【正文】 結構 1．永磁交流同步伺服電機的結構和工作原理 VS定 子 轉子 脈沖編碼器定子三相繞組 接線盒圖 6﹒ 11 永磁交流同步伺服電機結構 3/9/20231．永磁交流同步伺服電機的結構和工作原理 圖 3/9/2023 （ 2）永磁交流同步伺服電機工作原理和性能 1． 永磁交流同步伺服電機的結構和工作原理 n（ r/min） VSNns nr θ S 圖 6﹒1 3工作原理 圖 6﹒1 4 特性曲線T（ Ncm） 120231000080006000400020230 1000 2023 3000Ⅰ Ⅱ 3/9/2023交流主軸電機的要求 ：? 大功率? 低速恒轉矩、高速恒功率 鼠籠式交流異步伺服電機圖 6﹒15 交流主軸電機與普通交流 圖 6． 16 交流主軸伺服電機的特性曲線 異步感應電機的比較圖示意圖 2．交流主軸伺服電機的結構和工作原理 交流主軸電機 普通交流 異步感應電機 通風孔 P（ KW） 8 6 4 2 0 2023 4000 6000 8000 12023 n（ r/min） 3/9/2023 ② 液體冷卻電機 ③ 內(nèi)裝式主軸電機 交流伺服電機的發(fā)展 3/9/2023 速度控制概述： 速度控制系統(tǒng)由速度控制單元、伺服電機和速度檢測 裝置組成。進給運動： 是保證軌跡、尺寸和形位精度的。在整個速度范圍內(nèi)，保持恒轉矩。主運動： 主要無級調(diào)速，但還要有下面的控制功能： ⑴ 主軸與進給驅(qū)動的同步控制； ⑵ 準?？刂?； ⑶ 分度控制； ⑷ 恒線速度控制。3/9/2023 直流進給運動的速度控制 1.、 直流伺服電機的調(diào)速原理 根據(jù)機械特性公式可知調(diào)速有二種方法 :電樞電壓 Ua和 氣隙磁通 Φ ⑴ 改變電樞外加電壓 Ua :由于繞組絕緣耐壓的限制，調(diào)壓只能在額定 轉速以下進行。 ⑵ 改變氣隙磁通量 Φ ： 改激磁電流即可改 Φ ，在 Ua恒定情況下，磁場接 近飽和，故只能弱磁調(diào)速，在額定轉速以上進行。 ◆ 晶閘管（可控硅） 調(diào)速系統(tǒng) ◆ 晶體管脈寬調(diào)制（ PWM ） 調(diào)速系統(tǒng)（ ）（ ）3/9/2023(1) 晶閘管調(diào)速系統(tǒng)1）系統(tǒng)的組成 包括 控制回路 ：速度環(huán)、電流環(huán)、觸發(fā)脈沖發(fā)生器等。圖 可控硅調(diào)速系統(tǒng) 速度環(huán)：速度調(diào)節(jié)（ PI），作用：好的靜態(tài)、動態(tài)特性。作用：加快響應、啟動、低頻穩(wěn)定等。 可控硅整流放大器：整流、放大、驅(qū)動，使電機轉動。 原理 ： 三相整流器，由二個半波整流電路組成。為構成回路，這二組中必須各有一 個可控硅同時導通。每 組內(nèi)（即二相間）觸發(fā)脈沖相位相差 120186。 按管號排列，觸發(fā)脈沖的順序： 123456，相鄰之間相位差 60186。既每個觸發(fā)脈沖在導通 60186。小于 120186。120176。60176。60176。 觸發(fā)脈沖提前來，增大整流輸出電壓；觸發(fā)脈沖延后來，減小整流輸出電壓。 沒反饋是開環(huán)，特性軟。③ 觸發(fā)脈沖發(fā)生器：正弦波同步鋸齒波觸發(fā) 電路，與 F直流信號疊加。3/9/2023運算放大器的類型⑴ 反向比例放大器 ⑵ 反向比例加法運算放大器 ⑶ 同向比例放大器 ⑷ 積分運算放大器⑸ 比例積分運算放大器： ⑹ 比較器R3 R3U1U2R1R2R3+U1R1 U2R2C+U1U2R1R2R3 C+U1U2R1R2 +U3U2R4R2+U1R1U1U2R2R1 +U2二個輸入端的內(nèi)阻非常大，不向運放內(nèi)流電流，放大倍數(shù)非常大。 U2=U1?R3/R23/9/2023功率因數(shù) （ 以單向為例 ）交流電阻電路：功率 (平均 ) P = UI =I2R =U 2/ R交流電阻電容電路：純電容電路電流超前電壓 相位 φ=90186。 功率 (平均 ) P =UIcos φ 由于交流電路中電感電容的存在，平均功率不等于電壓電流的乘積，而差一個 cos φ ，既與電壓電流的相位差有關。 cos φ 越高越好。3/9/2023 [總結 ] 速度控制的原理 ： ① 調(diào)速： 當給定的指令信號增大時，則有較大的偏差信號加到調(diào)節(jié)器的 輸入端，產(chǎn)生前移的觸發(fā)脈沖，可控硅整流器輸出直流電壓提高，電 機轉速上升。 ② 干擾： 假如系統(tǒng)受到外界干擾，如負載增加，電機轉速下降，速度反 饋電壓降低，則速度調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號增大，其輸出信號也增大， 經(jīng)電流調(diào)節(jié)器使觸發(fā)脈沖前移，晶閘管整流器輸出電壓升高，使電機 轉速恢復到干擾前的數(shù)值。 ④ 啟動、制動、加減速： 電流調(diào)節(jié)器還能保證電機啟動、制動時的大轉 矩、加減速的良好動態(tài)性能。 ② 控制回路： 速度調(diào)節(jié)器； 電流調(diào)節(jié)器； 固定頻率振蕩器及三角波發(fā)生器； 脈寬調(diào)制器和基極驅(qū)動電路 。不同的是脈寬調(diào)制器和功率放大器。從而使電機獲得脈寬受調(diào)制 脈沖控制的電壓脈沖，由于頻率高及電感的作用 則為波動很小的直流電壓（平均電壓）。3/9/2023直流脈寬調(diào)調(diào)制的基本原理周期不變 周期不變脈寬脈寬脈寬脈寬平均直流電壓脈沖寬度正比代表速度 F值的直流電壓圖 脈寬調(diào)制（ PWM） 基本原理基本原理 圖Uωt3/9/20232） 脈寬調(diào)制器ttU △U △ +U S r U △ +U S rU S C U S C U S C+U S ro o oU S rtttt同向加法放大器電路圖U S r – 速度指令轉化過 來的直流電壓U △ 三角波USC 脈寬調(diào)制器的輸 出（ U S r +U △ ）調(diào)制波形圖R1 +12VUSCR1R3R2+12VU S rU △US r為 0時調(diào)制出正負脈寬一樣方波平均電壓為 0US r為正時 US r為負時調(diào)制出脈寬較寬的波形平均電壓為正調(diào)制出脈寬較窄的波形平均電壓為負圖 晶體管脈寬調(diào)制（ PWM） 電路及波形圖3/9/20233） 開關功率放大器主回路：可逆 H型雙極式 PWM 開關功率放大器電路圖 : 由四個大功率晶體管 （ GTR） T 1 、 T 2 、 T 3 、 T4 及四個續(xù)流二極管組成的橋 式電路。Ub Ub Ub3Ub4 –為調(diào)制器輸出，經(jīng)脈沖分配、基極驅(qū)動轉換過來的脈沖電壓。Ub3Ub4Ub1Ub2USA BD1D2D3D4MT1T2 T4T3tUS USUdUABO tUb1Ub 4Ub2Ub3OOttt1 Tidid1 id2 id1 id2OOOOOt1t3 Tt2 t3 t1Ub Ub 4Ub Ub 3UdUABidttttid1 id1id4id2id3 id4id2圖 晶體管脈寬調(diào)制（ PWM）功放 電路及波形圖3/9/2023工作原理： T1 和 T4 同時導通和關斷，其基極驅(qū)動電壓 Ub1= Ub4。以正脈沖較寬為例， 既正轉時。電機端電壓 UAB=US， 電樞電流 id= id1，由 US→ T1 → T4 → 地。 UAB=US。 負載較輕時： ③ 反接制動狀態(tài)，電流反向： ② 狀態(tài)中，在負載較輕時，則 id小， 續(xù)流 電流很快衰減到零，即 t =t2 時 （見 上面右圖 ）， id=0。電機處于 反接制動狀態(tài)。3/9/2023⑤ 電機正轉、反轉、停止： 由正、負 驅(qū)動電壓脈沖寬窄而定。⑥ 電機速度的改變： 電樞上的 平均 電壓 UAB越大，轉速越高。⑦ 雙極性 ：由以上分析表明：可逆 H型雙極式 PWM開關功率放大器，無論負載是重還是輕、電機是正轉還是反轉，加在電樞上的電壓極性在一個開關周期內(nèi)，都在US和 –US之間變換一次，故稱為雙極性?？焖傩院?。③ 電源的功率因數(shù)高 : SCR系統(tǒng)由于導通角的影響，使交流電源的波形畸 變、高次諧波的干擾，降低了電源功率因數(shù)。④ 動態(tài)硬度好 : 校 正瞬態(tài)負載擾動能力強，頻帶寬，動態(tài)硬度高。 ⑵ 良好的加、減速及換向功能。 ⑷ 大的調(diào)速范圍。 速度控制單元：沒有位置控制，只是速度控制系統(tǒng)。 調(diào)磁部分 — 恒功率調(diào)速，在額定轉速以上調(diào)速。包括 速度環(huán)、電流環(huán)、可控硅整流主回路等。 ◆ 激磁回路由激磁電流設定電路，電樞電壓反饋電路、及 激磁反饋電路三者的比較輸出信號，經(jīng)電流調(diào)節(jié)、觸發(fā) 脈沖發(fā)生器等，控制激磁電流的大小，完成恒功率調(diào)速。在 額定轉速以下用改變電調(diào)電樞端電壓調(diào)速，此時調(diào)磁不 工作只是維持額定的磁場，用電壓反饋作信號，限制激 磁電流反饋。3/9/2023 交流進給運動的速度控制由電機學知，交流電機轉速公式：式中： f – 定子電源頻率 p – 磁激對數(shù) S – 轉差率 ns – 定子旋轉磁場轉速 n– 轉子轉速 異步電機 變頻 – 用于籠型電機 調(diào)壓 :定子電壓 電磁磚差離合器