31数控机床的驱动电气系统讲稿.pptx

第3.1章 数控机床的伺服驱动系统 ;;;;;;;;;;;;;;;1 概述;;;;;;;;;;;;; 转子40个齿，若通电为三相三拍，当转子齿与A相定子齿对齐时，转子齿与B相定子齿相差（3°），与C相定子齿相差（6°）。;每给一个脉冲信号，电机转子转过角度的理论值。;静态：步进电机处于通电状态，转子处在不动状态。 静态转矩Mj ：在电机轴上施加一个负载转矩M，转子会在载荷方向上转过一个角度θ（失调角），转子因而受到一个电磁转矩Mj的作用与负载平衡。;启动频率或突跳频率fq：空载时，步进电机由静止突然启动并进入??丢步的正常运行状态所允许的最高频率。 高于启动频率，将不能正常起动。 启动时的惯频特性：是指电机带动纯惯性负载时启动频率和负载转动惯量之间的关系。;连续运行频率：步进电机启动后，其运行速度能跟踪指令脉冲频率连续上升而不丢步的最高工作频率。其值远大于启动频率。 运行矩频特性：是描述步进电机在连续运行时，输出转矩与连续运行频率之间的关系。; 步进电机的加减速特性描述步进电机由静止到工作频率和由工作频率到静止的加、减速过程中，定子绕组通电状态的变化频率与时间的关系。 当要求步进电机启动到大于启动频率的工作频率时，变化速度必须逐渐上升；从最高工作频率或高于启动频率的工作频率停止时，变化速度必须逐渐下降。逐渐上升和下降的加速、减速时间不能过小，否则会失步或超步。;1．根据相数分类 有三、四、五、六相等，相数越多，步距角越小， 通电方式采用m相m拍、双m拍和m相2m拍，m相m拍和m相2m拍通电方式中，可采用一/二相、二／三相转换通电， 如五相步进电机，五相十拍的二／三相转换方式：AB→ABC→BC→BCD→CD→CDE→DE→DEA→EA→EAB ; 根据定子与转子间磁场建立方式，可分：反应式、永磁反应式（混合式）两类。 反应式步进电机：定子有多相磁极，其上有励磁绕组，转子无绕组，用软磁材料制成，由被励磁的定子绕组产生反应力矩实现步进运行 永磁反应式步进电机：定子结构与反应式相似，转子用永磁材料制成或有励磁绕组、由电磁力矩实现步进运行。;可将步进电机分两类：伺服步进电机 功率步进电机 伺服步进电机（快速步进电机），输出力矩在几十～数百N·m，只能带动小负载，加上液压扭矩放大器可驱动工作台。 功率步进电机输出力矩在5～50N·m以上，能直接驱动工作台。 ;;步进电机的驱动控制由环形分配器和功率放大器组成。 环形分配器的主要功能：将数控装置送来的一串指令脉冲，按步进电机所要求的通电顺序分配给步进电机驱动电源的各相输入端，以控制励磁绕组的通断，实现步进电机的运行及换向。;1．硬件环形分配器 可由D触发器或JK触发器构成，亦可用专用集成芯片或通用可编程逻辑器件。;CH250是国产三相反应式步进电机环形分配器专用集成电路芯片，通过控制端的不同接法可组成三相双三拍和三相六拍的工作方式;2．软件环形分配器 由数控装置中的软件完成环形分配，直接驱动步进电机各绕组的通、断电。 用软件环形分配器只需编制不同的环形分配程序，可使线路简化，成本下降，可灵活地改变步进电机的控制方案。;步进电机的速度控制 进给脉冲频率f → 定子绕组通电/断电状态变化频率f → 步进电机转速 →工作台的进给速度V。 V=60δf;作用： 是将环形分配器或微处理机送来的弱电信号变为强电信号，以得到步进电机控制绕组所需要的脉冲电流及所需要的脉冲波形。;2.5 功率放大电路 种类： 就其采用的功率放大器件分，有中功率晶体管、大功率晶体管、大功率达林顿晶体管、可控硅…等； 就其工作原理分，有单电压驱动、高低电压驱动、恒流斩波、调频调压、细分电路等。 步进电机有几相，就需要几组功率放大电路。;根据磁场产生方式分：他励式、永磁式、并励式、串励式和复励式五种。 结构上：有一般电枢式、无槽电枢式、印刷电枢式、绕线盘式和空心杯电枢式等。 为避免电刷换向器的接触，有无刷直流伺服电机。 根据控制方式分：磁场控制方式、电枢控制方式。;;;在数控机床中，进给系统常用的直流伺服电机有： 1．小惯性直流伺服电机 因转动惯量小而得名。这类电机一般为永磁式。 小惯量直流电机最大限度地减小电枢的转动惯量，所以能获得最快的响应速度。在早期的数控机床上应用得比较多。 ;2．大惯量宽调速直流伺服电机（直流力矩电机） 转子直径较大，线圈绕组匝数增加，力矩大，转动惯量大，能在较大过载转矩时长时间工作，因此可直接与丝杠相连，不需中间传动装置。 没有励磁回路的损耗，外型尺寸比类似的其他直流伺服电机小。 特点：能在较低转速下实现平稳运行，最低可达1r／min，甚至0.1r／min。数控机床