【正文】 VT和VS的交點(diǎn) A B1能準(zhǔn)確求得 ， 從而確定脈沖寬度 t′2， 但計(jì)算工作量較大 。缺點(diǎn)是需要通過(guò)計(jì)算確定 SPWM的脈沖寬度 ， 有一定的延時(shí)和響應(yīng)時(shí)間 。 采用模擬電路調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是完成 VT與 VS信號(hào)的比較和確定脈沖寬度所用的時(shí)間短 ， 幾乎是瞬間完成的 。當(dāng)正弦波高于三角波時(shí) ， 開(kāi)關(guān)器件 T1導(dǎo)通 、 T4關(guān)斷 ，使負(fù)載上得到的相電壓為 uA=＋ Ud/2；當(dāng)正弦波低于三角波時(shí) ， 開(kāi)關(guān)器件 T1關(guān)斷 、 T4導(dǎo)通 ， 負(fù)載上的相電壓為 uA=－ Ud/2；調(diào)制波和載波的交點(diǎn)決定了逆變橋輸出相電壓的脈沖系列 ， 調(diào)制出脈寬波形如圖 634b。 反之 ， 當(dāng)正弦值較小時(shí) ， 脈沖的寬度也小 ， 而脈沖的間隔則較大 ，這樣的電壓脈沖系列可以使負(fù)載電流中的高次諧波成分大大減少 。 對(duì)電機(jī)來(lái)說(shuō) ， 有用的是電壓的基波 。 如圖 632所示 ， 因電壓的平均值和占空比成正比 ， 所以在調(diào)節(jié)頻率時(shí) ， 改變輸出電壓脈沖的占空比 ， 就能同時(shí)實(shí)現(xiàn)變頻和變壓 。逆變橋輸出的線電壓波形如圖 631所示 ， 由圖可見(jiàn) ， 各相之間的相位互差 1200， 它們的幅值都與直流電壓 Ud相等 。 在 t t1時(shí)間內(nèi) ， T T6同時(shí)導(dǎo)通 ，B為負(fù) ， C為正 ， uBC為負(fù) 。 交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件之一就是逆變器 ， 由于調(diào)速的要求 ， 逆變器必須具有頻率連續(xù)可調(diào) 、 以及輸出電壓連續(xù)可調(diào) ， 并與頻率保持一定比例關(guān)系等功能 。 圖 629是脈寬調(diào)制 （ Pulse Width Modulation簡(jiǎn)稱 PWM） 變頻器的主電路 。 交 直 交變頻器是先將頻率固定的交流電整流成直流電 ， 再把直流電 逆變成 頻率可變的交流電 。 dqqdiitgiii????221di qi1i （ 三 ） 交流電機(jī)的變頻調(diào)速 交流電機(jī)調(diào)速種類很多 ， 應(yīng)用最多的是變頻調(diào)速 。 在圖 628b中 ， 和 的合成矢量是 ， 將其在 方向及垂直方向投影 ， 即可求得 與 。 若設(shè)圖 627c中 d為激磁繞組 ， 通以激磁電流 ， q為電樞繞組 ， 通以電樞電流 ， 則產(chǎn)生固定幅度的磁場(chǎng) ， 在定子上以角速度 ω0 旋轉(zhuǎn) 。令三相繞組中的 A相繞組的軸線與 α 坐標(biāo)軸重合，其磁勢(shì)為（見(jiàn)圖 628a）。圖 627a所示的三相異步電機(jī)的定子三相繞組，彼此相差 1200空間角度，當(dāng)通以三相平衡交流電流 時(shí)，在定子上產(chǎn)生以同步角速度旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)矢量 。 am ICM ??? ?? 圖 627a所示三相異步交流電機(jī)在空間上產(chǎn)生一個(gè)角速度為 ω0的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 。此外，電磁轉(zhuǎn)矩（ ）與磁通 和電樞電流Ia分別成正比關(guān)系。 這時(shí) ，相當(dāng)于額定電流時(shí)的轉(zhuǎn)矩也減小 ， 特性變軟 。 恒 Mm調(diào)速的機(jī)械特性見(jiàn)圖 625所示 ， 對(duì)應(yīng)于同一轉(zhuǎn)矩 ， 轉(zhuǎn)速降基本不變 ， 即直線部分斜率不變 ， 機(jī)械特性平行地移動(dòng) 。 但最大轉(zhuǎn)矩 Mm隨著 f下降而減小 。 ?? cos2ICM m???cos?cos 1. 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 由轉(zhuǎn)子電流與主磁通作用而產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩公式 (610)可知 ， M與 φ、 I2成正比 。 可以看出 ， Φ減小導(dǎo)致電機(jī)允許輸出轉(zhuǎn)矩 M下降 ， 則電機(jī)利用率下降 ， 電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩也將降低 ， 嚴(yán)重時(shí)可能發(fā)生負(fù)載轉(zhuǎn)矩超過(guò)最大轉(zhuǎn)矩 ， 電機(jī)就帶不動(dòng)了 ， 即所謂堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象 。 ? ?sp fn ?? 160 由上述分析可知改變頻率 f， 電機(jī)的轉(zhuǎn)速 n與 f成比列變化 。 由式 (67)可知 異步電機(jī)的調(diào)速方法 ， 可以有變轉(zhuǎn)差率 、變極對(duì)數(shù)及變頻三種 。 交流電機(jī)則無(wú)上述缺點(diǎn) 。 （ 2）、快速相應(yīng)好。 ek?? ?etaakRRIUn ??? 三、 大慣量寬調(diào)速直流伺服電機(jī)的晶體管脈沖調(diào)速系統(tǒng) 晶體管脈沖調(diào)速系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱 PWM系統(tǒng)是近幾年出現(xiàn)的一種調(diào)速系統(tǒng)。電磁轉(zhuǎn)距 電機(jī)的轉(zhuǎn)距系數(shù) 電機(jī)電樞電流 電樞轉(zhuǎn)動(dòng)后，因?qū)w切割磁力線而 產(chǎn)生的反電勢(shì)其值為： 作用在電樞的電壓 U應(yīng)等于反 電勢(shì)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(jī)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(shí)轉(zhuǎn)速的計(jì)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(shí)間常數(shù)較大，調(diào)速的快速性差。（ 5）、易于測(cè)試。 第三節(jié)直流伺服電機(jī) 目前數(shù)控機(jī)床上廣泛應(yīng)用直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)構(gòu)成閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)。 六 、 提高開(kāi)環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)精度的措施 傳動(dòng)間隙補(bǔ)償 。 功率消耗小效率高 ， 輸出恒定電流 ， 減少了步進(jìn)電機(jī)的共振發(fā)生 。 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(diǎn)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(dòng)電路原理圖 單穩(wěn) 延時(shí) 前置放大 前置放大 D2 t2 恒流斬波驅(qū)動(dòng)電路的原理圖見(jiàn)圖 615， 其工作原理是：環(huán)形分配器輸出的正脈沖將 T1， T2導(dǎo)通 ， 由于 U1電壓較高 ， 繞組回路又沒(méi)串電阻 ，所以繞組電流迅速上升 ， 當(dāng)繞組電流上升到額定值以上的某一數(shù)值時(shí) ， 由于采樣電阻 Re的反饋?zhàn)饔?， 經(jīng)整形 、 放大后送自 T1的基極 ， 使 T1管截止 。 若高低壓之比為 U1/U2， 則電流上升也提高 U1/U2倍 ，上升時(shí)間明顯減小 。 圖 611為電流波形 ， 可見(jiàn)電流波形前沿不陡 ， 繞組電流緩慢增加 ， 而使電機(jī)帶負(fù)載能力下降 。 但電阻消耗了一部分功率 ，降低了效率 。 以下介紹三種典型的驅(qū)動(dòng)電路：?jiǎn)坞妷汉?jiǎn)單驅(qū)動(dòng) 、 高低壓驅(qū)動(dòng)和恒流斬波驅(qū)動(dòng) 。 計(jì)算機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中 ， 使用軟件實(shí)現(xiàn)脈沖分配 ， 常用的是查表法 。初始時(shí) ， 在預(yù)置端加上預(yù)置脈沖 ， 將三個(gè)觸發(fā)器置為 100狀態(tài) 。 硬件環(huán)形分配器是根據(jù)真值表或邏輯關(guān)系式采用邏輯門(mén)電路和觸發(fā)器來(lái)實(shí)現(xiàn) ， 如圖 69所示 ， 該線路由與非門(mén)和 J－ K觸發(fā)器組成 。 驅(qū)動(dòng)控制電路由環(huán)形分配器和功率放大器組成。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí) ， 若輸入脈沖頻率逐漸增加 ， 則電動(dòng)機(jī)所能帶動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩將逐漸下降 。 6. 連續(xù)運(yùn)行頻率 步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)后 ， 其運(yùn)行速度能根據(jù)指令脈沖頻率連續(xù)上升而不丟步的最高工作頻率 ， 稱為連續(xù)運(yùn)行頻率 。 步進(jìn)電機(jī)頻率變化階段其加速時(shí)間和減速時(shí)間不能過(guò)小 ， 否則會(huì)出現(xiàn)失步或超步 。 如果外加負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于 Mmax， 電機(jī)就不能啟動(dòng) 。 靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角 θ 的關(guān)系叫矩角特性 ， 如圖 66所示 ， 近似為正弦曲線 。 大小由制造精度 、 齒槽的分布及定子和轉(zhuǎn)子間氣隙不均勻等因素造成 。 步距角和步進(jìn)電機(jī)的相數(shù) 、 通電方式及電機(jī)轉(zhuǎn)子齒數(shù)的關(guān)系如下： (61) 式中 — 步進(jìn)電機(jī)的步距角； m— 電機(jī)相數(shù)； Z— 轉(zhuǎn)子齒數(shù)； K— 系數(shù) ， 相鄰兩次通電相數(shù)相同 ， K＝ 1； 相鄰兩次通電相數(shù)不同 ， K＝ 2。 綜上所述，可以得出以下結(jié)論： （ 1）步進(jìn)電機(jī)定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次，它的轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)確定的角度，即步進(jìn)電機(jī)的步距角。 如通電順序改為 A→AC→C→CB→B→BA→A ， 則步進(jìn)電機(jī)以步距角15176。 圖 65 步進(jìn)電機(jī)工作原理 AABBCCAABBCCAABBCC1112223333444逆時(shí)針轉(zhuǎn) 300逆時(shí)針轉(zhuǎn) 300逆時(shí)針轉(zhuǎn) 300 采用三相雙三拍控制方式 ， 即通電順序按 AB→BC→CA→AB（ 逆時(shí)針?lè)较?） 或 AC→CB→BA→AC （ 順時(shí)針?lè)较?） 進(jìn)行 ，其步距角仍為 300。 然后 C相通電 ， B相斷電 ， 轉(zhuǎn)子又逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) 30o，依次類推 ， 定子按 A→B→C→A 順序通電 ， 轉(zhuǎn)子就一步步地按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng) ， 每步轉(zhuǎn) 30o。 步進(jìn)電機(jī)每次轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱為步距角 。 步進(jìn)電機(jī)是按 電磁吸引的原理 進(jìn)行工作的 。 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)變換成角位移或線位移的一種機(jī)電式數(shù)模轉(zhuǎn)換器 。由于它輸入的是脈沖電流，也稱為脈沖電動(dòng)機(jī)。 由于直線電動(dòng)機(jī)在機(jī)床中的應(yīng)用目前還處于初級(jí)階段，還有待進(jìn)一步研究和改進(jìn)。 交流伺服電機(jī)已在數(shù)控機(jī)床中得到廣泛應(yīng)用 。 但直流電機(jī)有電刷 ， 限制了轉(zhuǎn)速的提高 ， 而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ， 價(jià)格也高 。 主軸伺服系統(tǒng)只是一個(gè)速度控制系統(tǒng) ，控制機(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) ， 為機(jī)床主軸提供驅(qū)動(dòng)功率和所需的切削力 ， 且保證任意轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié) 。 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)一般將位置檢測(cè)元件安裝在電動(dòng)機(jī)軸上 ， 用以精確控制電機(jī)的角度 ， 然后通過(guò)滾珠絲杠等傳動(dòng)部件 ， 將角度轉(zhuǎn)換成工作臺(tái)的位移 ， 為間接測(cè)量 (圖 63)。 由于系統(tǒng)中沒(méi)有監(jiān)測(cè)和反饋環(huán)節(jié) ， 工作中移動(dòng)到不到位 ， 取決于不進(jìn)電機(jī)的步距角精度 ， 齒輪傳動(dòng)間隙 ， 絲杠螺母副的精度等 。 三 、 伺服系統(tǒng)的分類 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)按其控制原理和有無(wú)位置反饋裝置 分為開(kāi)環(huán)和閉環(huán)伺服系統(tǒng) ；按其用途和功能分為 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) ；按其驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件的動(dòng)作原理分為 電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和電氣伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 。在數(shù)控機(jī)床中，由于所用刀具、加工材料及零件加工要求的不同，為保證在各種情況下都能得到最佳切削條件，就要求伺服系統(tǒng)具有足夠?qū)挼恼{(diào)速范圍。穩(wěn)定性直接影響數(shù)控加工精度和表面粗糙度 。 伺服系統(tǒng)的位移精度是指指令脈沖要求機(jī)床工作臺(tái)進(jìn)給的位移量和該指令脈沖經(jīng)伺服系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為工作臺(tái)實(shí)際位移量之間的符合程度 。 返回課件首頁(yè) 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的作用 ：接受數(shù)控裝置發(fā)出的進(jìn)給速度和位移指令信號(hào)，由伺服驅(qū)動(dòng)裝置作一定的轉(zhuǎn)換和放大后，經(jīng)伺服電機(jī)（直流、交流伺服電機(jī)、功率步進(jìn)電機(jī)等）和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床的工作臺(tái)等執(zhí)行部件實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給或快速運(yùn)動(dòng)。第六章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 第一節(jié) 概述 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) 。 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)與一般機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)有著本質(zhì)的區(qū)別： 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