數(shù)控伺服系統(tǒng)詳細(xì)論述(編輯修改稿)
2025-01-18 15:56 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 服電機(jī)及工作特性 VS3/9/2023交流同步伺服電機(jī)的種類(lèi)： 勵(lì)磁式、永磁式、磁阻式和磁滯式 （ 1）永磁交流同步伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu) 1．永磁交流同步伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 VS定 子 轉(zhuǎn)子 脈沖編碼器定子三相繞組 接線盒圖 6﹒ 11 永磁交流同步伺服電機(jī)結(jié)構(gòu) 3/9/20231．永磁交流同步伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 3/9/2023 （ 2）永磁交流同步伺服電機(jī)工作原理和性能 1． 永磁交流同步伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 n（ r/min） VSNns nr θ S 圖 6﹒1 2 工作原理 圖 6﹒1 3 特性曲線T（ Ncm） 120231000080006000400020230 1000 2023 3000Ⅰ Ⅱ 3/9/2023交流主軸電機(jī)的要求 ：? 大功率? 低速恒轉(zhuǎn)矩、高速恒功率 鼠籠式交流異步伺服電機(jī)圖 6﹒14 交流主軸電機(jī)與普通交流 異步感應(yīng)電機(jī)的比較圖示意圖 圖 6． 15 交流主軸伺服電機(jī)的特性曲線 2．交流主軸伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 交流主軸電機(jī) 普通交流 異步感應(yīng)電機(jī) 通風(fēng)孔 P（ KW） 8 6 4 2 0 2023 4000 6000 8000 12023 n（ r/min） 3/9/2023（ 1）永磁交流同步伺服電機(jī)的發(fā)展 ① 新永磁材料的應(yīng)用 釹鐵硼 ② 永久磁鐵的結(jié)構(gòu)改革 內(nèi)裝永磁交流同步伺服電機(jī) ③ 與機(jī)床部件一體化的電機(jī) 空心軸永磁交流同步伺服電機(jī)（ 2）交流主軸伺服電機(jī)的發(fā)展 ① 輸出轉(zhuǎn)換型交流主軸電機(jī) 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(jī) ③ 內(nèi)裝式主軸電機(jī) 交流伺服電機(jī)的發(fā)展 3/9/2023 速度控制概述： 速度控制系統(tǒng)由速度控制單元、伺服電機(jī)和速度檢測(cè) 裝置組成。分為主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)： 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(gè)速度范圍內(nèi)，保持恒轉(zhuǎn)矩。與 主運(yùn)動(dòng)相比功率較小。主運(yùn)動(dòng)： 主要無(wú)級(jí)調(diào)速，但還要有下面的控制功能： ⑴ 主軸于進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的同步控制； ⑵ 準(zhǔn)?？刂?； ⑶ 分度控制； ⑷ 恒線速度控制。速度控制： 主要是調(diào)速，調(diào)速有機(jī)械 、 液壓和電氣方法，電氣調(diào) 速最有利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。3/9/2023 直流進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度控制 1.、 直流伺服電機(jī)的調(diào)速原理 根據(jù)機(jī)械特性公式可知調(diào)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(diào)壓只能在額定 轉(zhuǎn)速以下進(jìn)行。屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)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(chǎng)接 近飽和，故只能弱磁調(diào)速，在額定轉(zhuǎn)速以上進(jìn)行。屬于恒功率調(diào)速。 ◆ 晶閘管（可控硅） 調(diào)速系統(tǒng) ◆ 晶體管脈寬調(diào)制（ PWM ） 調(diào)速系統(tǒng)（ ）（ ）3/9/2023(1) 晶閘管調(diào)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(diào)節(jié)（ PI），作用：好的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性。 電流環(huán)：電流調(diào)節(jié) (P或 PI)。作用：加快響應(yīng)、啟動(dòng)、低頻穩(wěn)定等。 觸發(fā)脈沖發(fā)生器：產(chǎn)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(qū)動(dòng)，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。速度調(diào)節(jié)器電流調(diào)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(cè)編碼器 電機(jī)UR+ Uf IfIR+E1ES3/9/20232）主回路 工作原理組成 ： 由大功率晶閘 管構(gòu)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(nèi)按三相橋式連接，二組反并接， 分別實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn) 和反轉(zhuǎn)。 原理 ： 三相整流器，由二個(gè)半波整流電路組成。每部分內(nèi)又分成 共陰極組 （ 5）和共陽(yáng)極組（ 6）。為構(gòu)成回路，這二組中必須各有一 個(gè)可控硅同時(shí)導(dǎo)通。 5在正半周導(dǎo)通， 6在負(fù)半周導(dǎo)通。每 組內(nèi)（即二相間）觸發(fā)脈沖相位相差 120186。，每相內(nèi)二個(gè)觸發(fā)脈沖相差 180186。 按管號(hào)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(gè)串聯(lián)可控硅能同時(shí)導(dǎo)通 ， 或已截止的相再次導(dǎo)通 ， 采用雙脈沖控制。既每個(gè)觸發(fā)脈沖在導(dǎo)通 60186。后，在補(bǔ)發(fā)一個(gè)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 9 111 3 5 8 12 10ABCMⅠ ⅡUMUDKMKM+3/9/2023原理：e)u ac b c a ba)b)c)d)1 3 5 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ωtub2 4 6b c aωtωtωtωt1 1 3 3 5 5 1 1 3 3 6 2 2 4 4 6 6 2 2 4 1 3 52 4 6120176。120176。180176。60176。1 32 460176。60176。56α 只要改變可控硅觸發(fā)角（即改變導(dǎo)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(jī)的轉(zhuǎn)速。 觸發(fā)脈沖提前來(lái)，增大整流輸出電壓；觸發(fā)脈沖延后來(lái)，減小整流輸出電壓。主回路波形圖3/9/20233）控制回路分析觸發(fā)脈沖產(chǎn)生的過(guò)程：改變觸發(fā)角，即改變控制角U1U2R1R2R3 C+同步信號(hào)過(guò)零信號(hào)由速度 F變換來(lái)的電流調(diào)節(jié)器輸出的直流信號(hào) ,1 2 3窄脈沖 ： 即移相觸發(fā)脈沖同步信號(hào)方波信號(hào)矩齒波矩齒波與直流電壓疊加 信號(hào)尖脈沖直流電壓（ 可控硅導(dǎo)通時(shí)間），可調(diào)速。 沒(méi)反饋是開(kāi)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(diào)節(jié)器 :同上，加快電流的反應(yīng)。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(hào)疊加。① 速度調(diào)節(jié)器：比例積分 PI，高放大（相當(dāng) C短路） —緩放大 —增放大 —穩(wěn)定（相當(dāng) C 開(kāi)路）無(wú)靜差。3/9/2023運(yùn)算放大器的類(lèi)型⑴ 反向比例放大器 ⑵ 反向比例加法運(yùn)算放大器 ⑶ 同向比例放大器 ⑷ 積分運(yùn)算放大器⑸ 比例積分運(yùn)算放大器： ⑹ 比較器R3 R3U1U2R1R2R3+U1R1 U2R2C+U1U2R1R2R3 C+U1U2R1R2 +U3U2R4R2+U1R1U1U2R2R1 +U2二個(gè)輸入端的內(nèi)阻非常大，不向運(yùn)放內(nèi)流電流，放大倍數(shù)非常大。同相端接地，電位為 0，為實(shí)地；方反向端電為也為 0，虛地。 U2=U1?R3/R23/9/2023功率因數(shù) （ 以單向?yàn)槔?）交流電阻電路：功率 (平均 ) P = UI =I2R =U 2/ R交流電阻電容電路：純電容電路電流超前電壓 相位 φ=90186。 功率 (平均 ) P =UIcos φ交流電阻電感電路：純電感電路電流落后電壓 相位 φ=90186。 功率 (平均 ) P =UIcos φ 由于交流電路中電感電容的存在，平均功率不等于電壓電流的乘積，而差一個(gè) cos φ ，既與電壓電流的相位差有關(guān)。其中 cos φ稱(chēng)為功率因數(shù) 。 cos φ 越高越好。 造成功率因數(shù)不高的主要原因是感性負(fù)載，如異步電機(jī)、工頻爐、日光燈的功率因數(shù)都不高；提高功率因數(shù)的辦法是在感性負(fù)載上并聯(lián)電容。3/9/2023 [總結(jié) ] 速度控制的原理 ： ①
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