【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 nnn n n nnn n n n ssnns????????? ? ? ??? ????? （２ ５） 式中表示系統(tǒng)調(diào)速范圍、靜差度、最高轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速降四者之間的關(guān)系。 通常 maxn 由電動(dòng)機(jī)銘牌可知， 2RTs 應(yīng)等于或者小于生產(chǎn)機(jī)械要求的靜差度 S， D 由生產(chǎn)機(jī)械要求決定。如果三者確定后，則要求 RTn? 為定值。當(dāng) RTs 一定時(shí) D越大，允許的 RTn?值越大。 若要擴(kuò)大調(diào)速范圍，可提高 maxn 。由于技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的原因也不能無(wú)限制的增加轉(zhuǎn)速。 調(diào)速系統(tǒng)的選定 調(diào)速系統(tǒng)是當(dāng)今電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用得最普遍的一種系統(tǒng)，在卷煙機(jī)械這種對(duì)調(diào)速性能的要求較高的系統(tǒng)中采用直流調(diào)速系統(tǒng)。卷煙機(jī)供紙伺服驅(qū)動(dòng)電路采用直流伺服系統(tǒng)。本電路中，交流電機(jī)不能滿足電路的要求。 伺服系統(tǒng)采用速度伺服，它是伺服系 統(tǒng)中的一個(gè)重要的內(nèi)容。它由速度控制單元、伺服電機(jī)、速度檢測(cè)裝置等構(gòu)成，速度控制單元用于控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，是速度控制系統(tǒng)的核心。速度環(huán)由速度控制器、電流環(huán)以及永磁直流測(cè)速發(fā)電機(jī)組成。測(cè)速發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)同軸相連接，工作時(shí)其輸出電壓與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比。反饋電壓與給定值相比較，差值供給速度控制器。在 PWM 構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路中，只要改變脈沖的寬度，就可以達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。 對(duì)于同樣一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，開環(huán)與閉環(huán)穩(wěn)態(tài)速降有什么不同呢？顯然閉環(huán)系統(tǒng)能減少穩(wěn)態(tài)速降，決不是閉環(huán)后電樞回路電阻能自動(dòng)減小，而是在于它的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用。開 環(huán)機(jī)械特性在各種對(duì)應(yīng)的晶閘管提供給直流電機(jī)的整流電壓為一恒值，即不能隨著電動(dòng)機(jī)電樞電流而變化而自動(dòng)變化，故當(dāng)電樞電流增大時(shí)，電樞壓降也增大，轉(zhuǎn)速只能降下來(lái)，而閉環(huán)靜特性上的各點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的晶閘管提供給直流電機(jī)的整流電壓不為一恒值，是隨電樞電流的增加（或減少）而相應(yīng)地提高（或降低）的，補(bǔ)償了電樞壓降的增加（或減少）。由于閉環(huán)系統(tǒng)具有隨著負(fù)載的變化而供給電動(dòng)機(jī)的整流電壓也自動(dòng)變換的特點(diǎn)，所以相對(duì)來(lái)說(shuō)閉環(huán)哈爾濱學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 11 系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力。由于直流電機(jī)的機(jī)械特性比較軟，直流開環(huán)伺服系統(tǒng)不能滿足機(jī)電一體化系統(tǒng)的要求，在電路中我們 采用單閉環(huán)伺服系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)就是負(fù)反饋控制系統(tǒng)。檢測(cè)元件將執(zhí)行部分的位移、轉(zhuǎn)角、速度等量轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，反饋到系統(tǒng)的輸入端與指令進(jìn)行比較，得出誤差信號(hào)的大小，按照減小誤差大小的方向控制驅(qū)動(dòng)電路，直到誤差減小到零為止。 閉環(huán)伺服系統(tǒng)適用于高精度或大負(fù)載的系統(tǒng)。閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)對(duì)包圍在負(fù)反饋環(huán)內(nèi)的一切前向通道上的擾動(dòng)作用都能有效得加以控制，因此，調(diào)速系統(tǒng)增設(shè)了負(fù)反饋環(huán)節(jié)后，將使轉(zhuǎn)速降減為開環(huán)時(shí)的 1（ 1+K）倍。閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù) K 值越大，穩(wěn)態(tài)速降也就越小，靜特性就越硬，在保證所要求的靜差率下，其系統(tǒng)的調(diào)速 范圍就越大，從而大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度。 在轉(zhuǎn)速閉環(huán)系統(tǒng)中，對(duì)于轉(zhuǎn)速給定環(huán)節(jié)及轉(zhuǎn)速檢測(cè)環(huán)節(jié)本身的誤差引起轉(zhuǎn)速偏差，反饋節(jié)則無(wú)能為力。因此，高精度的調(diào)速系統(tǒng)需要有更高精度的給定穩(wěn)定電源，高精度的控制系統(tǒng)，還必須有高精度的檢測(cè)元件作為保證。卷煙機(jī)閉環(huán)伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件我們采用直流伺服電機(jī)，檢測(cè)元件選用角位移傳感器。在閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中用永磁直流伺服電機(jī)控制電路，調(diào)速的方法是根據(jù)速度給定值與速度反饋值的差值來(lái)改變電機(jī)的電樞電壓，達(dá)到調(diào)速的目的。閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，信號(hào)轉(zhuǎn)換電路類型很多，我們采用的是直流脈寬調(diào)制（ PWM），原理是：輸入為直流電壓，經(jīng)脈沖寬度調(diào)制后，輸出脈沖的頻率與振幅一定，但脈沖寬度與輸入電壓幅值成正比，即脈沖占空比是可變的。用大功率晶體管直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電機(jī)時(shí)需要用線性集成運(yùn)算放大器組成的線路，整個(gè)線路是脈寬調(diào)速線路。 調(diào)速電機(jī) 調(diào)速既速度控制，是指在直流傳動(dòng)系統(tǒng)中人為或自動(dòng)地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以滿足工作機(jī)械對(duì)不同的轉(zhuǎn)速的要求。伺服電動(dòng)機(jī)是一種受輸入電信號(hào)控制，并做出快速響應(yīng)的電動(dòng)機(jī)。堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩與控制電壓成正比，轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的增加而近似線性下降，當(dāng)控制電壓為零時(shí)立即停止。在卷煙機(jī)供紙系統(tǒng)中，我們要 求通過(guò)伺服電機(jī)的調(diào)速來(lái)改變供紙的速度，使供紙速度和主機(jī)速度保持一致，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的工作。也就是說(shuō)前者要求速度可調(diào)，后者要求速度穩(wěn)定。調(diào)速就是在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)分檔（有級(jí)）地或平滑（無(wú)級(jí)）地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。 適應(yīng)這種要求的調(diào)速電機(jī)有交流和直流兩種： 直流調(diào)速電機(jī)是伺服系統(tǒng)應(yīng)用最早的，也是應(yīng)用最為廣泛的執(zhí)行元件。直流調(diào)速電機(jī)具有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、體積小、重量輕和轉(zhuǎn)速容易控制、效率高等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)就是轉(zhuǎn)子上安裝了具有機(jī)械運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的電刷和換向器，換向問(wèn)題是直流電機(jī)的主要弱點(diǎn)，其單機(jī)容量、過(guò)載能力、最高電壓和轉(zhuǎn)速 等重要指標(biāo)都受到換向和由它引起的機(jī)械強(qiáng)度等問(wèn)題的限制。直流伺服電機(jī)內(nèi)部有機(jī)械換向裝置，碳刷易磨損，維修工作量大，運(yùn)行時(shí)易起火花，給電機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率的提高帶來(lái)較大的困難 ， 需要定期維修和更換電刷，使用壽命短，噪聲大 。哈爾濱學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 12 直流伺服電機(jī)在數(shù)控機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人等機(jī)電一體化產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用。直流電機(jī)具有良好的控制特性，因此在工業(yè)生產(chǎn)中一直占據(jù)主導(dǎo)地位。直流電機(jī)之所以具有良好的調(diào)速性能，原因在于以下幾個(gè)方面：①直流電機(jī)的磁極固定在定子機(jī)座上，產(chǎn)生穩(wěn)定的直流磁場(chǎng)②樞繞組固定在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)，在定間產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的、磁場(chǎng)保持垂直的 電樞磁勢(shì)，電樞磁勢(shì)用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩③勵(lì)磁電流和電樞電流可以分別控制。 交流調(diào)速電機(jī)沒有換向件，過(guò)載能力強(qiáng)、重量小、體積輕，適用于高速、高精度、頻繁啟動(dòng)停止以及快速定位等場(chǎng)合。交流異步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、制造方便，但是交流電機(jī)的的調(diào)速特性不如直流電機(jī)，交流伺服電機(jī)的各種關(guān)系更為復(fù)雜，非線形更為嚴(yán)重，效果也更低，所以交流伺服電機(jī)只能用在小功率系統(tǒng)中，帶動(dòng)小的負(fù)載。 電動(dòng)機(jī)速度調(diào)節(jié)性能的好壞，常用下列各項(xiàng)指標(biāo)來(lái)衡量： ⑴調(diào)速范圍。調(diào)速范圍是指電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)額定負(fù)載時(shí)，所能達(dá)到的最大轉(zhuǎn)速與最小轉(zhuǎn)速之比。 ⑵調(diào)速的平滑性 。電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)相鄰調(diào)速級(jí)的轉(zhuǎn)速之比稱為調(diào)速的平滑性。 ? 稱為平滑系數(shù)。在一定的范圍內(nèi)，調(diào)速級(jí)越多，相鄰級(jí)轉(zhuǎn)速差越小， ? 越接近 1，平滑性越好。 ? =1稱為無(wú)級(jí)調(diào)速。 ⑶調(diào)速的穩(wěn)定性。調(diào)速的穩(wěn)定性是指負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨之變化的程度。 ⑷調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性。調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性由調(diào)速設(shè)備的投資及電機(jī)運(yùn)行時(shí)的能量消耗來(lái)決定。 ⑸調(diào)速時(shí)電動(dòng)機(jī)的容許輸出。它是指在電動(dòng)機(jī) 得到充分利用下的情況下，在調(diào)速過(guò)程中所能輸出的功率和轉(zhuǎn)矩。 直流電機(jī)的調(diào)速方法共有三種： ⑴ 電樞回路串聯(lián)電阻調(diào)速。保持電源電壓及主極磁通為額定值不變，在電樞回路內(nèi)串入不同的電阻時(shí)，電動(dòng)機(jī)將穩(wěn)定運(yùn)行于較低的轉(zhuǎn)速。電樞回路串電阻調(diào)速時(shí)，所串電阻越大，穩(wěn)定運(yùn)行轉(zhuǎn)速越低。所以這種方法只能在低于額定轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)調(diào)速，一般稱為由基速（額定轉(zhuǎn)速）向下調(diào)速。電樞回路串聯(lián)電阻后，機(jī)械特性變軟，系統(tǒng)轉(zhuǎn)速受負(fù)載波動(dòng)的影響較大，而且在空載和輕載時(shí)能夠調(diào)速的范圍非常有限，不能連續(xù)調(diào)節(jié)，只能有級(jí)調(diào)速。同時(shí)，所串的調(diào)速損耗越大，這樣將使電動(dòng)機(jī)的效率大為降低。 ⑵ 降低電源電壓調(diào)速。保持主極磁通為額定值不變，電樞回路不串電阻 ，降低電源電壓 U時(shí)，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)載穩(wěn)定運(yùn)行于較低的轉(zhuǎn)速上。降壓調(diào)速時(shí)，加在電樞上的電壓一般不超過(guò)額定電壓 nU ，所以降壓調(diào)速能只能在低于額定轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，或者說(shuō)只能由基速向下調(diào)速。降低電源電壓調(diào)速時(shí)，電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的硬度不變，因此，在低速運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速受負(fù)載波動(dòng)的影響也很小，速度的穩(wěn)定性較好。而且，不管拖動(dòng)哪一類負(fù)載，只要電源電壓可以調(diào)節(jié)，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速就可以連續(xù)變化，這種調(diào)速稱為無(wú)級(jí)調(diào)速。與電樞串電阻調(diào)速相比，降壓調(diào)速的性能要優(yōu)越得多，而且電樞電路中沒有附 加的電阻損耗，電動(dòng)機(jī)的效率高。 哈爾濱學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 13 ⑶ 保持電樞電壓不變，電樞回路不串電阻，減小電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流使主極磁通值減弱， 則電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)載運(yùn)行的轉(zhuǎn)速升高。弱磁調(diào)速是在電流較小的勵(lì)磁回路中進(jìn)行調(diào)節(jié)的，而勵(lì)磁電流通常只有額定電流的（ 25） %，因此調(diào)速時(shí)能量損耗很小。而且，由于勵(lì)磁調(diào)節(jié)電阻容量很小，控制很方便，可以連續(xù)調(diào)節(jié)電阻值實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速連續(xù)調(diào)節(jié)的無(wú)級(jí)調(diào)速。 伺服系統(tǒng)的測(cè)速 測(cè)速發(fā)電機(jī)是 輸出電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)速成比例的 微 特 電機(jī) 。測(cè)速發(fā)電機(jī)的繞組和 磁路 經(jīng)精確設(shè)計(jì)，其輸出電動(dòng)勢(shì) E 和轉(zhuǎn)速 n 成線性關(guān)系，即 E＝ kn，其中 k 是常 數(shù)。改變旋轉(zhuǎn)方向時(shí)輸出電動(dòng)勢(shì)的極性即相應(yīng)改變。當(dāng)被測(cè)機(jī)構(gòu)與測(cè)速發(fā)電機(jī)同軸聯(lián)接時(shí)，只要檢測(cè)出輸出電動(dòng)勢(shì)，即能獲得被測(cè)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速，故又稱速度傳感器。測(cè)速發(fā)電機(jī)廣泛應(yīng)用于各種速度或位置控制系統(tǒng)。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中作為檢測(cè)速度的元件，以調(diào)節(jié) 電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)速或通過(guò)反饋來(lái)提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和精度；在解算裝置中可作為微分、積分元件，也可作為加速或延遲信號(hào)用或用于測(cè)量各種運(yùn)動(dòng)機(jī)械在擺動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)以及直線運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度。 測(cè)速發(fā)電機(jī)分為交流和直流兩種。 在速度伺服系統(tǒng)中，系統(tǒng)的輸出端必須有檢測(cè)角位移的裝置。常見的測(cè)速發(fā)電機(jī)有三種，即直流測(cè)速發(fā)電 機(jī)、交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)和交流同步測(cè)速發(fā)電機(jī)。 同步電動(dòng)機(jī)就是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速始終與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速相同的交流電機(jī)。如果三相交流電源加在三相同步電動(dòng)機(jī)釘子繞組時(shí)，就產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)速度為 n的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組通電時(shí)建立固定磁場(chǎng)。假如轉(zhuǎn)子以某種方法起動(dòng)，并使轉(zhuǎn)速接近 1n ，這時(shí)轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)極性與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)極性之間異性對(duì)齊。根據(jù)磁極異性相吸原理，定轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)間就產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，促使轉(zhuǎn)子跟旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)一起同步轉(zhuǎn)動(dòng)即 n = 1n ,故稱為同步電動(dòng)機(jī)。 角位移的測(cè)定 角位移的測(cè)定選用旋轉(zhuǎn)變壓器。測(cè)量角位移的方法是把機(jī)械部件的旋轉(zhuǎn)傳遞到角位移傳感器的軸上，帶動(dòng)與之相連的擾流片 /鐵心，改變線圈中的感應(yīng)電壓 /電感量，輸出與旋轉(zhuǎn)角度成比例的電壓 /電流信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電路中采用 RVDT，與同步分析器和電位計(jì)等其他傳統(tǒng)的較為儀測(cè)量?jī)x相比，有效的提高了長(zhǎng)期可靠性。它的設(shè)計(jì)獨(dú)特，在不使用諸如滑片、葉片、接觸式游標(biāo)，電刷等易磨損的活動(dòng)部件的前提下仍可保證測(cè)量的精度。該傳感器采用特殊形狀的轉(zhuǎn)子和線繞線圈，模擬線 形可變差動(dòng)傳感器（ LVDT）的線形位移，有較高的可靠性和性能。轉(zhuǎn)子軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生線性輸出信號(hào)圍繞出廠預(yù)置的零位一定177。 60（總共120）度。此信號(hào)的相位指示離開零位的位移方向。轉(zhuǎn)子的非接觸式電磁糯合使用產(chǎn)品具有無(wú)限的分辨率，即絕對(duì)測(cè)量精度可打到零點(diǎn)幾度。 差動(dòng)變壓器的工作原理類似變壓器的作用原理。這種類型的傳感器主要包括有銜鐵、一次繞組和二次繞組等。一、二次繞組間的耦合能隨銜鐵的移動(dòng)而變化，即繞組間的互感隨被測(cè)位移改變而變化由于在使用時(shí)采用兩個(gè)二次繞組反向串接，以差動(dòng)方式輸出，所以把這種傳感器稱為差動(dòng)傳感器 式電感傳感器，通常簡(jiǎn)稱差動(dòng)變壓器。 哈爾濱學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 14 角位移傳感器的原理如圖 25所示。 RVDT 傳感器的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，壽命長(zhǎng)，線性度好，重復(fù)性好 ； R36AS(AC) 177。 30186。 / 177。 60 186。 Max – 差動(dòng)變壓器式； 工作溫度范圍大 (55186。c到 +150186。C)，不銹鋼焊接外殼 ；軸向負(fù)載高，防震動(dòng)沖擊能力強(qiáng)。 177。 60 186。 線性度 %； 抗干擾能力強(qiáng) 。 黃色褐色紅 色藍(lán) 色綠 色黑 色 絕緣柵極雙極型晶體管（ IGBT） 絕緣柵極雙極型晶體管是雙極型電力晶體 管和 MOSFET 的復(fù)合。電力晶體管飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動(dòng)電流大。 MOSFET 驅(qū)動(dòng)功率很小，開關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。 IGBT 綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率小，飽和壓降低。 絕緣柵雙極晶體管