【正文】 ）變換為等效的直流電機中彼此獨立的 勵磁電流和電樞電流 （標量），建立起交流電機的等效數(shù)學模型，然后通過對這兩個量的反饋控制，實現(xiàn)對電機的轉(zhuǎn)矩控制；再通過相反的變換，將被控制的等效直流電機還原為三相交流電機，那么三相交流電機的調(diào)速性能就完全體現(xiàn)了直流電機的調(diào)速性能。交流伺服電機可以利用 SPWM進行矢量變頻調(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)中獲得廣泛應用 。該調(diào)頻方式所得交流電的波動小，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)子中的導體，導體感應電流與定子磁場相作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，推動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速 nr為 4 交流伺服電機及其速度控制系統(tǒng)CNC異步型交流伺服電機與同容量的直流電機相比：優(yōu)點：重量輕，價格便宜；缺點：轉(zhuǎn)速受負載的變化影響較大，不能經(jīng)濟地實現(xiàn)范圍較廣的平滑調(diào)速，故 異步型交流伺服電機用在主軸驅(qū)動系統(tǒng)中 。交流伺服電動機的接線圖和相量圖交流伺服電動機的接線圖和相量圖(a）接線圖）接線圖?1(b) 相量圖相量圖CNC永磁式同步電機 ：優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠效率高；缺點：體積大、啟動特性欠佳。勵磁繞組控制繞組杯形轉(zhuǎn)子內(nèi)定子交流伺服電動機結(jié)構(gòu)圖交流伺服電動機結(jié)構(gòu)圖CNC放大器檢測元件控制信號控制信號+ –+– 控制繞組勵磁繞組+++–– –1 勵磁繞組串聯(lián)電容 C , 是為了產(chǎn)生兩相旋轉(zhuǎn)磁場。4 交流伺服電機及其速度控制系統(tǒng)CNC 交流伺服電動機交流伺服電動機 交流伺服電動機就是一臺 兩相交流異步電機。從建立所需氣隙磁場的磁勢源來說，同步型交流電機分：電磁式及非電磁式兩大類。4 交流伺服電機及其速度控制系統(tǒng)直流電機缺點：CNC1 交流伺服電機的分類與特點數(shù)控機床上應用的交流電機一般都為三相。 UAB由 驅(qū)動電壓脈沖寬度決定。當 正 脈沖較寬時，即 t1T/2，平均電壓為正，電機正轉(zhuǎn)；當 正 脈沖較窄時， t1T/2 ，平均電壓為負，電機反轉(zhuǎn)；正負 脈沖寬度相等， t1=T/2 ，平均電壓為零，電機停轉(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可控硅同時導通。 直流伺服電機及其速度控制CNC1．晶閘管調(diào)速系統(tǒng) 直流伺服電機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+Un InI*n+US直流雙環(huán) 調(diào)速系統(tǒng) 直流伺服電機及其速度控制CNC主回路 ：二組反并接， 分別實現(xiàn)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)原理 ：三相整流器，由二個半波整流電路組成。 3 直流伺服電機及其速度控制CNC調(diào)節(jié)磁通 （調(diào)磁調(diào)速） 不但改變了電機的理想轉(zhuǎn)速，而且使直流電機機械特性變軟，所以 調(diào)磁調(diào)速 主要用于 機床主軸電機 調(diào)速。調(diào)節(jié)電樞電壓 （調(diào)壓調(diào)速） 時，直流電機機械特性為一組平行線，只改變電機的理想轉(zhuǎn)速 n0 ，保持了原有較硬的機械特性，所以 調(diào)壓調(diào)速 主要用于 伺服進給驅(qū)動系統(tǒng)電機的調(diào)速如果 Δn 值較大，不可能實現(xiàn)寬范圍的調(diào)速。n0T TnD n直流電機的基本調(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 直流伺服電機及其速度控制負載轉(zhuǎn)矩 Tm= 0,則有 CNC直流電機轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系稱 機械特性機械特性是電機的靜態(tài)特性，是穩(wěn)定運行時帶動負載的性能，此時，電磁轉(zhuǎn)矩與外負載相等。因而電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩的方向始終保持不變，使電機沿逆時針方向連續(xù)轉(zhuǎn)動。直流電機工作原理CNC ? 隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，線圈邊位置互換，這時要使轉(zhuǎn)子連續(xù)轉(zhuǎn)動．則應使線圈邊中的電流方向也加以改變．要進行換向。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，到負電刷 B流出。3 直流伺服電機及其速度控制CNC組成：磁極（定子）、電樞（轉(zhuǎn)子）、電刷與換向片他勵式直流伺服電機工作原理：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。實質(zhì)是一種交流調(diào)速電機，調(diào)速性能可達到直流伺服發(fā)電機的水平，又取消了換向裝置和電刷部件，提高了電機使用壽命。 特點：能在較低轉(zhuǎn)速下實現(xiàn)平穩(wěn)運行，最低可達 1r／min，甚至 ／ min。3 直流伺服電機及其速度控制CNC2．大慣量寬調(diào)速直流伺服電機 （ 直流力矩電機）轉(zhuǎn)子直徑較大，線圈繞組匝數(shù)增加，力矩大，轉(zhuǎn)動慣量大，能在較大過載轉(zhuǎn)矩時長時間工作，因此可直接與絲杠相連，不需中間傳動裝置。在早期的數(shù)控機床上應用得比較多。這類電機一般為永磁式?！?，它保證變頻器的輸出頻率和電機的轉(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，同步機不同，這種變頻器的輸出頻率是受安裝在同步機轉(zhuǎn)子軸上的位置傳感器所控制。根據(jù)上面的分析，交流伺服電機和同步電機的構(gòu)造相似。線卷通電流（ 2） S（ 1）未通電流 CNC 數(shù)控機床伺服 驅(qū)動及控制技術(shù)伺服電機的控制原理（ 2）交流電機的原理如下：為了保持線卷的轉(zhuǎn)向不變。3 直流伺服電機及其速度控制CNCN S N S數(shù)控機床伺服 驅(qū)動及控制技術(shù)伺服電機的控制原理（ 1）直流電機的原理直流電機工作原理：根據(jù)弗來名左手定則，在磁場中通電導線產(chǎn)生運動。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。 步進電機有幾相，就需要幾組功率放大電路。 V=60δf2 步進電機及其驅(qū)動控制系統(tǒng)CNC作用： 是將環(huán)形分配器或微處理機送來的 弱電信號變?yōu)閺婋娦盘?，以得到步進電機控制繞組所需要的 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，可靈活地改變步進電機的控制方案。 步進電機的環(huán)形分配器 2 步進電機及其驅(qū)動控制系統(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。步進電機可制成軸向分相式（多段式）徑向分相式（單段式） 3．根據(jù)輸出力矩的大小分類 功率步進電機 輸出力矩在 5～ 50N2 步進電機及其驅(qū)動控制系統(tǒng)CNC可將步進電機分兩類：伺服步進電機 功率步進電機伺服步進電機 （快速步進電機），輸出力矩在幾十～數(shù)百 N反應式步進電機 ：定子有多相磁極，其上有勵磁繞組，轉(zhuǎn)子無繞組，用軟磁材料制成，由被勵磁的定子繞組產(chǎn)生反應力矩實現(xiàn)步進運行永磁反應式步進電機 ：定子結(jié)構(gòu)與反應式相似，轉(zhuǎn)子用永磁材料制成或有勵磁繞組、由電磁力矩實現(xiàn)步進運行。逐漸上升和下降的加速、減速時間不能過小，否則會 失步或超步 。2 步進電機及其驅(qū)動控制系統(tǒng)CNC 步進電機的 加減速特性 描述步進電機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)的變化頻率與時間的關(guān)系。運行矩頻特性： 是描述步進電機在連續(xù)運行時，輸出轉(zhuǎn)矩與連續(xù)運行頻率之間的關(guān)系。CNC連續(xù)運行頻率： 步進電機啟動后，其運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。啟動時的慣頻特性： 是指電機帶動純慣性負載時啟動頻率和負載轉(zhuǎn)動慣量之間的關(guān)系。CNC啟動頻率或突跳頻率 fq： 空載時，步進電機由靜止突