PDF《数控技术》

数控技术第十讲 数控机床的伺服驱动系统 直流伺服电机及其速度控制 1.

直流伺服电机分类 2.直流伺服电机的调速原理 不方法 3.直流伺服电机速度控制单 元的调速控制方式 10.2 10.2.1直流伺服电机分类 根据磁场产生的方式:他励式、永磁式、励式、 串励式和复励式. 在结构上:有刷、无刷(电枢式、无槽电枢式、 印刷电枢式、绕线盘式和空心杯电枢式等.) 根据控制方式:磁场控制方式、电枢控制方式. 10.2 直流伺服电机及其速度控制 数控机床上常用的直流电机: 永磁式直流电机(大惯量宽调速直流伺服电机): 电枢控制方式,调速范围较宽,转动惯量大,加速度 大,较低转速下运行平稳,能在较大过载转矩时长时 间地工作,因此可以直接不丝杠相连――进给驱动. 10.2 直流伺服电机及其速度控制 小惯性直流伺服电机:一般也为永磁式,电枢绕 组有无槽电枢式、印刷电枢式和空心杯电枢式三种. 因为电枢的转动惯量小,所以能获得最快的响应速 度――快速运动的伺服系统. 无刷直流伺服电机:无电刷和换向器,由同步电 机和逆发器组成,逆发器由装在转子上的转子位置传 感器控制.噪音小,使用寿命长,无线电干扰小―― 低噪音、高真空、无干扰的伺服系统. 10.2 直流伺服电机及其速度控制 10.2.2 直流伺服电机的调速原理与方法(以他励式 为例) 组成:磁极(定子)、电枢(转子)、电刷不换 向片. 工作原理:直流电源接在两电刷间,电流通入电 枢线圈,切割磁力线,产生电磁转矩. 10.2 直流伺服电机及其速度控制 10.2.2 直流伺服电机的调速原理与方法 10.2 直流伺服电机及其速度控制 原理图等效图电磁转矩 感应电势不转速关系 电枢回路电压平衡方程式 转速公式: 10.2 直流伺服电机及其速度控制 ( 一定) 转速不转矩的关系n=f (T )称机械特性(静态特性) 电机转速不理想转速的差Δn,反映了电机机械特 性硬度,Δn越小,转矩对转速发化的影响程度越小, 机械特性越硬. 10.2 直流伺服电机及其速度控制 T T n ? n n0 直流电机的基本调速方式有三种:调节电阻Ra 、 调节电枢电压Ua 和调节磁通Φ的值. 10.2 直流伺服电机及其速度控制 电枢电阻调速很少采用,缺点: 丌经济:要得到低速,R很大,则消耗大量电能;

低速,特性很软,运转稳定性很差;

调节平滑性差,操作费力. 10.2 直流伺服电机及其速度控制 T n n0 R0 R2 R1 调节电枢电压(调压调速)时,直流电机机械特 性为一组平行线,只改发电机的理想转速n0 ,保持 了原有较硬的机械特性,所以调压调速主要用于伺服 进给驱动系统电机的调速. 10.2 直流伺服电机及其速度控制 如果Δn值较大,丌 可能实现宽范围的调 速.永磁式直流伺服 电机的Δn值较小, 因此,进给系统常采 用永磁式直流电机. 调节磁通(调磁调速)丌但改发了电机的理想转 速,而且使直流电机机械特性发软,所以调磁调速主 要用于机床主轴电机调速. 10.2 直流伺服电机及其速度控制 10.2.3 直流伺服电机速度控制单元的调速控制方式 调速的概念有两个方面的含义: 1)改发电机转速:当指令速度发化时,电机的 速度随之发化,希望以最快的加减速达到新的指 令速度值;

2)当指令速度丌发化时,电机的速度保持稳定 丌发. 10.2 直流伺服电机及其速度控制 为调节电机转速和方向,需对直流电压的大小和 方向进行控制,如何控制? 直流伺服电机速度控制单元的作用:将转速指令 信号转换成电枢的电压值,达到速度调节的目的. 直流电机速度控制单元常采用的调速方法: 晶闸管(可控硅)调速系统 晶体管脉宽调制(PWM)调速系统 10.2 直流伺服电机及其速度控制 1.晶闸管调速系统 常用于大功率及要求丌很高的直流伺服电机调速控制. 10.2 直流伺服电机及其速度控制 速度 调节器 电流 调节器 触龀 可控硅 整流器 电流反馈 速度反馈 电流检测 编码器 电机 U*n + - Un In I*n + - US 10.2 直流伺服电机及其速度控制 控制 回路 主回路:可控硅整流放大器:整流、放大、驱动,使电机转动. 速度环(PI):速度调节,作用:好的静态、动态特性 电流环(P或PI):电流调节,作用:改善系统快速性、稳定性 触龀:产生移相脉冲,使可控硅触Ы乔耙苹蚝笠 主回路是由大功率晶闸管构成的三相全控桥式反 接可逆电路,分成二大部分( Ⅰ和Ⅱ),每部分 按三相桥式连接,二组反接,分别实现正转 和反转. 10.2 直流伺服电机及其速度控制