數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動與控制系統(tǒng)(1)(已改無錯(cuò)字)
2023-06-27 11:15:25 本頁面
【正文】 流不變的特性，將使系統(tǒng)能： ①自動限制最大電流； ②能有效抑制電網(wǎng)電壓波動的影響。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理 ? 速度調(diào)節(jié)器 ASR的調(diào)節(jié)作用 速度環(huán)是由 ASR和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋組成的閉環(huán)，它的主要作用是 保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定 ，并最后消除轉(zhuǎn)速靜差。 穩(wěn)態(tài)時(shí)： 0n s n fn s n s nU U U U n U n??? ? ? ? ? ? ? ?其物理意義 ：當(dāng) Usn為一定的情況下，由于速度調(diào)節(jié)器 ASR的調(diào)節(jié)作用，轉(zhuǎn)速 n將穩(wěn)定在 Usn/α 的數(shù)值上。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理 原理 ： 三相整流器，由二個(gè)半波整流電路組成。每部分內(nèi)又分成共陰極組（ 5）和共陽極組（ 6）。為了構(gòu)成回路，這二組中必須各有一個(gè)可控硅同時(shí)導(dǎo)通。 5在正半周導(dǎo)通， 6在負(fù)半周導(dǎo)通。每組內(nèi)（即二相間）觸發(fā)脈沖相位相差 120186。，每相內(nèi)二個(gè)觸發(fā)脈沖相差 180186。按管號排列，觸發(fā)脈沖的順序： 123456，相鄰之間相位差 60186。為保證合閘后兩個(gè)串聯(lián)可控硅能同時(shí)導(dǎo)通，或已截止的相再次導(dǎo)通， 采用雙脈沖控制。既每個(gè)觸發(fā)脈沖在導(dǎo)通 60186。后，在補(bǔ)發(fā)一個(gè)輔助脈沖；也可以采用寬脈沖控制，寬度大于 60186。，小于 120186。 三相橋式反并聯(lián)整流電路（圖 723） 4 6 2 7 9 11 1 3 5 8 12 10 A B C M Ⅰ 、 Ⅱ 二組反并接， 分別實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。 Ud Rdb KM + FU ~U e) u a c b c a b a) b) c) d) 1 3 5 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ωt u b 2 4 6 b c a ωt ωt ωt ωt 1 1 3 3 5 5 1 1 3 3 6 2 2 4 4 6 6 2 2 4 1 3 5 2 4 6 120176。 120176。 180176。 60176。 1 3 2 4 60176。 60176。 5 6 α 只要改變晶閘管的觸發(fā)角（即改變導(dǎo)通角），就能 改變晶閘管的整流輸出電壓 ，從而改變直流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 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。 主回路波形圖 三相橋式反并聯(lián)整流電路 晶閘管調(diào)速控制 適合于大功率及要求不高的直流伺服電動機(jī)調(diào)速控制 （ 根據(jù)圖 724來理解 ）： ①調(diào)速 ：當(dāng)給定的指令信號增大時(shí)，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，晶閘管整流器輸出直流電壓提高，電機(jī)轉(zhuǎn)速上升。此時(shí)測速反饋信號也增大，與大的速度給定相匹配達(dá)到新的平衡，電機(jī)以較高的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。 ②干擾 ：如負(fù)載增加，電機(jī)轉(zhuǎn)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(jī)轉(zhuǎn)速恢復(fù)到干擾前的數(shù)值。 ③電網(wǎng)波動 ：電流調(diào)節(jié)器通過電流反饋信號還起快速的維持和調(diào)節(jié)電流作用，如電網(wǎng)電壓突然短時(shí)下降，整流輸出電壓也隨之降低，在電機(jī)轉(zhuǎn)速由于慣性還未變化之前，首先引起主回路電流的減小，立即使電流調(diào)節(jié)器的輸出增加，觸發(fā)脈沖前移，使整流器輸出電壓恢復(fù)到原來值，從而抑制了主回路電流的變化。 ④啟動、制動、加減速 ：電流調(diào)節(jié)器還能保證電機(jī)啟動、制動時(shí)的大轉(zhuǎn)矩、加減速的良好動態(tài)性能。 晶閘管調(diào)速控制方式 近年來 ， 晶體管脈寬調(diào)制方式 （ PWM） 在世界上得到了廣泛應(yīng)用 ， 并且逐步取代晶閘管控制方式 。 U ． ． ． M ． τ１ T τ2 T t K Ua 如圖所示 ,開關(guān) K周期性的開關(guān) ,周期為 T,接通時(shí)間為 τ,外加電源電壓 U為常數(shù)，則加到電樞上的波形是一個(gè)高為 U，寬為 τ，周期為 T的方波。 則它的平均值為： Ua=∫ Udt/T= τU/T=δTU 其中 δT＝ τ/T 0 T 晶體管脈寬調(diào)速控制方式 Ua=δ T U 其中 δ T＝ τ /T 由上式可知： 當(dāng) T不變時(shí)，只要連續(xù)地改變 τ （ 0～ T）就可使電樞電壓平均值連續(xù)地由 0～ U變化，從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 如開關(guān)頻率是 2021Hz， T＝ l／ 2021s＝ 。 圖中二極管為續(xù)流二極管，當(dāng) K斷開時(shí)，由于電樞電感的存在，電機(jī)電樞電流 Ia可通過它形成回路而繼續(xù)流通。 U ． ． ． M ． τ１ T τ2 T t K Ua 晶體管脈寬調(diào)速控制方式 晶體管脈寬調(diào)速控制方式 脈寬調(diào)制（ PWM— pulse width modulation）方式的速度控制系統(tǒng)主要由 脈沖寬度調(diào)制器 和 脈沖功率放大器 兩部分組成： 整流 速度 調(diào)節(jié)器 電流反饋 脈寬 調(diào)制 基極驅(qū)動 功 放 振蕩器 電流 調(diào)節(jié)器 G M Usr Usf u ~ + + + 圖 725 PWM系統(tǒng)組成原理 脈寬調(diào)制： 功率放大器中的晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)下，開關(guān)頻率保持恒定， 用調(diào)整開關(guān)周期內(nèi)晶體管導(dǎo)通時(shí)間（即改變基極調(diào)制脈沖寬度）的方法來改變輸出 ，以使電機(jī)電樞兩端獲得脈寬受調(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）。 脈寬的連續(xù)變化使電樞電壓的平均值隨著變化，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。 周期不變 脈寬 脈寬 脈寬 脈寬 平均直流電壓 U ωt 周期不變 晶體管脈寬調(diào)速控制方式 ① 電動機(jī)損耗和噪聲小； ②系統(tǒng)動態(tài)特性好，響應(yīng)頻帶寬； ③低速時(shí)電流脈動和轉(zhuǎn)速脈動小，穩(wěn)速精度高； ④功率晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)，損耗小且控制方便； ⑤響應(yīng)很快，電動機(jī)既能驅(qū)動負(fù)載，也能制動負(fù)載； ⑥功率晶體管承受高峰值電流的能力差。 晶體管脈寬調(diào)速控制方式 晶體管脈寬調(diào)制的主要特點(diǎn)： PWM方式廣泛應(yīng)用于： 中、小功率的直流伺服驅(qū)動系統(tǒng)。 PWM的優(yōu)點(diǎn) ：晶體管脈寬調(diào)制系統(tǒng) ， 因晶體管的開關(guān)頻率很高 ， 其輸出電流接近于純直流 ， 使電機(jī)調(diào)速平穩(wěn) 。 另一方面 ， 轉(zhuǎn)子也跟不上如此高的頻率變化 ， 避開了機(jī)械諧振 ，使機(jī)械 工作平穩(wěn) ；這種方式還 具有優(yōu)良的動態(tài)硬度 ， 電機(jī)既能驅(qū)動負(fù)載 ， 也能制動負(fù)載 ， 因而響應(yīng)很快 。 與晶閘管比較 ， 在相同的輸出轉(zhuǎn)矩下 （ 即平均電流相同 ） 運(yùn)
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