數(shù)控機床的驅(qū)動與控制系統(tǒng)(1)-資料下載頁
2025-05-15 11:15本頁面
【正文】 行效率高 ， 發(fā)熱小 ， 低速下限更小 ， 調(diào)速范圍更寬 。 直流電機的缺點 ：它的電刷和換向器易磨損 ， 換向時產(chǎn)生火花 ， 使電機的最高轉(zhuǎn)速受到限制 ， 也使應(yīng)用環(huán)境受限制 ，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ， 成本高 。 直流伺服電機與速度控制 幾年來，由于交流伺服電機克服了直流伺服電機結(jié)構(gòu)上的缺點，交流伺服系統(tǒng)正在逐步取代直流伺服系統(tǒng)。 交流伺服電機 ? 特點： 結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、維護方便。 ? 種類： 交流異步伺服電機和交流同步伺服電機。 ? 永磁式交流（同步）伺服電機特點 與直流伺服電機相比，同等功率下，電機外形尺寸減小 1/2，重量減輕 60%，轉(zhuǎn)子慣量減至 1/5（減小 4/5） ? 感應(yīng)式交流伺服電機特點 結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、過載能力強，與永磁式交流伺服電機相比，效率低、體積大、轉(zhuǎn)子熱損耗大，轉(zhuǎn)子發(fā)熱直接影響系統(tǒng)性能。 ? 應(yīng)用： 目前數(shù)控機床進給系統(tǒng)多采用 永磁式交流伺服電機 。 交流伺服電機與速度控制 永磁式交流（同步）伺服電動機的結(jié)構(gòu)： 電機由定子、轉(zhuǎn)子和檢測元件組成。 VS 脈沖編碼器 轉(zhuǎn)子 定子 接線盒 定子三相繞組 交流伺服電機的變頻調(diào)速 ? 永磁交流伺服電機的變頻調(diào)速 進給系統(tǒng)常使用交流同步電機，該電機沒有轉(zhuǎn)差率， 電機轉(zhuǎn)速： 式中： f – 定子電源頻率； p – 磁極對數(shù) S – 轉(zhuǎn)差率（交流同步電機轉(zhuǎn)差率為 0） 調(diào)速方法：只能用 變頻調(diào)速。 主要環(huán)節(jié)： 為交流電機提供變頻、變壓電源的變頻器。 變頻器分為：交 – 直 – 交變頻器 （分 電壓型 和電流型） 交 – 交變頻器 ? ? p fsp fn 60160 ??? 交流伺服電機的變頻調(diào)速 永磁交流（同步）伺服電機工作原理和性能 1）、正弦脈寬調(diào)制（ SPWM）變頻器 調(diào)制原理（以單相為例）： 正弦脈寬調(diào)制 （ SPWM）波形 與正弦波等效的一系列等幅不等寬的矩形脈沖波，如圖所示。 ① 等效原理：把正弦分 成 n 等分，每一區(qū)間的面 積用與其相等的等幅不等 寬的矩形面積代替。 正弦的正負半周均如此 處理。 ?永磁交流伺服電機的變頻調(diào)速 u ωt ωt u O O a) b) 交流伺服電機的變頻調(diào)速 特點：等距、等幅、不等寬。 基準(zhǔn)正弦波 (由速度指令 轉(zhuǎn)化過來的 ) 方波發(fā)生器 (帶正反饋比較又有 RC積分 ) 三角波發(fā)生器 (積分器 ) 三角波與基準(zhǔn) 正弦波疊加 （比較器） SPWM調(diào)制波 VD1 u ut u1:調(diào)制波 u0 O O O t t RF R R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 VD2 VD3 VD4 C 1 C 2 U0 (ua、 ub、 uc ) t O + + + t ut:載波 產(chǎn)生 SPWM波形的原理及生成舉例 :正弦波 — 三角波調(diào)制 uAB 50Hz SPWM D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 T1 T2 T3 T4 T5 T6 ua ua ub ub uc uc u1 u2 u3 ut u1 ut ud ua ω1t ω1t ω1t ω1t ω1t ω1t uA0 uB0 uC0 逆變器輸出 A相等效正弦脈寬電壓波 B相等效正弦脈寬電壓波 逆變器輸出電壓等效正弦脈寬電壓波 u1:由 F轉(zhuǎn)換來的 ut 改變調(diào)制波的頻率、幅值，就可改變最終輸出：變頻變壓的交流電壓 C相等效正弦脈寬電壓波 主回路： 左半部：整流器 右半部：逆變器 雙極性 SPWM主回路： 校正 補償 乘法器 SPWM 功率 放大 速度反 饋信號 轉(zhuǎn)子位置 檢測電路 電流信號 處理電路 傳感器信號處理電路 傳感器 MS 3~ 電流 比較 速度 比較 電流 傳感 + + U(t) ?交流進給伺服電機的速度控制系統(tǒng)組成框圖 系統(tǒng)組成：速度環(huán)、電流環(huán) 、 SPWM電路、功放電路、檢測反饋電路。 交流伺服電機與速度控制 交流伺服電機的矢量控制調(diào)速 ?交流電動機的 矢量控制理論 ：解決了交流異步 /同步電動機的調(diào)速問題，使得交流電機的控制跟直流電機控制一樣方便可行，并且可以獲得與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美的動態(tài)性能。 ?交流感應(yīng)異步電動機的矢量控制原理 ：在普通的三相交流感應(yīng)異步電動機上模擬直流電動機，求出異步電動機與之對應(yīng)的磁場與電樞電流，分別而獨立的加以控制，即將三相交變量（矢量）轉(zhuǎn)換為與之等效的直流量（標(biāo)量），按照直流電動機的控制方式對其進行控制。 調(diào)速 加速度控制 轉(zhuǎn)矩控制 交流伺服電機的矢量控制調(diào)速 ?交流永磁同步電動機的矢量控制原理 ：在普通的三相交流永磁同步電動機上模擬直流電動機轉(zhuǎn)矩控制的規(guī)律，通過建立永久磁鐵磁場、電樞磁動勢和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，在調(diào)速過程中，通過控制電流（ 即對電動機定子電流矢量的相位和幅值進行控制 ）來實現(xiàn)對轉(zhuǎn)矩的控制。 調(diào)速 加速度控制 轉(zhuǎn)矩控制 ? 交流伺服系統(tǒng)的優(yōu)點：交流異步電機結(jié)構(gòu)簡單 ， 成本低廉 ， 無直流伺服電機的缺點 ， 而且轉(zhuǎn)子慣量較直流電機小 ， 動態(tài)響應(yīng)更好 。 交流電機容量也比直流電機容量大 ，可達更高的電壓和轉(zhuǎn)速 。 一般在同樣體積下 ， 交流電機的輸出功率比直流電機可以提高 10％ ～ 70％ 。 交流伺服電機與速度控制 小結(jié) ? 永磁交流同步電機的特點：結(jié)構(gòu)簡單 ， 運行可靠 ， 效率高 。通過在結(jié)構(gòu)上采取一些措施 ， 可比直流電機在外形尺寸上減少約 50％ ， 重量上減輕近 60％ ， 轉(zhuǎn)子慣量減至 20％ ，因而可得到比直流伺服電機更好的機械性能和更寬的調(diào)速范圍 。 ? 交流伺服系統(tǒng)的電機類型：交流異步電機和交流同步電機 。 在數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)中多采用 永磁式交流同步電機 。 ? 步驟：先將交流電機的三相繞組等效成二相繞組 ， 再進一步等效為兩個正交的直流繞組 ， 構(gòu)成正交的坐標(biāo)系的兩個軸 。 一個相當(dāng)于直流電機的勵磁繞組 ， 一個相當(dāng)于直流電機的電樞繞組 。 在旋轉(zhuǎn)的正交坐標(biāo)系中 ，交流電機的數(shù)學(xué)模型和直流電機的數(shù)學(xué)模型是一樣的 ，從而使交流電機像直流電機一樣 ， 能對其轉(zhuǎn)矩進行有效控制 。 ? 交流伺服電機的調(diào)速：目前用得較多的是 用計算機對交流電機的磁場作矢量變換控制 。 它的基本原理是通過矢量變換 ， 把交流電機等效為直流電機 ， 其思路是按照產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)磁場這一等效原則進行的 。 交流伺服電機與速度控制 小結(jié)
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