数控机床伺服及检测技术

1、数控机床伺服数控机床伺服及检测技术及检测技术 2.1.2 1高速直流伺服电动机高速直流伺服电动机 1) 小惯量无槽电枢直流伺服电动机小惯量无槽电枢直流伺服电动机 2) 空心杯电枢直流伺服电动机空心杯电枢直流伺服电动机 2低速大扭矩宽调速电动机低速大扭矩宽调速电动机 2.1.3 1.基本结构基本结构 2.1.3 2.特点特点 (1) 能承受高的峰值电流以满足快的加减速的要能承受高的峰值电流以满足快的加减速的要求。求。 (2) 长期过载工作时具有大的热容量。长期过载工作时具有大的热容量。 (3) 可与机床进给丝杠直接连接。可与机床进给丝杠直接连接。 (4) 在较大的加速度状态下有良好的换向性能。在

2、较大的加速度状态下有良好的换向性能。 (5) 在反复过载的情况下仍有较长的寿命。在反复过载的情况下仍有较长的寿命。 (6) 装有精密的测速发电机、旋转变压器或脉冲装有精密的测速发电机、旋转变压器或脉冲编码器。编码器。 2.2.1他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性 1）工作原理：）工作原理： 2）机械特性：指电动机的转速）机械特性：指电动机的转速n与电磁转矩（或负载电与电磁转矩（或负载电流）之间的关系，反映了电动机本身的静、动态特性。流）之间的关系，反映了电动机本身的静、动态特性。 2.2.1他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性 3）机械特性分析：）机械特性分析： 当励

3、磁电流为额定且不变时有当励磁电流为额定且不变时有 = 为常数，其固为常数，其固有机械特性有机械特性 为一条略微下斜的直线。为一条略微下斜的直线。 (1) 当转矩当转矩 =O时，时， ，我们称，我们称 为理想空载为理想空载转速。转速。 (2)当转矩为额定值当转矩为额定值 时，时， 称称 为额定转速，为额定转速， 为额定转速降落（额定速降，或静为额定转速降落（额定速降，或静 态速降）。态速降）。 2.2.1他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性 3）机械特性分析：）机械特性分析： 当励磁电流为额定且不变时有当励磁电流为额定且不变时有 = 为常数，其固有机械特为常数，其固有机械特 性性 为

4、一条略微下斜的直线。为一条略微下斜的直线。(3)令令 则则 称称 为机械特性的斜率。为机械特性的斜率。 愈大，机械特性曲线愈向下垂，特愈大，机械特性曲线愈向下垂，特 性愈性愈“软软”； 愈小，机械特性曲线愈平，特性愈愈小，机械特性曲线愈平，特性愈“硬硬”。(4)因电枢电流因电枢电流 与转矩与转矩 成正比，机械特性方程可改写为：成正比，机械特性方程可改写为： 2.2.2直流电动机的调速方法直流电动机的调速方法 1改变电枢供电电压改变电枢供电电压U调压调速调压调速 1）调速原理：）调速原理： 若励磁电流保持在额定值，即若励磁电流保持在额定值，即 = ，则电机转速为：，则电机转速为： 或或 2）机械

5、特性：）机械特性： 2.2.2直流电动机的调速方法直流电动机的调速方法 1改变电枢供电电压改变电枢供电电压U调压调速调压调速 3）分析：）分析：（1）改变电枢电压）改变电枢电压U时，理想空载转速时，理想空载转速n0将改变。将改变。（2）特性曲线斜率）特性曲线斜率 与电压与电压U无关。无关。 4）调速特性：）调速特性：（1）U只能小于电枢额定电压只能小于电枢额定电压Unom，故，故n0n0nom基速以下基速以下的调速。的调速。（2）若保持电枢电流）若保持电枢电流 不变，而不变，而 亦不变，则转矩为恒定值亦不变，则转矩为恒定值恒转矩调速。恒转矩调速。 2.2.2直流电动机的调速方法直流电动机的调速

6、方法 2改变励磁磁通改变励磁磁通 1）调速原理：）调速原理： 保持电枢电压保持电枢电压U= 不变，改变励磁电流即改变磁通不变，改变励磁电流即改变磁通 调速调速。励磁电流只能减小，则。励磁电流只能减小，则 。2）机械特性）机械特性 n0将随将随 的下降而上升，机械特性斜率的下降而上升，机械特性斜率 将变大，特性变将变大，特性变 “软软”。 2.2.2直流电动机的调速方法直流电动机的调速方法 2改变励磁磁通改变励磁磁通 3）调速特点：）调速特点：（1）减弱磁通将使电机转速升高。）减弱磁通将使电机转速升高。（2）属于恒定功率调速。）属于恒定功率调速。 3改变电枢回路电阻调速改变电枢回路电阻调速 2.

7、3.1直流脉宽调制基本原理直流脉宽调制基本原理 利用大功率晶体管的开关特性来调制固定电压的直流电源，利用大功率晶体管的开关特性来调制固定电压的直流电源，按一个固定的频率来接通和断开，并根据需要改变一个周期按一个固定的频率来接通和断开，并根据需要改变一个周期内内“接通接通”与与“断开断开”时间的长短，通过改变直流伺服电动时间的长短，通过改变直流伺服电动机电枢上电压的机电枢上电压的“占空比占空比”来改变平均电压的大小，从而控来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。制电动机的转速。 2.3.2调制过程调制过程 占空比：电压平均值占空比：电压平均值 占空比占空比， 改变脉冲的占空比，电动机两端电压

8、的平均值也随之改变改变脉冲的占空比，电动机两端电压的平均值也随之改变 2.3.3 直流直流PWM伺服驱动装置伺服驱动装置 控制原理框图控制原理框图 2.3.3 直流直流PWM伺服驱动装置伺服驱动装置 2.驱动装置结构说明驱动装置结构说明1）功率转换电路）功率转换电路从主电源将能量传递给电动机的电路，桥式（从主电源将能量传递给电动机的电路，桥式（H型）功率转换电路。型）功率转换电路。2）控制电路）控制电路恒频率波形发生器、脉冲宽度调制电路、基极驱动恒频率波形发生器、脉冲宽度调制电路、基极驱动电路、保护电路等。电路、保护电路等。（1） 恒频率波形发生器恒频率波形发生器产生恒定频率的振荡源以作为时间

9、比较产生恒定频率的振荡源以作为时间比较的基准。三角波或锯齿波。的基准。三角波或锯齿波。（2） 脉冲宽度调制电路脉冲宽度调制电路是电压是电压/脉宽转换电路脉宽转换电路PWM信号形信号形成电路成电路电压比较器：两个输入端上分别施加三角波信号和控电压比较器：两个输入端上分别施加三角波信号和控制信号电压。制信号电压。 2.3.3 直流直流PWM伺服驱动装置伺服驱动装置 2.驱动装置结构说明驱动装置结构说明1）功率转换电路）功率转换电路从主电源将能量传递给电动机的电路，桥式（从主电源将能量传递给电动机的电路，桥式（H型）功率转换电路。型）功率转换电路。2）控制电路）控制电路恒频率波形发生器、脉冲宽度调制电路、基极驱动恒频率波形发生器、脉冲宽度调制电路、基极驱动电路、保护电路等。电路、保护电路等。（3） 脉冲分配电路脉冲分配电路分配给基极驱动电路以满足功率转换分配给基极驱动电路以满足功率转换电路工作制式电路工作制式“通通”、“断断”时序的脉