数控机床的伺服驱动系统解读.ppt

* 2．交流主轴伺服电机的结构和工作原理 交流主轴电机的要求： 交流主轴电机与交流进给用伺服电机不同。交流主轴电机要提供很大的功率，还要具有低速恒转矩、高速恒功率的工况。 采用专门设计的鼠笼式交流异步伺服电机。 图6.13 交流主轴电动机与普通感应电动机比较示意图 1—交流主轴电动机 2— 普通感应电动机 3—冷却通风孔 * 笼型感应异步电动机是在定子上分布一套三相绕组，这三相绕组在空间上相差120°电角。而它的转子就是用合金铝浇注成的短路条与端环，结构非常简单，与普通的感应电动机基本相同。但在电气强度上、机械强度上、通风降温上等方面都有着特殊的结构。另外，交流主轴电动机的尾部，同轴安装检测用的脉冲发生器或脉冲编码器。因此，它有较强的过载能力，较低的温升，稳定的运转。 电动机安装方式，有法兰式和地脚式两种，可根据不同需要选用。 交流主轴电动机也是由功率速度关系曲线来反映它的性能，其特性曲线见图6.15。 * 交流主轴伺服电机的特性曲线与直流主轴伺服电机的类似： 在基本速度以下为恒转矩区域，而在基本速度以上为恒功率区域。 但有些电机，当电机 速度超过某一定值之 后，其功率-速度曲线 又往下倾斜，不能保 持恒功率。对于一般 主轴电机，这个恒功 率的速度范围只有 1：3的速比。 图6.15 交流主轴电动机的特性曲线 * 3、交流伺服电机的发展 （1）永磁交流同步伺服电机的发展 ① 新永磁材料的应用 第三代稀土材料钕铁硼的应用，使磁性能得到提高，可以使磁路尺寸比例发生变化，从而缩小电机体积。 ② 永久磁铁的结构改革 内装永磁交流同步伺服电机，将原先装在转子表面的永久磁铁嵌在转子里面，使电机结构更牢固，允许在更高转速下运行。 ③ 与机床部件一体化的电机 空心轴永磁交流同步伺服电机，可使丝杠穿过空心轴，有利于机电一体化设计。 白城师范学院机电系机自教研室 * （2）交流主轴伺服电机的发展 ① 输出转换型交流主轴电机 三角-星形切换，绕组数切换或二者组合切换。可以得到非常宽的恒功率范围，一般能达到1：8～1：30，而一般交流主轴电机的这个比例为1：3～1：4。 ② 液体冷却电机 不用风扇冷却而改用液体强迫冷却，能在保持小体积条件下获得大的功率输出。 ③ 内装式主轴电机 将主轴与电机制成一体。也叫电主轴。 * 液体冷却主轴电动机 1、8—油/空气出口 2—油/空气入口 3、6—O型圈4—冷却油入口 5—定子外壳 7—通用挡板 内装式主轴电动机 * 4.交流伺服电机的调速方法 由电机学知，交流电机转速公式： 式中：f1 – 定子电源频率； p – 磁极对数； S – 转差率： ns – 定子旋转磁场转速； n– 转子转速。 * 异步 电机 他控式 自控式 变转 差率 变频 变频 同步 电机 交流 电动机 由此可知调速方法： 变极– 用于笼型电机 调压(定子电压) 电磁转差离合器 调阻(转子电组)--用于绕线转子电阻 串级调速(转差电压)--用于绕线转子电阻 交–直–交 交–交 上述各种调速方法中，靠改变转差率时，效率低；变级对数调速只能产生2种或3种速度，不可能做到无级；变频调速具有高效率、宽范围和高精度的调速特性。 * 对于进给系统常使用交流同步电机，该电机没有转差率，电机转速公式变为： 从式中可以看出:只能用变频调速,并且是有效方法. 变频调速的主要环节是为交流电机提供变频、变压电源的变频器，变频器分为： 交–直–交变频器 分电压型和电流型。电压型先将电网的交流电经整流器变为直流，再经逆变器变为频率和电压都可变的交流电压。电流型是切换一串方波，方波电流供电，用于大功率。 交–交变频器 该变频器没有中间环节，直接将电网的交流电变为频率和电压都可变的交流电。 目前对于中小功率电机，用