【正文】 所選元件的標(biāo)稱電壓 VCEO大于或等于上式的計(jì)算值即可 IGBT的額定電流： 其中 : Icm一為集電極最大電流 K5一過(guò)載倍數(shù) 。 IGBT集電極的電壓為 : VCEO=K1K2K3K4Ud (4) 式中 :K1一為交流電網(wǎng)電壓的波動(dòng)系數(shù)，一般 K1=。因?yàn)闉V波電容 C也要通過(guò)能耗電阻放電，因此以電容器 C設(shè)定的是最高電壓計(jì)算能耗電阻值： 其中， Ud 是主電路的直流母線電壓 能耗電阻值： (K0是考慮開(kāi)關(guān)元件損耗的安全系數(shù)，一般取 ) IGBT的參數(shù)設(shè)定 ? 在大功率電力電子器件應(yīng)用中， IGBT成為主流。 Iφ一 PMSM的額定相電流 。 ∑J一算到轉(zhuǎn)子軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)部分總慣量 。濾波電容的作用除了穩(wěn)壓和濾除整流后的電壓紋波外，還在整個(gè)電路和逆變電路之間起去藕作用，以消除相互干擾，為感性負(fù)載提供必要的無(wú)功功率。制動(dòng)電路只要在外電路端子 P與 B 之間接入制動(dòng)電阻，即可實(shí)現(xiàn)能耗制動(dòng)，散去減速時(shí) 的再生電能。內(nèi)含驅(qū)動(dòng)電路 IPM設(shè)定了 內(nèi)部 IGBT的最佳驅(qū)動(dòng)條件，驅(qū)動(dòng)電路離 IGBT很近， 可以大大減少信號(hào)傳輸阻抗，且受外界的干擾很小， 因此不需要加反向偏壓。它的智能化主要表現(xiàn)在容易實(shí)現(xiàn)控制、保護(hù)和接口功能等三個(gè)方面。濾波電容起到 穩(wěn)壓濾波的作用，濾波電容中的濾波電容值很大 智能功率模塊 ? 功率變換部分是永磁同步 電機(jī) 控制系統(tǒng)的重要組成部分，其功能是依據(jù) PWM控制信號(hào)將三相工頻交流電變換成頻率、相位和幅值均可調(diào)的交流電，功率變換單元的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，而采用交一直一交變換方式的電壓源逆變器，目前在永磁同步 電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。 智能功率模塊由三相六個(gè)橋臂構(gòu)成，把直流電變換成 三相交流輸出，即變壓也變頻，輸?shù)?電動(dòng)機(jī) 的三相電 壓和頻率都是同時(shí)變換的。由于集高速運(yùn)算能力和面向 電機(jī) 的高效控制能力于一體的數(shù)字信號(hào)處理芯片 DSP的應(yīng)用，因此基于 DSP的永磁同步 電機(jī) 交流伺服控制系統(tǒng)逐步成為交流伺服控制系統(tǒng)的主流 。 t1為在 TT時(shí)間內(nèi) ， 在脈沖發(fā)生以前 （ 即 A點(diǎn)以前 ） 的間歇時(shí)間 ， t2為 AB之間的脈寬時(shí)間 ， t3為在 TT以內(nèi) B點(diǎn)以后的間隙時(shí)間 。 規(guī)則取樣法就是用 VT和 VS近似交點(diǎn) A和 B代替實(shí)際的交點(diǎn) A1和 B1， 用以確定SPWM脈沖信號(hào)的 。 微機(jī)是采用計(jì)算的辦法尋找三角波 VT與參考正弦波 VS的交點(diǎn)從而確定 SPWM脈沖寬度的 。 優(yōu)點(diǎn)是所需硬件少 ， 靈活性好和智能性強(qiáng) 。 如果用這樣的矩形脈沖作為逆變管的控制信號(hào) ， 則在逆變器輸出端可以獲得一組類似的矩形脈沖 ， 其幅值就是直流側(cè)的整流電壓 Ud， 其寬度是按正弦規(guī)律變化的 。 V T U d V S + _ A 圖 633 電路原理圖 圖脈寬調(diào)制波的形成 1 2 3 4 5 a) 14 13 u + Ud/2 Ud/2 b) 圖所示的數(shù)字位置為這二種波形交點(diǎn)，決定了逆變器某相元件的通斷時(shí)間（在此為 A相），即 V1和 V4的通斷，決定了 SPWM脈沖系列的寬度和脈沖間的間隔寬度。 SPWM脈寬調(diào)制波形 ， 當(dāng)正弦值為最大值時(shí) ， 脈沖的寬度也最大 ， 而脈沖的間隔則最小 。 因輸出電壓波形為矩形波 ， 具有許多高次諧波成分 。 圖 630 各逆變管的通斷安排 圖所示為逆變管的工作情況，圖中陰影部分為各逆變管的導(dǎo)通時(shí)間，其余為關(guān)斷狀態(tài)。 在 t t4時(shí)間內(nèi)， T T2同時(shí)導(dǎo)通， B為正， C為負(fù)， uBC為正。 電容器 Cd的功能是：濾平全波整流后的電壓波紋；當(dāng)負(fù)載變化時(shí) ， 使直流電壓保持平穩(wěn) 。如圖 628b中，由 id 和 iq求 i1 ，其公式為 采用矢量變換的感應(yīng)電機(jī)具有和直流電機(jī)一樣的控制特點(diǎn)，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，電機(jī)容量不受限制，與同等直流電機(jī)相比機(jī)械慣量小，其前景非?？捎^。這里，就是把 iα 和 iβ 轉(zhuǎn)化為 id 和 iq ，轉(zhuǎn)化條件是保證合成磁場(chǎng)不變。這樣就將三相電機(jī)轉(zhuǎn)換為二相電機(jī)，如圖 627b。 應(yīng)用三相 /二相的數(shù)學(xué)變換公式，將其化為二相交流繞組的等效交流磁場(chǎng)。若給圖所示模型上兩個(gè)互相垂直繞組 d和 q，分別通以直流電流 id 和 iq ，則將產(chǎn)生位置固定的磁場(chǎng) Φ ，如果再使繞組以角速度 ω0旋轉(zhuǎn)，則所建立的磁場(chǎng)也是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其幅值和轉(zhuǎn)速也與一樣。如果能夠模擬直流電機(jī)，求出交流電機(jī)與之對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)與電樞電流，分別而獨(dú)立地加以控制，就會(huì)使交流電機(jī)具有與直流電機(jī)近似的優(yōu)良特性。 圖恒功率調(diào)速特性曲線 方法：只改變 f1 優(yōu)點(diǎn)：調(diào)整方法簡(jiǎn)單 缺點(diǎn)：最大扭矩變化 （二）交流感應(yīng)電機(jī)矢量控制原理 矢量控制理論最先是在 1971年由德國(guó)學(xué)者 。因電機(jī)繞組是按額定電壓等級(jí)設(shè)計(jì)的，超過(guò)額定電壓運(yùn)行將受到繞組絕緣強(qiáng)度的限制，因此定子電壓不可能與頻率成正比地提高。 (69) 圖恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速特性曲線 2. 恒最大轉(zhuǎn)矩 （ Tm） 調(diào)速 為了在低速時(shí)保持最大轉(zhuǎn)矩 Tm不變 ， 就必須采取 E1/f1=常數(shù)的協(xié)調(diào)控制 ， 顯然 ， 這是一種理想的保持磁通恒定的控制方法 。 1. 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 (610) 方法： U1/f1=常數(shù)， 原理： φm近似恒定 , 因而扭矩 T近似恒定 優(yōu)點(diǎn)：特性曲線的線性段基本平行，扭矩恒定。 又當(dāng)電壓 U1不變 ， 減小 f1時(shí) ， Φm上升會(huì)造成磁路飽合 ， 激磁電流會(huì)上升 ， 鐵心過(guò)熱 ， 功率因數(shù)下降 ， 電機(jī)帶負(fù)載能力降低 。變頻調(diào)速是從高速到低速都可以保持有限的轉(zhuǎn)差率，故它具有高效率、寬范圍和高精度的調(diào)速性能，可以認(rèn)為是一種理想的調(diào)速方法。 伺服電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)器 適合于各種加工中心的電主軸 二、交流電機(jī)的速度控制 (一 )交流電機(jī)的調(diào)速 據(jù)電機(jī)學(xué)知，交流異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式為 (r/min)(67) 式中 f1— 定子電源頻率（ Hz）； p— 磁極對(duì)數(shù)； s— 轉(zhuǎn)差率。由變頻電源供電給同步電機(jī)時(shí)，能方便地獲得與頻率成正比的可變速度，可以得到非常硬的機(jī)械特性及寬的調(diào)速范圍。隨著各相關(guān)配套技術(shù)的發(fā)展和直線電動(dòng)機(jī)制造工藝的完善，相信用直線電動(dòng)機(jī)作進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的機(jī)床會(huì)得到廣泛應(yīng)用。而且容易維修，制造簡(jiǎn)單，適合于在較惡劣環(huán)境中使用，易于向大容量、高速度方向發(fā)展，其性能更加優(yōu)異，已達(dá)到或超過(guò)直流伺服系統(tǒng)，交流伺服電機(jī)已在數(shù)控機(jī)床中得到廣泛應(yīng)用。 永磁直流伺服電機(jī) （也稱為大慣量寬調(diào)速直流伺服電機(jī)），調(diào)速范圍寬，輸出轉(zhuǎn)矩大，過(guò)載能力強(qiáng)，而且電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，應(yīng)用較方便。 位置比較 速度控制 工作臺(tái) 伺服電機(jī) 位置反饋 速度反饋 指令 + 圖 63 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 － （ 二） 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)與主軸驅(qū)動(dòng) 進(jìn)給伺服系統(tǒng)包括速度控制環(huán)和位置控制環(huán)，用于數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)或刀架坐標(biāo)的控制系統(tǒng)，控制機(jī)床各坐標(biāo)軸的切削進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并提供切削過(guò)程所需轉(zhuǎn)矩。閉環(huán)方式被大量用在精度要求較高的大型數(shù)控機(jī)床上。 工作臺(tái) 驅(qū) 動(dòng) 控 制線路 （ 一）開(kāi)環(huán)和閉環(huán)伺服系統(tǒng) 開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，它沒(méi)有位置反饋回路和速度反饋回路，因此設(shè)備投資低，調(diào)試維修方便，但精度差，高速扭矩小，被用于中、低檔數(shù)控機(jī)床及普通機(jī)床改造。 5. 低速大扭矩 要求伺服系統(tǒng)有足夠的輸出扭矩或驅(qū)動(dòng)功率。 3. 快速響應(yīng) 快速響應(yīng)是伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)的重要指標(biāo) ， 它反映了系統(tǒng)跟蹤精度 。兩者誤差愈小，位移精度愈高。伺服系統(tǒng)從外部來(lái)看，是一個(gè)以位置指令輸入和位置控制為輸出的位置閉環(huán)控制系統(tǒng)。速度控制單元是一個(gè)獨(dú)立的單元部件，它是用來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的，是速度控制系統(tǒng)的核心。 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)能根據(jù)指令信號(hào)精確地控制執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)速度與位置，以及幾個(gè)執(zhí)行部件按一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)所合成的運(yùn)動(dòng)軌跡。 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 概述 返回課件首頁(yè) 一、 伺服系統(tǒng)的組成 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)按其功能可分為：進(jìn)給伺服系統(tǒng)和主軸伺服系統(tǒng)。 直線光柵通常包括一長(zhǎng)和一短兩塊配套使用，其中長(zhǎng)的稱為標(biāo)尺光柵或長(zhǎng)光柵，一般固定在機(jī)床移動(dòng)部件上，要求與行程等長(zhǎng)。根據(jù)光線在光柵中是透射還是反射分為透射光柵和反射光柵，透射光柵分辨率較反射光柵高，其檢測(cè)精度可達(dá) 1μm以上。通過(guò)記錄脈沖的數(shù)目，就可以測(cè)出轉(zhuǎn)角。 光電盤(pán)是用玻璃材料研磨拋光制成，玻璃表面在真空中鍍上一層不透光的鉻，然后用照相腐蝕法在上面制成向心透光窄縫。 從產(chǎn)生元件上分，脈沖編碼器有光電式、接觸式、電磁感應(yīng)式三種，從精度和可靠性來(lái)看，光電式較好，數(shù)控機(jī)床上主要使用的是光電式脈沖編碼器。 旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器由轉(zhuǎn)子和定子組成，用于角位移測(cè)量。 旋轉(zhuǎn)變壓器通過(guò)測(cè)量電動(dòng)機(jī)或被測(cè)軸的轉(zhuǎn)角來(lái)間接測(cè)量工作臺(tái)的位移。顯然，分辨精度要求愈高，量程愈大，則所要求的二進(jìn)制位數(shù)也愈多，結(jié)構(gòu)就愈復(fù)雜。它對(duì)信號(hào)處理的方法相對(duì)來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜。缺點(diǎn)是測(cè)量信號(hào)中增加了由回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)鏈誤差，從而影響了測(cè)量精度。 位置檢測(cè)裝置按工作條件和測(cè)量要求不同，有下面幾種分類方法： （一） 直接測(cè)量和間接測(cè)量 1. 直接測(cè)量 直接測(cè)量是將直線型檢測(cè)裝置安裝在移動(dòng)部件上，用來(lái)直接測(cè)量工作臺(tái)的直線位移，作為全閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置反饋信號(hào)，而構(gòu)成位置閉環(huán)控制。我們也以這一代表性的機(jī)型進(jìn)行系統(tǒng)的講解。