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高级电工必读 工作前的准备高级电工必读-工作前的准备 第三部分 维修电工高级技能第五章 工作前准备 一 读图与分析 1经济型数控系统的读图 经济型数控系统在我国机床改造方面应用较广泛，在此对南京大方数控设备公司生产的 JWK系列进行简单的介绍该微机控制装置由计算机驱动电路和步进电动机三大部分组成，硬件是计算机本身和外部设备，执行元件是步进电动机 （1） 微机控制电路 如图5-1所示为JWK-15T型机床数控系统控制单元电路图（控制部分）零件加工程序由键盘输入，经8031单片机处理运算后发出控制信号，经接口电路向驱动电路付出一系列脉冲信号，经光隔离，放大后驱动步进电动机，控制电动机的运行方向运行速度及位移量，实现数字控制存储器选用了两片272562764EPROM,以及一片62256RAM监控程序各功能模块程序存放在27256EPROM内，2764EPROM芯片用于存放常用零件的加工程序62256RAM则作为存放调试程序和运行程序的中间数据只用I/O接口芯片选用8255A和81558255A有三个可编程（选择其工作方式的）通道AB和C,可用于与外部设备接口其中通道C可在方式字的控制下分成两个4位通道，分别与数据通道A和B配合，输出控制信号和输入外状态信号可编程带RAM的I/O接口8155芯片则作为显示和键盘用的接口（2）驱动电路驱动电路的功能是将微机送来的弱电信号变成强电信号，供给步进电动机控制绕组电流，从而产生驱动功率本装置的步进电动机驱动器采用高低压供横流斩波电路这种方式在高频或低频段工作时，可使电动机绕组电流最大值保持恒定，根据主回路电流的变化情况，反复地接通和关断高电压源，使电流维持在预定的范围内JWK-15型数控机床驱动电路如图5-2所示，它主要由判频电路及功放电路组成每个驱动器配备一套判频电路，它的作用是当步进电动机运行频率高于740步时，将自动把电动机绕组上的电压由+40V换成+120V，使步进电动机在高频运行时具有较强的驱动力矩功放驱动电路由功放电路和定流检测控制电路组成，通过采样电阻检测步进电动机绕组的电流，这样高压电流重复地通与断，使电动机绕组的电流接近一个平均的恒定电流，增大了电动机的输出转矩，在步进电动机锁定时，高压管关断，由低压电源继续提供绕组镇定电流（3）光隔离电路 在步进电动机驱动电路中，脉冲信号经功率放大器后控制步进电动机励磁绕组由于步进电动机需要的驱动电压较高，电流较大，如果将输出信号与功率放大器直接相连，重者导致计算机和接口电路损坏，所以一般在接口电路和功率放大器之间都要接上光隔离电路，光耦合电路如图5-3所示（4）辅助电路 为了防止机床行程越界，在机床上装有行程控制开关为了防止意外，装有急停按钮由于这些开关都安装在机床上，距控制箱较近，容易产生电气干扰，为了避免这种情况发生，在电路和接口之间实行光隔离，同时还设有报警电路2 三相晶闸管中频电源装置的读图晶闸管中频电源装置是利用晶闸管把50HZ的工频电流变为中频电流，中频电流流过加热炉的感应器，从而加热和熔化炉料（1） 主电路KGPS100-1中频电源装置的主电路原理图如图5-4所示该电路由整流和逆变两部分组成经过全控整流后的直流电经电感滤波后送给逆变器，逆变器的输出端接负载，输出频率由LC并联振荡器的谐振频率f0决定，输出功率可以通过调节整流触发角来改变整流输出电压，以达到调整功率的目的 1)整流电路 380V工频电网电压经低压断路器QF接触器KM1为线路供电，晶闸管VT1VT6接成三相桥式全控整流电路；在电源输入端接入由CR组成的阻容吸收装置FRC及由硒堆组成的过电压保护装置FV，以避免电网中出现的操作过电压和其它故障可能产生的浪涌电压危害晶闸管；每个晶闸管都串有空心电感器电阻电容及快速熔断器组成晶闸管保护线路，限制电流上升率；电路中的整流电流通过分流器RD检测，经电感Ld滤波；Rp是引流电阻，其通断由接触器KP3控制；另外，交流电源线上装有两组电流互感器TA1TA2，用于电路的截流和过电流保护2） 逆变电路 逆变桥由晶闸管VT7VT10组成每个晶闸管均串有空心电感以限制晶闸管导通时的电流上升率感应加热炉EH为逆变桥的负载，由电容C补偿所需要的无功功率电容CQ电感LQ及晶闸管VT11构成起动电路中频电流互感器TA3中频电压互感器TV用以检测逆变器的中频电流和电压电流互感器TA4所检测的信号用作自动调频用 （2）控制电路1）整流触发电路 其框图如图5-5所示从同步信号电源变压器1输出的同步信号经阻容移相电路2a2b2c后滞后，其滞后的波形送至脉冲形成级4a4b4c，可通过改变移相控制端电压来改变触发脉冲控制角，输出的矩形脉冲再经微分电路后产生一负尖脉冲送至双稳态触发电路，输出得到六路单脉冲，这六路单脉冲经过双脉冲形成级7a7b行程六路双脉冲送至脉冲功放级8a8f进行功率放大，放大后的脉冲经变压器加到晶闸管上2）逆变触发电路 其框图如图5-6所示为了实现频率的自动跟踪，逆变触发电路采取自激工作方式，自激信号来自负载端，通过电流互感器及电压互感器检测出负载端电压及电流信号，经调频电路进行合成得到调频信号，输入到方波变换器变成两组互差180的方波输出，经微分电路后产成尖脉冲，送至双稳态触发电路形成两组互差180的矩形脉冲，经脉冲功率放大级进行功率放大，然后经脉冲变压器加到逆变晶闸管上（3）过电流过电压保护电路 由电流电压检测电路检测到的电流电压信号经整流滤波后，与给定信号比较，当检测信号超过预先设定值时装置中的过电流过电压保护电路工作，把移相控制端电压降为0V，使整流触发脉冲控制角自动移到150，三相全控整流桥自动由整流区快速拉到逆变区，把电感中的能量馈送到电网中去，从而切断整个电路，电表读数快速回零，以避免事故发生过电流过电压的数值设定可通过调节电位器2RP1 2RP4分别给定（见附图1）（4）截电流截电压电路由于感应加热工作过程中电路参数变化很大，有时虽然电流电压超过允许值，但并不意味着设备一定出了故障，而是电路参数变化过大所致，只要限制此时的电流电压不超过允许值，设备仍能正常工作为此设置了截电流截电压电路当电流电压检测电路检测到的电流电压信号超过预先设定的截电流截电压信号时，控制板上的截电流截电压指示灯就亮，装置中的截电流截电压电路就工作，通过改变移相控制电压，自动把整流触发脉冲控制角后移，使三相全控整流桥的输出电压降低，从而使主机工作电流电压自动下降，直至降到截电流截电压设置值，其数值可通过调节电位器2RP3和2RP5来分别给定（见附图）（5）集成电路触发器由于分立元件组成的触发电路，线路复杂且使用元件多，而集成触发器性能可靠功率低体积小，已在晶闸管电路中大量使用下面介绍几种常用的KC系列集成电路触发器1） KC04晶闸管移相触发器 KC04电路的原理图如5-7所示，点化线框内为集成电路V1V4组成同步检测环节端子78输入同步电压ut，经限流电阻R4加到V1V2基极Ut正半周时，V1导通，V2V3截止，m点低电平，n点高电平；Ut负半周时，V1截止，V2V3导通，m点高电平，n点低电平V6V7组成与门电路，只要mn两点有一处是低电平，就将Ub4嵌位在低电平，V4截止只有在同步电压过零时刻，V1V2V3都截止，mn两点都是高电平，V4饱和导通V4截止时，积分电容C1充电形成锯齿波V4导通时，C1放电形成锯齿波回程电压积分电路C1接在V5的集电极，它是电容负反馈的锯齿波发生器在V4截止期间，锯齿波上升 段开始形成，15V电源经R10R6RP向电容C1充电，V5的集电极电位逐渐升高，基极电位有所下降，V5从饱和区过渡到放大区，集电极电流逐渐下降，虽然流经R10的电流逐渐减少，但经C1R6RP的电流基本恒定，集电极电位线性增大锯齿波的斜率决定于R6RPC1，PR是调整斜率用的电位器V5是锯齿波形成环节锯齿波电压Uc5经过R3，偏移电压Up经过R1，控制电压Uk经过R2在V6的基极并联综合，当V6基极电压达0.7V时，V6导通不改变Uc5Up，让Uk变动，V6导通时刻随之变动，即脉冲可前后移动V6UpUk是脉冲移相环节V6截止时，C2经+15V电源，经R11R7的基极结充电，V7导通，C2的极性是左正右负V6导通，C2发出脉冲信号输入到V7基极，V7截止以后C2经+15V电源，R8和V7反向充电，当电容电压使V7基极电压大于0.7V时，V7又导通V7截止期间，在集电极得到一定宽度的移相脉冲，在同步电压的正负半周都产生一个相隔180的脉冲，其宽度由放电时间常数C2*R8决定V7是脉冲形成环节 V7每周期输出的两个脉冲，经脉冲选择环节V8和V12，分别截去负半周和正半周的脉冲V8基极经稳亚管接m点M点在同步电压正半周是低电平，V8截止，功放级V9V10V11半周时，端子15输出脉冲各点波形如图5-8所示端子1314是提供脉冲列调制和封锁脉冲端的控制端2）KC41C六路双脉冲形成器 KC41C六路双脉冲形成器是三相全控桥式触发电路中必备组件KC41C的内部原理如图59所示，16端输入三块KC04来的6个脉冲，每个脉冲由二极管送给本相和前相，再由六路晶体管放大输出 V7是电子开关，当控制端7接低电平时，V7截止，各路有输出脉冲7端接高电平时，V7导通，将各电路输出每冲接地，无输出脉冲各点波形如图510所示用两块KC41C，使其对应的输入端并联，两个控制端7分别作为正反组控制端这样可以组成三相全控桥逻辑无环流可逆系统的触发器2） KC42脉冲系列调制形成器 在大功率晶闸管触发电路中，为了减小脉冲变压器的体积，提高脉冲前沿的陡度，常常采用脉冲列触发电路KC42就是脉冲列调制电路其原理图如图511所示下面以三相全控桥式电路为例以介绍 来自三块KC04触发起13号端子的触发脉冲信号，分别送入KC42的2412端V1V2V3构成与非门电路只要任何一个触发器有输出，S点就是低电平，V4截止，使V6V5V8组成的环形振荡器起振否则，S点高电平，V4导通，环形振荡器停振端子10及经V7整形放大由端子8输出的波形如图5-12所示振荡周期T=T1+T2，其中T1=0.639R1C1；T2=0.639C2R1R2/（R1+R2）振荡频率f=1/TKC42调制脉冲频率为510kHz调节R1R2C1C2值可改变频率；调节R1R2比例可改变调制频率的占空比3） KCZ6集成化六脉冲触发组件 集成化六脉冲触发组件原理如图5-13所示每相同步电压经RCT型网络滤波，约移相30电位器RP5RP6RP7微调各相同步电压的相位，保证六相脉冲间隔均匀同步电压取30V左右，电流限制在23Ma同步电压输入后，在KC04电路端子4形成100Hz的锯齿波偏移电压Up调好后，改变Uk就可以在端子13得到移相的一定宽度的触发脉冲将三块KC04输出的触发脉冲 ，送到KC42的输入端2412，调制成510kHz脉冲列，再从输出端8送到三块KC04的端子14这时，KC04的输出端115输出调制了的触发脉冲三块触发器的6个输出脉冲，送到KC41的16输出端KC41输出端1015是按后相给前相补脉冲的规律，经V1V6放大，可输出驱动电流为300600mA的双窄脉冲列各点波形如图5-14所示P是KC04的各输出端子的波形；A6A12是KCZ6输出端子波形调节每相的RC数值，可以改变触发脉冲宽度调节RP2RP3RP4可以改变锯齿波斜率为了使脉冲变压器在脉冲间断时去掉剩磁，稳压管要选合适的击穿电压，使脉冲变压器反电动势建立一定值之后短路，去掉剩磁KC系列晶闸管触发电路种类繁多，不能一一介绍，其他的电路应用可参阅产品说明书3高频电源装置读图（1） 在感应加热的工业应用中，除钢质工件表面淬火外，高频感应广泛应用于特种合金熔炼半导体提纯焊接等生产领域中 GP-100C3型高频设备电路原理如图5-15所示它有工频电源输入电路高压整流电路高频振荡电路灯丝供电电路测量电路控制保护电路六部分组成1） 工频电源输入电路 如图5-15a所示，该工频电源输入端接有两级LB-300型电源滤波器，它保证工频电源顺利输入高频设备，而阻止高频设备产生的信号通过工频电网馈送到高频设备机房以外的电器上去，从而保证了其他电子设备的正常运行2） 高压整流电路 该电路由整流变压器T3电子管V1V7及整流控制电路组成工作中，由高压整流电路供给振荡管的电压如图5-15b所示，电子管V1V2V3V7接成零电位管，其栅极与阴极连接在一起，V4V5V6的栅压可控电子管V4V5V6截止时，V7导通，形成三相半波整流电路，输出半高压直流电压V4V5V6开放时，V7承受反压截止，随着可控电子管起燃点的变化，输出电压可以从半高压至全压调节变压器T4与R8R9C6C7组成移相电路向V4V5V6提供交流栅极控制电压，二极管VD1VD2构成全波整流电路提供栅极控制电压中的固定负栅偏压自耦调压器T7通过整流变压器T5，经单相桥式整流电路提供栅极控制电压中的可变栅极电压，转动自耦调压器的手柄，可改变栅极控制电压的幅度，从而改变电子管的起燃点，调节整流输出电压3）高频振荡电路 如图5-15b所示，电子管V8采用并联供电方式隔直输出电容C11把振荡电路与振荡管阳极直流高压隔开，使振荡贿赂直流电位为零振荡器的基本电路是电容三点式与变压器反馈式振荡电路的复合方式，由于变压器两线圈L6L7的耦合系数可以调节，所以总反馈电压在一定范围内可以调 在实际应用中，高频振荡器存在着防止寄生振荡和起停振控制的问题为此，电路中采取了相应的措施，分别介绍如下1 寄生振荡的产生及危害 在实际电路中，由于电子管的极间电容非振荡回路一些其它元件或阳极引线的分布电容引线电感等寄生参数与电子管组成了振荡电路 ，产生非工作频率的振荡，这使很大一部分功率消耗在该电路的元件上，造成振动器不能正常工作，还会使一些元件和电子管过热烧毁，因此需采取措施防止产生寄生振荡2 防止寄生振荡的措施 防止寄生振荡产生的原则是破坏寄生自激振荡的条件本电路中采取了三个措施 A 在电子管阳极和栅极各串一个很大的无感电阻R14和R15，并分别并联电感l2L3感抗很大使寄生超高频电流无法建立B 在振荡管栅-阴极间跨接一个小电容C15，对于工作频率而言，C15的容抗很大，相当于开路，对于超高频寄生振荡，C15容抗很小，起到了高频旁路和移相的作用，从而破坏了寄生振荡的振幅平衡条件和相位平衡条件C 将可能一起正反馈的各元件或引线远离且互相垂直放置，以减少它们的耦合，破坏其振幅平衡条件3 起停振控制电路 大功率振动器的起停振不宜用切断阳极高电压的方法来控制GP-100C3高频振荡电路中采用栅极控制的方法来实现振动器的起振和停振如图5-15a所示，m点由铁磁饱和变压器供电，它对地之间的交流电压约1000v，通过二极管VD7VD10半波整流使电容C20峰值充电，由于C20正端接地，其负端电压可达1000v以上停振时，这个负压经限流电阻R19接触器KM3的常闭触点及栅极电阻R16等与振荡管栅极相通，给振荡栅极加上了远远低于振荡管截止栅压的负电压，因而振荡管截止，振荡器停振要求起振时，接触器KM3动作，其常闭触点断开，切断了迫使振荡管截止的负栅压；其常开触点闭合，接通了振荡管自给栅偏压电路，振荡管立刻起振 二极管VD7VD10并联了均压电阻R21R24；为抑制浪涌电压，还并联了电容器C22C254）灯丝供电电路 振荡管与闸流管灯丝电压波动会一起设备输出功率的急剧变化，并严重影响管子的寿命，因此必须专门考虑灯丝供电电路的稳压为题GP-100C3型高频设备中应用了铁磁饱和式稳压器来稳定灯丝电压铁磁饱和式稳压器的基本结构与变压器相似，由硅钢片叠成二心柱式铁心，两个心柱12的横截面积S1S2不相等，S1约为S2的两倍心柱1上绕一次线圈W1，接电源；心柱2上绕二次线圈W2接灯丝，其结构如图5-16所示心柱1工作在磁化曲线的为饱和段，而心柱2工作在磁化曲线的饱和段当一次线圈W1接上额定电压U1时，心柱1的磁通与电源电压成正比，此磁通一部分通过心柱2而闭合，使心柱2饱和，其余部分（漏磁通）则通过空气而闭合当电源电压波动时，心柱2中的磁通变化幅度很小，故二次线圈W2的端电压U2变化很小，起到稳压作用为了进一步提高稳压性能，实际使用的铁磁饱和式稳压器在心柱1上加绕杂数较少的补偿线圈W2，它与二次线圈W2反极性串联，故输出电压U=u2-U因为W2的磁通不饱和，U2与外加电源电压成正比，适当的安排W2与W2的杂数比，如图5-16所示，使u2随u1变化的斜率与u2饱和段随u1变化的斜率相同，则实际输出电压U2为u2与u2之差，在U1 U2之间近似为一常数，输出电压就更加稳定另外，心柱2上还绕有谐振线圈Wc，当Wc接上电容C1并使线圈电感和电容的参数匹配，使之在电源频率50Hz下发生谐振时，线圈内便产生很大的谐振电路（LC串联谐振）由于二次线圈W2和谐振线圈Wc套在一起，彼此互感很大，谐振电流产生的磁通在二次线圈W2中感应出一个相当数量的附加电动势，所以加接电容后使输出电压u2有很大增加，同时也大大地改善了稳压器的功率因数在图5-15所示电路中，铁磁饱和式稳压器的DF端接交流电压，PQ端向F-433S振荡管提供的灯丝电压，JK端通过转换开关SA1向闸流管灯丝变压器共给稳定电压E端接地谐振电容器C1接在eM端点上，M同时输出约1000v的交流电压供给栅极负电压整流器，在C20上行程1000v以上的直流负电压供振荡管停振时作截止负栅压用5）测量电路 为了监控电路的工作情况，GP-100C3型高频设备里还设置了5块测量仪表，他们是高压直流电压表KV1高频交流电压表KV2振荡管灯丝电压表V振荡管阳极电流表A1振荡管栅极电流表A2.线面对高频交流电压表电路略作解释高频交流电压经电容C16C17分压后，再经二极管VD2进行半波整流，对电容C18进行峰值充电，由磁电式仪表KV2进行测量为了保证电容分压器的正常工作，C17的负载必须对称，因此由二极管VD13电容C19电阻R18形成C17所需的对称的负半波电路6）控制保护电路 为了保障设备的正常使用，避免故障发生，高频电源的控制电路必须满足以下要求1设备各单元应按一定顺序投入运行如必须在闸流管振荡管灯丝预热之后，再加高压电源；然后才能接通感应加热电路等2对人身安全及设备的正常运行必须由可靠保护如所有机门关闭振荡管阳极通上冷却水后，才允许接通高压电源，当水压不足或水温过高时，要自动切断高压电源3晶闸管及振荡管的灯丝分档供电，在不切断直流高压电源的情况下，能方便地进行加热和停止加热，根据产品批量的大小，可进行手动或自动操作7） 本设备中的保护措施1过电流保护 设备的过电流保护由图5-15a所示的交流接触器附属的过电流继电器KA1来实现振荡管阳极电流的过载则由图5-15b所示的过电流继电器KA2来保护，当出现设备过电流或振荡管过载时，相应的过电流继电器动作，断开电源接触器线圈电路，KM断电释放，切断交流电源2水压保护 高频电炉中水路系统非常重要，为保证设备运行时有足够的水压，设有水压继电器进行水压保护，水压过低时，水压继电器断开其触点KP，使整个控制系统全部断电，设备与电网隔离，从而保障了设备安全3水温保护 有时水压虽高，但因水路堵塞，或因振荡管阳极损耗过大，使冷却水温太高，当达到58时，图5-15所示的水银触点KT1接通，灵敏继电器K4线圈通电，其常闭触点断开高压操作电路，使振荡管免除被损坏的危险4连锁保护 由于高频设备内部的高电压会给接近设备的人员带来危害，因此门上设有连锁保护开关当门打开时，门连锁开关S1S2S3触点断开，电源接触器KM线圈断电释放，切断交流高压，从而保证操作维修人员的人身安全5其它保护 为避免振荡管灯丝因感应高频电压而烧坏，因此接上了电容C32C33另外，在栅极回路中，还装有熔断器FU6，以避免电流过大而烧坏管子（2）晶体管高频电源装置 静电晶体管高频电源原理图如图5-17所示KP1KP6组成三相全控桥式整流电路，ud经ClCh滤波送到由四只静电晶体管SIT1SIT4（也可以用IGBT或MOSEFET）组成的逆变桥上，四只静电晶体管由四片驱动模块A1A4驱动第一个半波SIT1SIT3导通，第二个半波SIT2SIT4导通，负载上即得到交变电压与电流电路形式与中频晶闸管逆变桥相似，高频电压互感器HCPT从负载L得到高频信号，送入振荡频率控制回路，经控制脉冲选通回路发出选通脉冲in1in4，送入驱动模块的A1A4输入端，形成自激振荡的闭合回路应用IGBT或MOSFET的电路形式如图5-17所示，将IGBT或MOSEFET替换SIT即可，SIT的频率高于IGBT，MOSFET比SIT的速度快，更适用于较高频率一般来说，IGBT适用于850kHz频率范围，SIT适用于50200kHz，MOSFET适用于50400kHz，功率等级:MOSFET适用于100kW以下的高频电源，SIT适用于350kW以下的电源，而IGBT适用于数千千瓦的电源二 相关知识1数控系统的基本原理（1） 数控系统的组成 数控系统由数控装置伺服系统和测量反馈装置组成1） 数控装置 数控装置是数控系统的核心，一般由输入装置存储器控制器运算器和输出装置组成，它接收从机床输入装置（软盘光盘纸带阅读机等）送来的控制信号，经过输入缓存译码寄存运算存储等转变成控制指令直接或通过可编程控制器（PLC）对伺服系统进行控制整个系统的可靠性主要取决于数控装置2） 伺服系统 它是数控系统的执行部分，包括伺服驱动机构与机床的运动部件其作用就是把来自数控装置的各种指令（脉冲信号），转换成机床移动部件的运动整个系统的精度与快速性主要取决于伺服系统在数控机床的伺服驱动机构中，常用的伺服驱动元件有步进电动机液压马达和大惯量直流电动机交流伺服电动机等3） 测量反馈装置 测量反馈装置的作用是将机床的实际位置速度以及当前的环境（如温度振动等）参数加以检测，并转变为电信号送入数控装置，构成半闭环或 闭环系统，补偿执行机构的运动误差，以达到提高运动精度的目的常用的测量元件有脉冲编码器旋转变压器感应同步尺光栅尺磁尺等（2） 数控系统控制方式及原理机床数控系统的控制对象是机床的移动部件（如工作台刀架等），控制量是移动部件的位置（角度）和速度，控制信号是数控装置的脉冲，控制的作用在于驱动工作台的快速准确高效地进给脉冲而移动根据伺服系统可以分为开环半闭环控制和闭环控制1）开环控制 开环控制只有从指令位置输出的通道控制，但没有测量实际位置的反馈通道，在经济型数控系统中较广泛使用的是采用步进电动机作为驱动执行元件的开环控制系统由于他结构比较简单，所以控制系统的实现的实现和调试都比较容易但在开环系统控制中，伺服执行元件对每个指令脉冲的控制进给误差，传动机构中齿距螺距的误差及传动链中的间隙等，都直接影响控制精度，也得不到完全的补偿，因此开环控制系统使用于精度要求不高的控制系统中 如图518所示为数控机床中较为简单的开环控制系统，其数控装置的控制流程是单向的，它对机床移动部件的实际位置不检测，因此，其加工精度完全取决于伺服系统的性能 在开环控制系统中，输入信号进入数控装置，经数控装置运算后分配出指令脉冲，通过步进电动机他驱动工作台移动2） 半闭环控制 半闭环控制系统不但有指令控制通道，而且有检测元件给出的反馈控制通道，检测元件安装在丝杠轴或电动机轴上，检测出角位移后，根据旋转轴的实际位移，以偏差值实现位置控制此系统由于检测元件检测的不包含从旋转到工作台之间的传动链的误差，因此，这种控制系统称为半闭环控制系统如图519所示为半闭环控制的组成原理图其主要部件有指令信号位置偏差比较环节伺服放大器伺服电动机和检测元件等在闭环控制系统中，数控装置输出的指令信号与检测元件所得的反馈信号通过比较环节得到的偏差信号，再经过伺服放大器对该偏差信号进行调节运算以及功率放大，最后驱动伺服电动机旋转，经丝杠螺母机构推动工作台向指令位置进给 半闭环控制的伺服系统在性能要求较高的中小型数控机床应用较多他虽然不能自动补偿从旋转轴到工作台之间的误差，但因测量转角比较容易，测量装置价格较低，结构简单，调整方便，因此应用较广泛3) 闭环控制 闭环控制与半闭环控制的原理及方法基本相同在闭环控制系统中，要求以工作台（或刀架）的最终输出作为反馈信号，所以检测元件应安装到工作台上由于工作台实际位移的测量精度主要决定于测量元件的精度，因此需配备诸多光栅磁栅或感应同步尺等位置检测元件，这类检测元件安装和维护要求都比较高，因而使整个系统价格提高，由于闭环控制能对整个系统进行自动补偿，因此其精度比半闭环控制要高闭环控制方式优点是精度高速度快，其缺点是调试和维修比较复杂它使用于大型和精密的数控机床闭环控制的组成原理如图5-20所示，主要部分有：指令信号位置偏差比较环节伺服放大器伺服电动机和检测元件数控装置输出的指令信号与位置检测元件检测出的反馈信号，经位置偏差比较环节的比较和综合分析得出位置偏差信号，经伺服放大器对该偏差信号进行调节运算和功率放大，控制伺服电动机运转，直到偏差值消除为止2 （1）可控整流电路单相可控整流电路的缺点是输出的电压低，电压波形脉动大，单相负载影响电网的平衡运行因此负载叫大时应采用三相可控整流电路1）三相半波可控整流电路如图521所示为三相半波可空整流电路，其波形图如图522琐事三相电压通过变压器加在三只晶闸管及于负载串联的回路上ABC三相分别相差120，波形如图522a所示三相半控可控整流电路工作时的波形图如图522b所示当VT1的正向触发脉冲ugl在t1t2间加入的情况从波形图522b可以看出，在t1t3间A相电位最高，故VT1导通，负载上得到电压触发电路按三相相序对称工作，在t3t4间的相应时刻VT2正相触发脉冲ug2加入，VT2导通，此时VT1关断由于此时B相电位高于A相电位和C相电位，VT2导通后就是VT1处于反向阳极电压状态，强迫它关断同样，在t5t6间正向触发脉冲ug3加入，VT3导通VT2关断，在此之后电路工作情况又回到A相电位最高时刻，如此往复循环正向触发脉冲只允许在t1以后加入，并要求触发脉冲有一定的宽度从以上分析可知，移动触发脉冲的相位，就可以调节输出电压的高低其最大移相范围为150，没个晶闸管最大导通角为120图522cd画出了不同触发脉冲相位的输出电压波形三相半波整流还可以接成共阳极可控整流电路，这种电路接线方式与工阴极电路的主要区别是三个晶闸管的方向改变了，三个阳极接在一起2) 三相桥式可控整流电路 三相桥式可控整流电路如图523所示图中如果六个整流元件全采用晶闸管，就成了三相桥式全控整流电路在中等容量整流装置或不可逆的电力拖动系统中，由于桥式半控整流电路进行讨论如图524所示，VT1的触发脉冲在t1t2时加入，此时VT1导通直到VT2的触发脉冲在相应时刻加入，VT2导通，VT1处于反向阳极电压状态而关断以后，VT3的触发脉冲在相应时刻加入，VT3导通，VT2关断，以此规律导通关断负载上直流电压波形如图524a所示VT2的触发脉冲后移至t2以后加入，VT1先导通，直到线电压Uac为零时为止此时VT1导通直到VT2的触发脉冲在相应时刻加入，VT2导通，VT1处于反向阳极电压状态而关断然后VT2的触发脉冲在相应时刻加入，VT2导通，直到线电压Uba过零时VT2自动关断触发脉冲前移，即VT1的触发脉冲在0t1时加入，如果脉冲很窄，此时VT1导通在t2前，电流通过负载VT5流回变压器2端；在t2以后，电流经VT6流回变压器3端VT2的触发脉冲在相应时刻加入，因这时VT1导通，使VT2仍处于反向阳极电压下，故VT2不导通VT1继续导通到A-C相线电压为零为止以后的相应时刻VT3导通接着导通的是VT2如此轮流下去其波形如图524c所示触发脉冲的加入可采取两种方法：一种是宽脉冲，使没一个触发脉冲宽度大雨60，小于120；另一种是采用双窄脉冲（脉宽18左右），在触发某一晶闸管的同时，再给前一晶闸管补发一个脉冲，作用与宽脉冲一样，但可减小出发电路功率和脉冲变压器体积，因此其应用较广泛3）感性负载时的回路 上面两种整流电路都是在纯电阻负载的理想情况下讨论的实际中真正的纯电阻负载是很少的，较多的是电感性负载感性负载特点是电流的变化滞后电压变化，这就是可能在电源正半周结束时阳极电流仍大于维持电流，因此使晶闸管久久不断而破坏了整个电路的正常工作为此，在感性负载（或电搞器）之前并联一个二极管，如图5-25所示这个二极管为感性负载提供了一个放回路，避免了感性负载的持续电流流过晶闸管，保证了晶闸管的正常工作此二极管称为续流二极管必须注意：续流二极管的极性不能接错，否则会造成短路事故（2）有源逆变电路利用晶闸管电路把直流电变成交流电，这种整流的过程叫做逆变既可整流又可逆变的晶闸管电路称为变流器或变流装置变流器工作在逆变状态，交流侧接到固定频率的交流电源上，通过变流器把直流电能逆变成交流电能 送到交流电网的叫有源逆变如直流电动机可逆调速，绕线式异步电动机串极调还，高压直流输电都为有源逆变过程通过变流器把直流电能变成某一频率或可调频率的交流电能直接供电给负载的，叫做无源逆变如中频电源，交流电动机变速调变速，不停电电源等都是无源逆变1） 三相半波有源逆变器 三相半波有源逆变电路有共阴极和共阳极两种接法，下面以共阴极电路为例进行讨论 整流状态（0a90 三相半波共阴极整流电路如图5-26所示，负载是电动机只要在0a90的整流状态，UD总是正值，极必是上正下负，整流电压瞬时波形总是面积大于负面积电流ID从正端流出，流入电动机M整流器将交流电能 变成直流电能供给电动机 逆变状态（900aUa|时,V1承受正向电压继续导通,C相负半交流电通过VT1送到直流负载,同时电抗器储存磁能.wt2时刻以后,|ED|Ua|,电抗器防除磁能产生感应电动势,使VT1 继续导通.电抗器电感量足够大,可使主回路的电流继续.VT1导通120度,直到WT3时刻触发B相晶闸管VT2为止WT3时刻ubua，VT2导通VT1因承受反相电压而关断B相交流电通过VT2送到负载侧，VT2导通120，然后触发C相晶闸管VT3，C相导通120，以后依次触发，情况同上需指出的是WT3时刻发出VT2的触发脉冲，由于ED使VT2导通，VT1关断若在WT2时VT2没有接到触发脉冲，或者B相缺相，VT1将继续导通，将A相正半周电压送到共阴极d点，与电动机反电动势顺向串联，形成短路，这种情况叫做逆变颠覆或逆变失败，必须竭力避免逆变运行时，为计算方便，引入逆变角B=180-A，逆变电压平均值Ud=-1.17U2cosb.三相半波共阳极电路与共阴极电路只是电压电流方向不同，基本工作原理完全相同三相半波逆变电路接线简单，元件少，但性能比三相桥式电路差，变压器利用率低，只适用于中小容量的可逆系统2） 三相桥式有源逆变电路 三相桥式有源逆变电路和电压如图5-28所示，直流侧有足够大的电感，三相桥式逆变器与整流电路的区别在于逆变电路中直流侧有与通流方向一致的电势源ED，且必须是全控桥三相全控桥工作时，必须共阴极组共阳极组各有一个元件成对导通，以构成通路，每个元件导通120，每隔60换相一次，元件导通顺序是VT1VT2VT3VT6共阴极组元件VT1VT3VT5自然换相点是135，共阳极组元件VT6VT4VT2自然换相点是426，自然换相点向后移180就是该元件的B起算点三相桥式电路相当于三相半波共阴极组和共阳极组串联，因此平均逆变电压Ud=-2.34U2cosb,比三相半波逆变电压大一倍为了保证三相桥式逆变电路运行时，能同时触发共阴极组和共阳极组各一个元件，必须用间隔60的双窄脉冲或双窄脉冲列触发三相桥式逆变电路电压脉动小，变压器利用率高，晶闸管工作电压低，电抗器比三相半波电路小，在大中容量可逆系统中广泛的应用3）逆变失败和逆变角的限制 造成逆变失败的原因是：触发电路不可靠，不能适时发出脉冲；交流电源突然断电缺相；晶闸管质量不好等，另一个原因是逆变角太小电路中的电抗延长了晶闸管的换相时间，对应的电角度用重叠角表示同时晶闸管电流下降到零后有一个关断时间t对应的角度为再考虑一定的安全裕量角，则为了保证正常换相，最小逆变角一般角度为30-35，触发电路中一般设有最小逆变角保护，确保不小于3） 可逆电路 在需要他激直流电动机可逆运转的地方，如可逆扎机龙门刨床电梯等，一般采用改变电枢电压极性的方案由极性相反的两组变流器给电动机供电，常见的可逆主电路连接方式有反并联和交叉连接两种；从控制方式上可分为有环流可逆系统和无环流可逆系统1 三相桥式反并联可逆电路 如图5-29所示是两组三相全控桥给他励直流电动机供电反并联电路左边是I组，工作在整流状态，电动机正转，机械特性在第一象限右边是二组，若工作在整流状态，则电动机反转，机械特性在第三象限采用a=b工作制，又称为配合控制控制方法是I组工作在整流状态，控制角为 a，二组就工作在逆变状态，逆变角为b，并且a=b起动时，I组控制角a由90逐渐减少，UD1逐渐增大，电动机正转，最后稳定运转在某一转速，二组逆变角，虽然在逆变区，但，不满足逆变条件，处于待逆变状态电动机制动时，首先让I组工作在逆变状态，使电动机电流迅速下降到零，本组逆变结束，令一组回到整流状态，二组处于逆变状态，逐渐增大，逐渐减少电动机机械惯性很大，ED几乎未变，当时，满足了二组逆变条件，电动机电流反向，作发电制动运转，转速急剧下降，直至停车2 环流 直流环流的产生的原因是整流电压平均值大于逆变电压平均值为防止产生环流，必须满足，即，