数控技术第章伺服驱动系统.pptVIP

一.基本要求 (1) 尽可能减少电机的转动惯量，以提高系统的快速动态响应； (2) 尽可能提高电机的过载能力，以适应经常出现的冲击现象； (3) 尽可能提高电机低速运行的稳定性和均匀性，以保证低速时伺服系统的精度。 二.直流伺服电动机 1. 直流电动机 ① 原理 将直流电能转换成机械能。由定子和电枢组成。 定子永久磁铁或电流励磁，产生磁场；电枢线圈通电，在定子磁场中产生电磁转矩，使线圈转动。 ③ 类型： 他励直流电机(a) ：励磁绕组与电枢绕组无联接关系，由其他直流电源对励磁绕组供电。 并励直流电机(b) ：励磁绕组与电枢绕组相并联。励磁绕组与电枢共用同一电源。 串励直流电机(c)：励磁绕组与电枢绕组串联后，再接于直流电源。励磁电流就是电枢电流。 复励直流电机(d) ：有并励和串励两个励磁绕组。若串励绕组产生的磁通势与并励绕组产生的磁通势方向相同称为积复励。若两个磁通势方向相反，则称为差复励。 ④直流电动机特点 调速性能好。所谓“调速性能”，是指电动机在一定负载的条件下，根据需要，人为地改变电动机的转速。直流电动机可以在重负载条件下，实现均匀、平滑的无级调速，而且调速范围较宽。 起动力矩大。可以均匀而经济地实现转速调节。因此，凡是在重负载下起动或要求均匀调节转速的机械，例如大型可逆轧钢机、卷扬机、电力机车、电车等，都用直流电动机拖动。 转动惯量过大，输出转矩过小 2. 直流伺服电动机 ①工作原理 与普通直流电动机相同，结构更细长（以减少转动惯量）。 定子可采用电励磁或永久磁铁。转子（电枢）通电，在磁场的作用下，产生电磁转矩。 定子励磁电势Es，转子励磁电势Er。定子补偿绕组励磁电势Ec抵消Er。 定子励磁方式： 电励磁：励磁量便于调整，易于安排补偿绕组和换向极，成本低，可以在较宽的速度范围内得到恒转矩特性 永久励磁：没有换向器和补偿绕组，换向性能受到一定限制，但不需要励磁绕组，效率高，且在低速时能输出较大转矩。 在电动机尾部常装有测速电机。 ②调速原理 电动机转速： ③脉宽调制直流调速(Pulse Width Modulation, PWM) 利用大功率晶体管的开关作用，将直流电压转换成一定频率的方波电压，加到电枢上。通过对方波脉冲宽度的控制，改变电枢的平均电压，从而调节电机的转速。 将开关K周期性地闭合、断开。若调节周期为T，其中闭合时间为τ。若外加电源电压为U，电枢平均电压为： 当T不变时，只要连续地改变τ，就可使电枢电压的平均值Ua由0连续地变化至U，从而可连续地改变电动机的转速。 实际的PWM系统用大功率三极管代替开关K，开关频率2000Hz。 双向调速的桥式电路 VT1和VT3的基极加正向脉冲，导通；VT2和VT4的基极加负向脉冲，截止；电流路径： +90 V→c → VT1 → d → M → b → VT3 → a → 0V VT1和VT3的基极加负向脉冲，截止；VT2和VT4的基极加正向脉冲，导通；电流路径： +90 V→c → VT2 → b → M →d → VT4 → a → 0V ④特点 小惯量直流伺服电机：细长形，转子光滑无槽。转动惯量比一般直流电动机小1个数量级，机械时间常数小，加减速能力强，响应快，动态特性好；适用于高速且负载惯量较小的场合。 大惯量宽调速直流电动机：既具有一般直流电动机的优点，又具有小惯量直流电动机的快速响应性能，易与较大的负载惯量相匹配。 缺点：电刷和换向器工作中易磨损；换向器结构复杂；换向时易产生火花。容量小，难以高转速。 三. 交流伺服电动机 特点：无电刷和换向器，结构简单；转子转动惯量小，动态响应好；输出功率大。 交流永磁式伺服电动机：用于进给伺服系统 交流感应式伺服电动机：用于主轴伺服系统相当于交流异步电动机. ①工作原理 定子通交流电，产生旋转磁场，使转子运转。 定子上有励磁绕组和控制绕组，这两个绕组在空间相差90°。若在两相绕组上加以幅值相等、相位差90°电角度的对称电压，则在电机的气隙中产生圆形的旋转磁场。若两个电压的幅值不等或相位不为90°电角度，则产生的磁场将是一个椭圆形旋转磁场。 加在控制绕组上的信号不同，产生的磁场椭圆度也不同。例如，负载转矩一定，改变控制信号，就可以改变磁场的椭圆度，从而控制伺服电机的转速。 杯形转子交流伺服电动机结构 ③调速原理 采用变频调速。基本过程：输入50HZ的交流电，通过整流器，转换成直流电，然后通过逆变器转换成一定电压和频率的交流电。即：交流一直流一交流。 图(a)：脉冲幅值调制(PAM)。由晶闸管整流器(调压)、中间直流滤波环节和逆变器(调频)组成。 图(b)：脉宽调制(PWM)。二极管整流电路（恒定直流电压）、中间直流滤波环节和脉宽调制(PWM)