點 。 且轉(zhuǎn)子慣量較直流電機小 ， 動態(tài)相應(yīng)好 ， 它能在較寬的調(diào)速范圍內(nèi)產(chǎn)生理想的轉(zhuǎn)距 ， 結(jié)構(gòu)簡單 ， 運行可靠 ， 在同樣體積下 ， 交流電機的輸出功率可比直流電