第六章 数控机床的伺服驱动系统课件.ppt

机床主轴在变速下工作，不需要在所有转速下都传递全部功率，如低速光车、攻丝、铰孔时。 因此，主运动系统的特征曲线为： （ 功率－速度 ；转矩－速度） 低速为恒转矩区，高速为恒功率区。 交流主轴电机的速度条件下的 功率－速度；转矩－速度特征 满足机床要求的速度条件下的 功率和转矩 2.?? 恒转矩调速 由转子电流与主磁通作用而产生的电磁转矩公式可知，T与φm、I2成正比。 由上式知：要保持T不变，即要求U1/f1为常数，可以近似地维持φm恒定。此时的机械特性曲线族如右图。由图可见，保持U1/f1为常数进行变频调速时，这些特性曲线的线性段基本平行，类似直流电机的调压特性。但最大转矩Tm随着f1下降而减小。这是因为f1高时，E1数值较大，此时定子漏阻抗压降在U1中所占比例较小，可以认为U1近似于定子绕组中感应电势E1。而当f1相对很较低时，E1数值变小，U1值也变小，此时定子漏阻抗压降在U1中所占比例增大，E1与U1相差很大，所以φm减小，从而使Tm下降。 恒转矩调速特性曲线 2.? 恒最大转矩（Tm）调速 为了在低速时保持最大转矩Tm不变，就必须采取E1/f1=常数的协调控制，显然，这是一种理想的保持磁通恒定的控制方法。恒Tm调速的机械特性见下图所示，对应于同一转矩，转速降基本不变，即直线部分斜率不变，机械特性平行地移动。 n T f 4 f 1 f 1 f 2 f 3 f 4 f 2 f 3 恒Tm调速特性曲线 3.?? 恒功率调速 为了扩大调速范围，可以在额定频率以上进行调速。因电机绕组是按额定电压等级设计的，超过额定电压运行将受到绕组绝缘强度的限制，因此定子电压不可能与频率成正比地提高。若频率上升，额定电压不变，那么气隙磁通φm将随着f1的升高而降低。这时，相当于额定电流时的转矩也减小，特性变软。如图6-20所示，随着频率增加，转矩减少，而转速增加，可得近似恒功率的调速特性。 n T f 4 f 1 f 1 f 2 f 3 f 4 f 2 f 3 恒功率调速特性曲线 6.3.3 交流感应电机矢量控制原理 矢量控制理论是在1971年由德国学者F.Blachke提出的。 在伺服系统中，直流伺服电机能获得优良的动态与静态性能，其根本原因是被控制只有电机磁通Ф和电枢电流Ia，且这两个量是独立的。此外，电磁转矩（Tm=KT Ф Ia）与磁通Ф和电枢电流Ia分别成正比关系。因此，控制简单，性能为线性。如果能够模拟直流电机，求出交流电机与之对应的磁场与电枢电流，分别而独立地加以控制，就会使交流电机具有与直流电机近似的优良特性。为此，必须将三相交变量（矢量）转换为与之等效的直流量（标量），建立起交流电机的等效模型，然后按直流电机的控制方法对其进行控制。 如下图a所示三相异步交流电机在空间上产生一个角速度为ω0的旋转磁场Φ。如果用图b中的两套空间相差900的绕组α和β来代替，并通以两相在时间上相差900的交流电流，使其也产生角速度为ω0的旋转磁场Φ ，则可以认为图a和图b中的两套绕组是等效的。若给图c所示模型上两个互相垂直绕组d和q，分别通以直流电流id 和iq ，则将产生位置固定的磁场Φ ，如果再使绕组以角速度ω0旋转，则所建立的磁场也是旋转磁场，其幅值和转速也与图a一样。 ω0 ω0 ω0 Φ Φ Φ B C β α 交流电机三相/二相直流电机变换 三相A、B、C系统变换到两相α、β系统 ω0 ω0 ω0 Φ Φ Φ B C β α 这种变换是将三相交流电机变为等效的二相交流电机。上图a所示的三相异步电机的定子三相绕组，彼此相差1200空间角度，当通以三相平衡交流电流 iA, iB, iC 时，在定子上产生以同步角速度ω0旋转的磁场矢量Φ。三相绕组的作用，完全可以用在空间上互相垂直的两个静止的α、β绕组代替，并通以两相在时间上相差900的交流平衡电流 iα 和 iβ ，使其产生的旋转磁场的幅值和角速度也分别Φ和ω0，则可以认为上图a、b中的两套绕组是等效的。 应用三相/二相的数学变换公式，将其化为二相交流绕组的等效交流磁场。则产生的空间旋转磁场与三相A、B、C绕组产生的旋转磁场一致。令三相绕组中的A相绕组的轴线与α坐标轴重合，其磁势为（如下图所示）。 FB Fβ 600 FA Fα FC 三相磁动势的变换 按照磁势与电流成正比关系，可求得对应的电流值iα 和 iβ 除磁势的变换外，变