【正文】 等效的直流電機(jī)中彼此獨(dú)立的 勵(lì)磁電流和電樞電流 （標(biāo)量），建立起交流電機(jī)的等效數(shù)學(xué)模型，然后通過對(duì)這兩個(gè)量的反饋控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制；再通過相反的變換，將被控制的等效直流電機(jī)還原為三相交流電機(jī)，那么三相交流電機(jī)的調(diào)速性能就完全體現(xiàn)了直流電機(jī)的調(diào)速性能。交流伺服電機(jī)可以利用 SPWM進(jìn)行矢量變頻調(diào)速控制，使得交流調(diào)速獲得如同直流調(diào)速同樣優(yōu)良的理想性能。SPWM控制波的生成 :正弦波 — 三角波調(diào)制Q：電壓比較器UR：由指令脈沖轉(zhuǎn)換來的UΔ ：三角波發(fā)生器電路原理示意圖 正弦波的正負(fù)半周均如此處理 。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。在交 — 直 — 交變頻中： Pulse Width Modulation （ 脈沖寬度調(diào)制 ）， 根據(jù)中間直流電壓是否可調(diào)分：中間直流電壓可調(diào)PWM 逆變器、中間直流電壓固定的 PWM 逆變器；根據(jù)中間直流電路儲(chǔ)能元件是大電容還是大電感分：電壓型逆變器、電流型逆變器SPWM（正弦波 PWM）變頻器 是目前應(yīng)用最廣、最基本的一種交 — 直 — 交型電壓型變頻器， 在交流調(diào)速系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用 。該調(diào)頻方式所得交流電的波動(dòng)小，調(diào)頻范圍比較寬，調(diào)節(jié)線性度好。該方法所得的交流電波動(dòng)比較大，且最大頻率即為變頻器輸入的工頻電壓頻率。變頻調(diào)速的主要環(huán)節(jié)是：為交流電機(jī)提供變頻電源的變頻器。定子三相繞組通三相交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，磁場切割轉(zhuǎn)子中的導(dǎo)體，導(dǎo)體感應(yīng)電流與定子磁場相作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，推動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速 nr為 4 交流伺服電機(jī)及其速度控制系統(tǒng)CNC異步型交流伺服電機(jī)與同容量的直流電機(jī)相比：優(yōu)點(diǎn)：重量輕，價(jià)格便宜；缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)速受負(fù)載的變化影響較大，不能經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)范圍較廣的平滑調(diào)速，故 異步型交流伺服電機(jī)用在主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中 。交流伺服電動(dòng)機(jī)的接線圖和相量圖交流伺服電動(dòng)機(jī)的接線圖和相量圖(a）接線圖）接線圖?1(b) 相量圖相量圖CNC永磁式同步電機(jī) ：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠效率高；缺點(diǎn)：體積大、啟動(dòng)特性欠佳。勵(lì)磁繞組控制繞組杯形轉(zhuǎn)子內(nèi)定子交流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖交流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖CNC放大器檢測元件控制信號(hào)控制信號(hào)+ –+– 控制繞組勵(lì)磁繞組+++–– –1 勵(lì)磁繞組串聯(lián)電容 C , 是為了產(chǎn)生兩相旋轉(zhuǎn)磁場。4 交流伺服電機(jī)及其速度控制系統(tǒng)CNC 交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī) 交流伺服電動(dòng)機(jī)就是一臺(tái) 兩相交流異步電機(jī)。從建立所需氣隙磁場的磁勢(shì)源來說，同步型交流電機(jī)分：電磁式及非電磁式兩大類。4 交流伺服電機(jī)及其速度控制系統(tǒng)直流電機(jī)缺點(diǎn)：CNC1 交流伺服電機(jī)的分類與特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用的交流電機(jī)一般都為三相。 UAB由 驅(qū)動(dòng)電壓脈沖寬度決定。當(dāng) 正 脈沖較寬時(shí)，即 t1T/2，平均電壓為正，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng) 正 脈沖較窄時(shí)， t1T/2 ，平均電壓為負(fù)，電機(jī)反轉(zhuǎn)；正負(fù) 脈沖寬度相等， t1=T/2 ，平均電壓為零，電機(jī)停轉(zhuǎn)。每種電路又有單極性工作方式和雙極性工作方式，各種不同的工作方式又可組成可逆開關(guān)放大電路和不可逆開關(guān)放大電路 。組成：調(diào)制信號(hào)發(fā)生器（三角波和鋸齒波兩種）和比較放大器。 直流伺服電機(jī)及其速度控制CNC2． PWM 調(diào)速控制系統(tǒng)控制電路簡單，不需附加關(guān)斷電路，開關(guān)特性好。為構(gòu)成回路，共陰極組和共陽極組中必須各有一個(gè)可控硅同時(shí)導(dǎo)通。 直流伺服電機(jī)及其速度控制CNC1．晶閘管調(diào)速系統(tǒng) 直流伺服電機(jī)及其速度控制速度控制電壓電樞電壓CNCU*n 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編碼器 電機(jī)+Un InI*n+US直流雙環(huán) 調(diào)速系統(tǒng) 直流伺服電機(jī)及其速度控制CNC主回路 ：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。 3 直流伺服電機(jī)及其速度控制CNC調(diào)節(jié)磁通 （調(diào)磁調(diào)速） 不但改變了電機(jī)的理想轉(zhuǎn)速，而且使直流電機(jī)機(jī)械特性變軟，所以 調(diào)磁調(diào)速 主要用于 機(jī)床主軸電機(jī) 調(diào)速。調(diào)節(jié)電樞電壓 （調(diào)壓調(diào)速） 時(shí)，直流電機(jī)機(jī)械特性為一組平行線，只改變電機(jī)的理想轉(zhuǎn)速 n0 ，保持了原有較硬的機(jī)械特性，所以 調(diào)壓調(diào)速 主要用于 伺服進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)的調(diào)速如果 Δn 值較大，不可能實(shí)現(xiàn)寬范圍的調(diào)速。n0T TnD n直流電機(jī)的基本調(diào)速方式有三種 :調(diào)節(jié)電阻 Ra、調(diào)節(jié)電樞電壓 Ua和調(diào)節(jié)磁通 Φ 的值。3 直流伺服電機(jī)及其速度控制負(fù)載轉(zhuǎn)矩 Tm= 0,則有 CNC直流電機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系稱 機(jī)械特性機(jī)械特性是電機(jī)的靜態(tài)特性，是穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)帶動(dòng)負(fù)載的性能，此時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩與外負(fù)載相等。因而電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩的方向始終保持不變，使電機(jī)沿逆時(shí)針方向連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。直流電機(jī)工作原理CNC ? 隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈邊位置互換，這時(shí)要使轉(zhuǎn)子連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)．則應(yīng)使線圈邊中的電流方向也加以改變．要進(jìn)行換向。電磁力的方向可用左手定則判斷，伸開左手，掌心向著 N極， 4指指向電流的方向，與 4指垂直的拇指方向就是電磁力的方向。電流從正電刷 A經(jīng)線圈 ab、 cd，到負(fù)電刷 B流出。3 直流伺服電機(jī)及其速度控制CNC組成：磁極（定子）、電樞（轉(zhuǎn)子）、電刷與換向片他勵(lì)式直流伺服電機(jī)工作原理：直流電源接在兩電刷間，電流通入電樞線圈，切割磁力線，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。實(shí)質(zhì)是一種交流調(diào)速電機(jī)，調(diào)速性能可達(dá)到直流伺服發(fā)電機(jī)的水平，又取消了換向裝置和電刷部件，提高了電機(jī)使用壽命。 特點(diǎn)：能在較低轉(zhuǎn)速下實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)行，最低可達(dá) 1r／min，甚至 ／ min。3 直流伺服電機(jī)及其速度控制CNC2．大慣量寬調(diào)速直流伺服電機(jī) （ 直流力矩電機(jī)）轉(zhuǎn)子直徑較大，線圈繞組匝數(shù)增加，力矩大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，能在較大過載轉(zhuǎn)矩時(shí)長時(shí)間工作，因此可直接與絲杠相連，不需中間傳動(dòng)裝置。在早期的數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用得比較多。這類電機(jī)一般為永磁式?！?，它保證變頻器的輸出頻率和電機(jī)的轉(zhuǎn)速始終保持同步，而不失步。 它的控制是通過放大器把直流變成可變頻的交流，它和一般異步機(jī)，同步機(jī)不同，這種變頻器的輸出頻率是受安裝在同步機(jī)轉(zhuǎn)子軸上的位置傳感器所控制。根據(jù)上面的分析，交流伺服電機(jī)和同步電機(jī)的構(gòu)造相似。線卷通電流（ 2） S（ 1）未通電流 CNC 數(shù)控機(jī)床伺服 驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)伺服電機(jī)的控制原理（ 2）交流電機(jī)的原理如下：為了保持線卷的轉(zhuǎn)向不變。3 直流伺服電機(jī)及其速度控制CNCN S N S數(shù)控機(jī)床伺服 驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)伺服電機(jī)的控制原理（ 1）直流電機(jī)的原理直流電機(jī)工作原理：根據(jù)弗來名左手定則，在磁場中通電導(dǎo)線產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。根據(jù) 控制方式 分：磁場控制方式、電樞控制方式。結(jié)構(gòu)上：有一般電樞式、無槽電樞式、印刷電樞式、繞線盤式和空心杯電樞式等。 步進(jìn)電機(jī)有幾相，就需要幾組功率放大電路。 V=60δf2 步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)CNC作用： 是將環(huán)形分配器或微處理機(jī)送來的 弱電信號(hào)變?yōu)閺?qiáng)電信號(hào) ，以得到步進(jìn)電機(jī)控制繞組所需要的 脈沖電流及所需要的脈沖波形 。 用軟件環(huán)形分配器只需編制不同的環(huán)形分配程序，可使線路簡化，成本下降，可靈活地改變步進(jìn)電機(jī)的控制方案。 步進(jìn)電機(jī)的環(huán)形分配器 2 步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)CNC1．硬件環(huán)形分配器可由 D觸發(fā)器或 JK觸發(fā)器構(gòu)成，亦可用專用集成芯片或通用可編程邏輯器件。216。步進(jìn)電機(jī)可制成軸向分相式（多段式）徑向分相式（單段式） 3．根據(jù)輸出力矩的大小分類 功率步進(jìn)電機(jī) 輸出力矩在 5～ 50N2 步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)CNC可將步進(jìn)電機(jī)分兩類：伺服步進(jìn)電機(jī) 功率步進(jìn)電機(jī)伺服步進(jìn)電機(jī) （快速步進(jìn)電機(jī)），輸出力矩在幾十～數(shù)百 N反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) ：定子有多相磁極，其上有勵(lì)磁繞組，轉(zhuǎn)子無繞組，用軟磁材料制成，由被勵(lì)磁的定子繞組產(chǎn)生反應(yīng)力矩實(shí)現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)行永磁反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) ：定子結(jié)構(gòu)與反應(yīng)式相似，轉(zhuǎn)子用永磁材料制成或有勵(lì)磁繞組、由電磁力矩實(shí)現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)行。逐漸上升和下降的加速、減速時(shí)間不能過小，否則會(huì) 失步或超步 。2 步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)CNC 步進(jìn)電機(jī)的 加減速特性 描述步進(jìn)電機(jī)由靜止到工作頻率和由工作頻率到靜止的加、減速過程中，定子繞組通電狀態(tài)的變化頻率與時(shí)間的關(guān)系。運(yùn)行矩頻特性： 是描述步進(jìn)電機(jī)在連續(xù)運(yùn)行時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩與連續(xù)運(yùn)行頻率之間的關(guān)系。CNC連續(xù)運(yùn)行頻率： 步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)后，其運(yùn)行速度能跟蹤指令脈沖頻率連續(xù)上升而不丟步的最高工作頻率。啟動(dòng)時(shí)的慣頻特性： 是指電機(jī)帶動(dòng)純慣性負(fù)載時(shí)啟動(dòng)頻率和負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之間的關(guān)系。CNC啟動(dòng)頻率或突跳頻率 fq： 空載時(shí)，步進(jìn)電機(jī)由靜止突然啟動(dòng)