数控装备技术进给伺服B2.ppt

第四章 进给伺服系统 §4-3 直流伺服电机及速度控制 一.直流伺服电机 1、工作原理 §4-3 直流伺服电机及速度控制 §4-3 直流伺服电机及速度控制 2、常用直流电机 永磁式直流电机（有槽、无槽、杯型、 印刷绕组） 励磁式直流电机 无刷直流电机 直流力矩电机 §4-3 直流伺服电机及速度控制 3、结构 §4-3 直流伺服电机及速度控制 6、直流伺服电机的速度控制方式 （1）晶闸管（可控硅）调速系统 通过改变晶闸管触发角，改变伺服电机的外加电压，从而达到调速目的。 §4-3 直流伺服电机及速度控制 （2）晶体管脉宽调制调速系统（PWM） 利用脉宽调制器对大功率晶体管开关放大器的开关时间进行控制，将直流电压转换成某一频率的矩形波电压，加到直流电动机的转子回路两端，通过对矩形波脉冲宽度的控制，改变转子回路两端的平均电压，达到调速的目的。 脉宽的变化使电机电枢的直流电压随着变化。 §4-3 直流伺服电机及速度控制 §4-3 直流伺服电机及速度控制 §4-3 直流伺服电机及速度控制 PWM调速的特点 电机的损耗、噪声小 系统动态特性好，响应频带宽 低速时电流脉动和转速脉动都很小，稳速精度高 功率管工作在开关状态，耗损小，控制方便 响应快 功率管承受高峰值电流的能力差。 7、动态特性 直流电机的动态力矩平衡方程式为 式中 TM ─电机电磁转矩； TL ─ 折算到电机轴上的负载转矩； ω ─ 电机转子角速度； J ─ 电机转子上总转动惯量； t ─时间自变量。 §4-3 直流伺服电机及速度控制 8、直流伺服电机的性能特点 1) 低转速大惯量 2) 转矩大 3) 起动力矩大 4) 调速泛围大，低速运行平稳，力矩波动小 5）它的电刷和换向器易磨损 6）电机最高转速的限制，应用环境的限制 7）结构复杂，制造困难，成本高 由于直流伺服电机具有优良的调速性能， 80年代初至90年代中，在要求调速性能较高的场合，直流伺服电机调速系统的应用一直占据主导地位。但也存在一些固有的缺点，即： 电刷和换向器易磨损，维护麻烦 结构复杂，制造困难，成本高 而交流伺服电机则没有上述缺点。特别是在同样体积下，交流伺服电机的输出功率比直流电机提高10%～70%，且可达到的转速比直流电机高。因此，人们一直在寻求交流电机调速方案来取代直流电机调速的方案。 §4-4 交流伺服电机及速度控制 一.交流伺服电机 1、种类 §4-4 交流伺服电机及速度控制 2、永磁交流同步伺服电机的结构 §4-4 交流伺服电机及速度控制 3、永磁交流同步伺服电机工作原理 §4-4 交流伺服电机及速度控制 二.同步交流伺服电机的调速 1、调速方法 §4-4 交流伺服电机及速度控制 2、正弦脉宽调制（SPWM）变压变频器 把一个正弦半波分做N等分，如下图（N＝7）；然后把每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的等高矩形脉冲来代替；矩形脉冲的中点与正弦波每一等分的中点重合。这样，由N个等幅而不等宽的矩形脉冲所组成的波形就与正弦的半周等效。同样，正弦波的负半周也可以用相同的方法来等效 。 在实际中采用“调制”的方法，以频率比期望波高得多的等腰三角波作为载波(Carrier wave)，并用频率和期望波相同的正弦波作为调制波(Modulation wave)，当调制波与载波相交时，由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得在正弦调制波的半个周期内呈两边窄中间宽的一系列等幅不等宽的矩形波。 §4-4 交流伺服电机及速度控制 3、SPWM的优点 §4-4 交流伺服电机及速度控制 4、交流伺服电机的发展 §4-5 进给伺服系统设计 一、进给驱动装置的选型 进给系统的选型是以数控机床的设计要求为基础，与数控装置的选型有密切的关系，机床各轴的进给速度、整机的加工精度、加工范围、传动方式等都直接对驱动系统的性能提出了要求。 各生产厂家通常提供了与数控装置配套的驱动装置。 1、选型原则 1）实用性：选型的目的是为满足整机的设计 需要，从而满足生产的要求。 2）经济性：在满足加工要求的条件下，选型 要最经济或较为合理。 3）稳定、可靠性：长时间无故障的工作。 4）可操作性： a .要符合本单位的使用和设计的习惯； b .若出现故障易于排除。