数控技术第5章_3课件.ppt

四、同步交流伺服电动机的变频调速 1. 调速原理分析 根据永磁同步交流伺服电动机转子转速公式 n＝ns＝60f/p (r/min) 可以通过改变电动机电源频率 f 来调节电动机的转速。 此法可以实现无级调速，能够较好地满足数控机床的要求。变频调速的关键是设计能为电动机提供变频电源的变频器。 2. 变频器 交—交变频器 直接将固定频率的交流电变换为另一种频率的交流电。 交—直—交变频器 先将电网交流电通过整流变为直流，再经过电容或电感或电容、电感组合电路滤波后供给逆变器。逆变器输出的是电压和频率可调的交流电。 § 5-5 交流伺服电动机及其速度控制 目前应用较多的是交—直—交变频器，交—直—交变频器中的逆变器有多种类型。数控机床进给伺服系统中所用电动机的容量都比较小，一般采用PWM逆变器。PWM逆变器的关键技术是PWM的调制方法。现已研制出的调制方法有十余种之多，其中最基本、应用最广泛的一种调制方法是SPWM(正弦波脉宽调制) 3. SPWM（正弦波脉宽调制） § 5-5 交流伺服电动机及其速度控制 （1）调制脉冲信号的形成： 三角波为载波，由三角波发生器生成 正弦波为调制波，有电压调节器产生，其频率和幅值可调 两波形交点决定逆变器U相VT1、VT4管的通断时间，形成控制VT1、VT4管基极的调制脉冲信号 电路原理图 § 5-5 交流伺服电动机及其速度控制 （2）变频器的工作原理 调制波为正半周，当正弦波高于三角波时，VT1导通、VT4关断，使负载上得到的相电压为uA=＋Ed/2；当正弦波低于三角波时，VT1关断、VD4续流二极管释放能量，负载上的相电压为uA=－Ed/2；实现双极性调制。 调制波为负半周，VT4导 通、VT1关断。 逆变器输出电压为一组等 幅、等距，但不等宽的脉冲 系列，其脉宽按正弦分布 （等效正弦电压波）。 通过改变调制波的幅值，可 改变逆变器输出电压的幅值； 通过改变调制波的频率，可 改变逆变器输出基波的频率。 § 5-5 交流伺服电动机及其速度控制 （4） SPWM变频调速系统 § 5-5 交流伺服电动机及其速度控制 机械工程学院 School of Mechanical Engineering Xi’an Jiaotong University §5-6 主轴驱动 二、 直流主轴电动机及其速度控制 三、交流主轴电动机及其速度控制 一、 主轴驱动的概念 § 5-6 主轴驱动 数控机床的主轴驱动不同于进给驱动，主轴的工作运动通常为旋转运动。 主轴驱动的主要要求： 输出功率大 2.2~250kw，结构上不能采用永磁式 宽的调速范围 1：100~1000恒转矩，1：10恒功率调速 主轴既能正转、又能反转，且能快速制动 特殊要求 如：加工螺纹，要求主轴驱动与进给驱动实行同步控制；为了保证端面加工的光洁度，要求主轴驱动系统具有恒线速切削控制；在加工中心上，由于自动换刀的需要，要求主抽驱动系统具有高精度的停位控制；有的数控机床还要求主轴驱动系统具有角度控制功能等。 一、 主轴驱动的概念 分类 直流主轴驱动系统 早期的数控机床多采用直流主轴驱动系统。 交流主轴驱动系统 自20世纪70年代末80年代初，在数控机床主轴驱动中开始采用交流主轴驱动系统。 现代数控机床多采用交流主轴驱动系统。 § 5-6 主轴驱动 一、直流主轴电动机及其速度控制 1. 直流伺服电动机的结构 与一般直流电动机一样，只是为了减小转动惯量而做得细长一些。它的励磁绕组和电枢分别由两个独立电源供电。 2. 特性曲线 　基本速度以下： 恒转矩范围，用改变转子绕组电压调速。 　基本速度以上： 恒功率范围，用控制定子激磁来调速。 § 5-6 主轴驱动 3. 速度控制 （直流他激伺服电动机） 定子磁动势：由励磁电流产生 转子反应磁动势：由转子绕组电流产生 电磁转矩： 由于被控制量电动机磁通f 和电枢电流Ia，互相独立，其电磁转矩与磁通和电枢电流分别成正比关系。可以方便地分别进行调节，因此直流伺服 电机具有优良的调速性能。 恒转矩调速： 用改变转子绕组电压调速。 恒功率调速： 用控制定子激磁来调速。 § 5-6 主轴驱动 直流主轴电动机双域调速系统框图 § 5-6 主轴驱动 二、交流主轴电动机及其速度控制 1. 交流主轴电动机的结构 交流主轴电机多采用交流异步电机，很少采用