數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)電氣系統(tǒng)講稿(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 節(jié)磁通 Φ 的值。3 直流伺服電機(jī)及其速度控制CNC電樞電阻調(diào)速 不經(jīng)濟(jì)，調(diào)速范圍有限，很少采用。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。永磁式直流伺服電機(jī)的 Δn 值較小，因此， 進(jìn)給系統(tǒng)常采用永磁式直流電機(jī) 。 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。 直流伺服電機(jī)及其速度控制CNC 直流伺服電機(jī)速度控制單元的調(diào)速控制方式直流電機(jī)速度控制單元常采用的調(diào)速方法： 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)。 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(cè)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。每部分內(nèi)又分成共陰極組（ 1 1 15）和共陽極組（ 1 1 16）。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。只要改變可控硅觸發(fā)角（即改變導(dǎo)通角），就能改變可控硅的整流輸出電壓，從而改變直流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 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。 廣泛應(yīng)用中、小功率直流伺服系統(tǒng)周期不變脈寬脈寬脈寬脈寬平均直流電壓Uωt周期不變3 直流伺服電機(jī)及其速度控制CNC直流電機(jī)電壓的平均值 : T— 脈沖周期， Ton— 導(dǎo)通時(shí)間 直流伺服電機(jī)及其速度控制CNC脈寬調(diào)制（ PWM）系統(tǒng)組成：速度調(diào)節(jié)器電流反饋脈寬調(diào)制基極驅(qū)動(dòng) 功放振蕩器 電流調(diào)節(jié)器M速度指令 三相交流電整流速度反饋UsrUSCU△Ub3 直流伺服電機(jī)及其速度控制CNC脈寬調(diào)制器作用：將電壓量轉(zhuǎn)換成可由控制信號(hào)調(diào)節(jié)的矩形脈沖，為功率晶體管的基極提供一個(gè)寬度可由速度指令信號(hào)調(diào)節(jié)的脈寬電壓。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。原理：以三角波發(fā)生器為例介紹 3 直流伺服電機(jī)及其速度控制CNCR1 +12VUSCR1R3R2+12VU S rU △USr –速度指令轉(zhuǎn)化過 來的直流電壓U△ 三角波USC 脈寬調(diào)制器的輸出（ US r+U△ ）調(diào)制波形圖ttU S r +U △+U S ro oU S rttUS r為正時(shí) USr為負(fù)時(shí)U S r +U △ttUSr為 0時(shí)調(diào)制出正負(fù)脈寬一樣方波平均電壓為 0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(fù)3 直流伺服電機(jī)及其速度控制CNC開關(guān)功率放大器是脈寬調(diào)制速度單元的主回路結(jié)構(gòu)：有兩種形式： H型（橋式）、 T型。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 。可逆 H型雙極式 PWM開關(guān)功率放大器為例 直流伺服電機(jī)及其速度控制CNC可逆 H型雙極式 PWM開關(guān)功率放大器USA BD1D2D3D4MT1T2 T4T3UdUABUb2Ub3O ttUb1Ub 4O t1 TUS USOttidid1 id2 id1 id2O 直流伺服電機(jī)及其速度控制CNCUSA BD1D2D3D4MT1T2 T4T3UdUABUb2Ub3O ttUb1Ub 4O t1 TUS USOttidid1 id2 id1 id2O電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止：由正、負(fù) 驅(qū)動(dòng)電壓脈沖寬窄定。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)。電機(jī)速度的改變：電樞平均電壓 UAB越大轉(zhuǎn)速越高。 UAB由 驅(qū)動(dòng)電壓脈沖寬度決定。3 直流伺服電機(jī)及其速度控制CNC 電刷和換向有磨損，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花； 換向器由多種材料制成，制作工藝復(fù)雜； 電機(jī)最高速度受限制； 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高， 所以在使用上受到一定的限制。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。分：異步型和同步型交流伺服電機(jī)。從建立所需氣隙磁場(chǎng)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。非電磁式有磁滯式、永磁式和反應(yīng)式多種。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)。它的定子上裝有空間互差 90?的 兩個(gè)繞組：勵(lì)磁繞組和控制繞組，其結(jié)構(gòu)如圖所示。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(cè)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(chǎng)。 適當(dāng)選擇電容的大小，可使通入兩個(gè)繞組的電流相位差接近 90?,從而產(chǎn)生所需的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。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。與直流電機(jī)比：外形尺寸、重量、轉(zhuǎn)子慣量大幅減小與異步交流伺服電機(jī)相比：效率高、體積小。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 。4 交流伺服電機(jī)及其速度控制系統(tǒng)CNCVS脈沖編碼器轉(zhuǎn)子定子接線盒定子三相繞組1．永磁式交流同步電機(jī)結(jié)構(gòu)：電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子和檢測(cè)元件組成4 交流伺服電機(jī)及其速度控制系統(tǒng)CNC永磁式交流同步電機(jī)工作原理和性能nr＝ ns＝ 60f1／ p ns— 同步轉(zhuǎn)速， θ — 轉(zhuǎn)子磁極的軸線與定子磁極的軸線夾角，nr— 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，f1— 交流電源頻率（定子供電頻率），p— 定子和轉(zhuǎn)子的極對(duì)數(shù) nSNns nr θ S4 交流伺服電機(jī)及其速度控制系統(tǒng)CNC2．交流主軸電機(jī) 定子三相繞組通三相交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子中的導(dǎo)體，導(dǎo)體感應(yīng)電流與定子磁場(chǎng)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 ns— 同步轉(zhuǎn)速，f1— 交流電源頻率（定子供電頻率）s— 轉(zhuǎn)差率， s=( ns－ nr)/ ns，p— 極對(duì)數(shù)4 交流伺服電機(jī)及其速度控制系統(tǒng)CNC3 交流伺服電機(jī)的變頻調(diào)速nr＝ ns＝ 60f1／ p 由上兩式可見，只要改變交流伺服電機(jī)的供電頻率 f1 ，即可改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，所以交流伺服電機(jī)調(diào)速應(yīng)用最多的是 變頻調(diào)速 。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。變頻器分：交 —— 交 變頻交 —— 直 —— 交 變頻4 交流伺服電機(jī)及其速度控制系統(tǒng)CNC交 —— 交變頻 ：利用可控硅整流器直接將工頻交流電（頻率 50Hz）變成頻率較低的脈動(dòng)交流電，正組輸出正脈沖，反組輸出負(fù)脈沖，脈動(dòng)交流電的基波是所需的變頻電壓。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。4 交流伺服電機(jī)及其速度控制系統(tǒng)CNC交 — 直 — 交變頻：先將交流電整流成直流電，然后將直流電壓變成矩形脈沖波電壓，矩形脈沖波的基波是所需的變頻電壓。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。4 交流伺服電機(jī)及其速度控制系統(tǒng)CNC數(shù)控機(jī)床常采用交 — 直 — 交變頻調(diào)速。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 。