数控技术第六章伺服驱动系统.ppt

瞬时换向极限线 转速极限线 转矩极限线 换向极限线 温度极限线 Ⅱ Ⅲ Ⅰ 0 500 1000 1500 2000 4000 6000 8000 10000 12000 T/(N?cm) n/(r/min) Ⅰ区域为连续工作区。在该区域中，转矩和转速的任意组合都可长期连续工作。 Ⅱ区域为断续工作区，在该区域内，电动机只能根据负载周期曲线所决定的允许工作时间 tR 和断电时间 tF 作间歇工作。 Ⅲ区域为加速和减速区域，在该区域内，电动机只能用于加速或减速，工作一段极短的时间。 第九十二页，共一百七十五页，2022年，8月28日 负载周期曲线 表示在满足机械所需转矩而又确保电动机不过热，允许电动机的工作时间. 图中各条曲线为不同的过载倍数曲线. 横坐标为工作时间tR (min)，纵坐标为加载周期比。 d＝tR／(tR十tF) (％) 过载倍数: tmd＝负载转矩／连续额定转矩. 第九十三页，共一百七十五页，2022年，8月28日 二、直流伺服电动机的速度控制 1. 晶闸管调速系统 利用晶闸管的单向导电可控性，输出可控制的电压；利用可控硅整流器提供直流电源；通过改变晶闸管触发角，改变外加电压，从而达到调速的目的。 常采用两种速度调节系统： 晶闸管调速系统 　　　　　　　　　　　　 晶体管脉宽调制调速系统。 第九十四页，共一百七十五页，2022年，8月28日 单相可控硅整流器改变触发角时的电枢电压和电流波形 第九十五页，共一百七十五页，2022年，8月28日 例 典型的双环调速系统工作原理 速度反馈的闭环系统 由速度调节器对电动机的速度 误差进行调节 电流反馈环节 由电流调节器对电枢回路引起的滞后 进行补偿，抑制主回路电流的变化 第九十六页，共一百七十五页，2022年，8月28日 2. PWM脉宽调制原理与系统 　　晶体管脉宽调制调速系统(PWM)的调速性能优于晶闸管调速系统的调速性能；而且，功率晶体管的功率、耐压等都已有很大提高，现代数控机床的直流进给伺服系统中多采用晶体管脉宽调制调速系统。 原理： 利用脉宽调制器，将直流电压转换成某一频率的矩形波电压，加到直流电动机的转子回路两端，通过对矩形波脉冲宽度的控制，改变转子回路两端的平均电压，从而达到调节电动机转速的目的。 调速系统的组成：由控制电路、主回路及功率整流电路三部分组成。其中控制电路由速度调节器、电流调节器和脉宽调制器（包括固定频率振荡器、调制信号发生器、脉宽调制及基极驱动电路）组成。系统的核心部分是主回路和脉宽调制器。 第九十七页，共一百七十五页，2022年，8月28日 速度调节器 电流调节器 脉宽调制 基极驱动 主 回 路 整流 u- + + 振荡器 电流反馈 - Usr TG Usf PWM 直流调速系统的原理框图 + + - + M TG Usf 第九十八页，共一百七十五页，2022年，8月28日 （1）主回路 即脉宽调制式开关功率放大器。 开关功率放大器通常有两种形式，即T形和H形。在PWM直流调速系统中，多采用H形开关功率放大器作为主回路。 H形开关功率放大器 由四个大功率开关管和四个续流二极管构成桥式电路。 有单极性和双极性两种工作方式。 第九十九页，共一百七十五页，2022年，8月28日 单极性H形开关电路 单极性开关电路，将两个相位相反的脉冲信号分别加在VT1、VT2管的基极，VT3管的基极加截止控制电压，VT4管的基极加饱和导通电压。 在0≤t＜t1区间，VT1管饱和导通，VT2管截止，由于VT4管处于饱和导通状态，电动机两端A、B间电压为＋Ed。 在t1≤t＜T区间，VT1管截止， VT2管饱和导通，由于VT3管始终 处于截止状态，电动机两端A、B 间电压为0。转子绕组电感能量 沿VT4、VD2通道释放，维持转子 绕组电流继续流通。 要使电动机反转，只要将VT3 管基极加饱和导通电压，VT4管 加截止电压即可。 第一百页，共一百七十五页，2022年，8月28日 双极性H形开关电路 给VT3、VT4管基极也加脉冲控制电压，并且保证ub1＝ub4，ub2＝ub3＝－ub1，就变成双极性工作方式。 在0≤t＜t1区间，VT1、VT4管饱和导通，电源电压＋Ed加在电动机转子绕组的A、B端、即uAB＝＋Ed。 在t1≤t＜T区间，VT2、VT3管饱和导通，电源电压＋Ed加