數(shù)控伺服系統(tǒng)概述

1、數(shù)控伺服系統(tǒng)概述數(shù)控伺服系統(tǒng)概述2022-2-28 伺服系統(tǒng)是指以機(jī)械位置或角度作為控制對(duì)象的自動(dòng)控伺服系統(tǒng)是指以機(jī)械位置或角度作為控制對(duì)象的自動(dòng)控制系統(tǒng)。它接受來自數(shù)控裝置的進(jìn)給指令信號(hào)，經(jīng)變換、調(diào)制系統(tǒng)。它接受來自數(shù)控裝置的進(jìn)給指令信號(hào)，經(jīng)變換、調(diào)節(jié)和放大后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行件，轉(zhuǎn)化為直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。伺服系統(tǒng)節(jié)和放大后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行件，轉(zhuǎn)化為直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置是數(shù)控裝置()()和機(jī)床的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。和機(jī)床的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。 數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)又稱為位置隨動(dòng)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)又稱為位置隨動(dòng)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、伺服機(jī)構(gòu)或伺服單元。伺服機(jī)構(gòu)或伺服

2、單元。 該系統(tǒng)包括了大量的電力電子器件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，綜合性該系統(tǒng)包括了大量的電力電子器件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，綜合性強(qiáng)強(qiáng)。2022-2-28 進(jìn)給伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)主要的子系統(tǒng)。如果說進(jìn)給伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)主要的子系統(tǒng)。如果說C裝置是數(shù)控系統(tǒng)的裝置是數(shù)控系統(tǒng)的“大腦大腦”，是發(fā)布，是發(fā)布“命令命令”的的“指揮所指揮所”，那么進(jìn)給伺服系統(tǒng)則是數(shù)控系統(tǒng)的，那么進(jìn)給伺服系統(tǒng)則是數(shù)控系統(tǒng)的“四肢四肢”，是一種，是一種“執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)”。它忠實(shí)地執(zhí)行由。它忠實(shí)地執(zhí)行由CNC裝置發(fā)來的運(yùn)動(dòng)命令，精確控制執(zhí)行部件的運(yùn)裝置發(fā)來的運(yùn)動(dòng)命令，精確控制執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)方向，進(jìn)給速度與位移量。動(dòng)方向，進(jìn)給速度與位移量。2022-

3、2-28 組成：組成：伺服電機(jī)伺服電機(jī) 驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制轉(zhuǎn)換電路驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制轉(zhuǎn)換電路 電子電力驅(qū)動(dòng)放大模塊電子電力驅(qū)動(dòng)放大模塊 位置調(diào)節(jié)單元位置調(diào)節(jié)單元 速度調(diào)節(jié)單元速度調(diào)節(jié)單元 電流調(diào)節(jié)單元電流調(diào)節(jié)單元 檢測(cè)裝置檢測(cè)裝置一般閉環(huán)系統(tǒng)為三環(huán)結(jié)構(gòu)：位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)。一般閉環(huán)系統(tǒng)為三環(huán)結(jié)構(gòu)：位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)。2022-2-28 位置調(diào)解位置調(diào)解速度調(diào)解速度調(diào)解電流調(diào)解電流調(diào)解轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)工作臺(tái)電流反饋電流反饋速度反饋速度反饋位置反饋位置反饋MG 位置、速度和電流環(huán)均由：調(diào)節(jié)控制模塊、檢測(cè)和反饋位置、速度和電流環(huán)均由：調(diào)節(jié)控制模塊、檢測(cè)和反饋部分組成。電力電子驅(qū)動(dòng)裝置由驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生

4、電路和功率部分組成。電力電子驅(qū)動(dòng)裝置由驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路和功率放大器組成。放大器組成。 嚴(yán)格來說：位置控制包括位置、速度和電流控制；速度嚴(yán)格來說：位置控制包括位置、速度和電流控制；速度控制包括速度和電流控制。控制包括速度和電流控制。2022-2-281 1精度高精度高 伺服系統(tǒng)的精度是指輸出量能復(fù)現(xiàn)輸入量的精確程伺服系統(tǒng)的精度是指輸出量能復(fù)現(xiàn)輸入量的精確程 度。包括定位精度和輪廓加工精度。度。包括定位精度和輪廓加工精度。2 2穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好 穩(wěn)定是指系統(tǒng)在給定輸入或外界干擾作用下，能在穩(wěn)定是指系統(tǒng)在給定輸入或外界干擾作用下，能在 短暫的調(diào)節(jié)過程后，達(dá)到新的或者恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)。直接短暫的調(diào)

5、節(jié)過程后，達(dá)到新的或者恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)。直接 影響數(shù)控加工的精度和表面粗糙度。影響數(shù)控加工的精度和表面粗糙度。3 3快速響應(yīng)快速響應(yīng) 快速響應(yīng)是伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)的重要指標(biāo)，它反映了系統(tǒng)的跟蹤快速響應(yīng)是伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)的重要指標(biāo)，它反映了系統(tǒng)的跟蹤精度。精度。4 4調(diào)速范圍寬調(diào)速范圍寬 調(diào)速范圍是指生產(chǎn)機(jī)械要求電機(jī)能提供的最高轉(zhuǎn)速調(diào)速范圍是指生產(chǎn)機(jī)械要求電機(jī)能提供的最高轉(zhuǎn)速 和最低轉(zhuǎn)速之比。和最低轉(zhuǎn)速之比。0 024m / min24m / min。5 5低速大轉(zhuǎn)矩低速大轉(zhuǎn)矩 進(jìn)給坐標(biāo)的伺服控制屬于恒轉(zhuǎn)矩控制，在整個(gè)速度進(jìn)給坐標(biāo)的伺服控制屬于恒轉(zhuǎn)矩控制，在整個(gè)速度 范圍內(nèi)都要保持這個(gè)轉(zhuǎn)矩；主

6、軸坐標(biāo)的伺服控制在低速時(shí)為恒轉(zhuǎn)范圍內(nèi)都要保持這個(gè)轉(zhuǎn)矩；主軸坐標(biāo)的伺服控制在低速時(shí)為恒轉(zhuǎn) 矩控制，能提供較大轉(zhuǎn)矩。在高速時(shí)為恒功率控制，具有足夠大矩控制，能提供較大轉(zhuǎn)矩。在高速時(shí)為恒功率控制，具有足夠大 的輸出功率。的輸出功率。2022-2-28對(duì)伺服電機(jī)的要求：對(duì)伺服電機(jī)的要求：（1）調(diào)運(yùn)范圍寬且有良好的穩(wěn)定性，低速時(shí)的速度平穩(wěn)性）調(diào)運(yùn)范圍寬且有良好的穩(wěn)定性，低速時(shí)的速度平穩(wěn)性（2 2）電機(jī)應(yīng)具有大的、較長(zhǎng)時(shí)間的過載能力，以滿足低速電機(jī)應(yīng)具有大的、較長(zhǎng)時(shí)間的過載能力，以滿足低速 大轉(zhuǎn)矩的要求。大轉(zhuǎn)矩的要求。（3 3）反應(yīng)速度快，電機(jī)必須具有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、較大的反應(yīng)速度快，電機(jī)必須具有較小的轉(zhuǎn)

7、動(dòng)慣量、較大的 轉(zhuǎn)矩、盡可能小的機(jī)電時(shí)間常數(shù)和很大的加速度轉(zhuǎn)矩、盡可能小的機(jī)電時(shí)間常數(shù)和很大的加速度 (400rad / s(400rad / s2 2以上以上) )。（4 4）能承受頻繁的起動(dòng)、制動(dòng)和正反轉(zhuǎn)。）能承受頻繁的起動(dòng)、制動(dòng)和正反轉(zhuǎn)。 2022-2-28 1 1按調(diào)節(jié)理論分類按調(diào)節(jié)理論分類（1 1）開環(huán)伺服系統(tǒng)）開環(huán)伺服系統(tǒng) （2）閉環(huán)伺服系統(tǒng)）閉環(huán)伺服系統(tǒng) （3）半閉環(huán)伺服系統(tǒng)）半閉環(huán)伺服系統(tǒng)指令指令驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)工作臺(tái)工作臺(tái)脈沖脈沖伺服電機(jī)伺服電機(jī)速度檢測(cè)速度檢測(cè)速度控制速度控制位置控制位置控制位置檢測(cè)位置檢測(cè)伺服電機(jī)伺服電機(jī)速度控制速度控制位置控制位置控制工作

8、臺(tái)工作臺(tái)脈沖編碼器脈沖編碼器指令指令2022-2-28n開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)w沒有位置測(cè)量裝置，信號(hào)流是單向的（數(shù)控裝置沒有位置測(cè)量裝置，信號(hào)流是單向的（數(shù)控裝置進(jìn)進(jìn)給系統(tǒng)），故系統(tǒng)穩(wěn)定性好。給系統(tǒng)），故系統(tǒng)穩(wěn)定性好。電機(jī)電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件機(jī)械執(zhí)行部件A相、相、B相相C相、相、f、nCNC插補(bǔ)指令插補(bǔ)指令脈沖頻率脈沖頻率f脈沖個(gè)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)n換算換算脈沖環(huán)脈沖環(huán)形分配形分配變換變換功率功率放大放大2022-2-28n無位置反饋，精度相對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)來講不高，其精無位置反饋，精度相對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)來講不高，其精度主要取決于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的性度主要取決于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能和精度。能

9、和精度。n一般以功率步進(jìn)電機(jī)作為伺服驅(qū)動(dòng)元件。一般以功率步進(jìn)電機(jī)作為伺服驅(qū)動(dòng)元件。n這類系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、這類系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在精度和速度要求維修簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在精度和速度要求不高、驅(qū)動(dòng)力矩不大的場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。一般不高、驅(qū)動(dòng)力矩不大的場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。一般用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。2022-2-28n 半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)w半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點(diǎn)如圖所示，是從驅(qū)動(dòng)裝置半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點(diǎn)如圖所示，是從驅(qū)動(dòng)裝置(常常用伺服電機(jī)用伺服電機(jī))或絲杠引出，采樣旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測(cè)，不是直或絲杠引

10、出，采樣旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測(cè)，不是直接檢測(cè)運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際位置。接檢測(cè)運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際位置。位置控制調(diào)節(jié)位置控制調(diào)節(jié)器器速度控制速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)與驅(qū)動(dòng)檢測(cè)與反饋單檢測(cè)與反饋單元元位置控制單元位置控制單元速度控制單元速度控制單元+-電機(jī)電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件機(jī)械執(zhí)行部件CNC插補(bǔ)插補(bǔ)指令指令實(shí)際實(shí)際位置位置反饋反饋實(shí)際實(shí)際速度速度反饋反饋2022-2-28w半閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括或只包括少量機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，因此半閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括或只包括少量機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，因此可獲得穩(wěn)定的控制性能，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖不如開環(huán)系可獲得穩(wěn)定的控制性能，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖不如開環(huán)系統(tǒng)，但比閉環(huán)要好。統(tǒng)，但比閉環(huán)要好。w由于絲杠的螺距誤差和

11、齒輪間隙引起的運(yùn)動(dòng)誤差難以消由于絲杠的螺距誤差和齒輪間隙引起的運(yùn)動(dòng)誤差難以消除。因此，其精度較閉環(huán)差，較開環(huán)好。但可對(duì)這類誤除。因此，其精度較閉環(huán)差，較開環(huán)好。但可對(duì)這類誤差進(jìn)行補(bǔ)償，因而仍可獲得滿意的精度。差進(jìn)行補(bǔ)償，因而仍可獲得滿意的精度。w半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、精度也較高，因半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、精度也較高，因而在現(xiàn)代而在現(xiàn)代CNC機(jī)床中得到了廣泛應(yīng)用。機(jī)床中得到了廣泛應(yīng)用。2022-2-28n 全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)w全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點(diǎn)如圖的虛線所示，直接對(duì)全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點(diǎn)如圖的虛線所示，直接對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際位置進(jìn)行檢測(cè)。運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際位

12、置進(jìn)行檢測(cè)。位置控制調(diào)節(jié)位置控制調(diào)節(jié)器器速度控制速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)與驅(qū)動(dòng)檢測(cè)與反饋檢測(cè)與反饋單元單元位置控制單元位置控制單元速度控制單元速度控制單元+-電機(jī)電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件機(jī)械執(zhí)行部件CNC插補(bǔ)插補(bǔ)指令指令實(shí)際實(shí)際位置位置反饋反饋實(shí)際實(shí)際速度速度反饋反饋2022-2-28w從理論上講，可以消除整個(gè)驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)環(huán)節(jié)的誤差、間從理論上講，可以消除整個(gè)驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)環(huán)節(jié)的誤差、間隙和失動(dòng)量。具有很高的位置控制精度。隙和失動(dòng)量。具有很高的位置控制精度。 w由于位置環(huán)內(nèi)的許多機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和由于位置環(huán)內(nèi)的許多機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，故很容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，使閉間隙都

13、是非線性的，故很容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，使閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試都相當(dāng)困難。環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試都相當(dāng)困難。w該系統(tǒng)主要用于精度要求很高的鏜銑床、超精車床、超該系統(tǒng)主要用于精度要求很高的鏜銑床、超精車床、超精磨床以及較大型的數(shù)控機(jī)床等。精磨床以及較大型的數(shù)控機(jī)床等。2022-2-282 2按使用的執(zhí)行元件分類按使用的執(zhí)行元件分類 （1）電液伺服系統(tǒng)）電液伺服系統(tǒng) 電液脈沖馬達(dá)和電液伺服馬達(dá)。電液脈沖馬達(dá)和電液伺服馬達(dá)。 優(yōu)點(diǎn)：在低速下可以得到很高的輸出力矩，剛性好，時(shí)間常優(yōu)點(diǎn)：在低速下可以得到很高的輸出力矩，剛性好，時(shí)間常 數(shù)小、反應(yīng)快和速度平穩(wěn)。數(shù)小、反應(yīng)快和速度平穩(wěn)。 缺點(diǎn)：液壓系統(tǒng)

14、需要供油系統(tǒng)，體積大。噪聲、漏油。缺點(diǎn)：液壓系統(tǒng)需要供油系統(tǒng)，體積大。噪聲、漏油。（2）電氣伺服系統(tǒng)）電氣伺服系統(tǒng) 伺服電機(jī)（步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)和交流電機(jī)）伺服電機(jī)（步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)和交流電機(jī)） 優(yōu)點(diǎn)：操作維護(hù)方便，可靠性高。優(yōu)點(diǎn)：操作維護(hù)方便，可靠性高。 1）直流伺服系統(tǒng)）直流伺服系統(tǒng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用大慣量寬調(diào)速永磁直流伺進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用大慣量寬調(diào)速永磁直流伺 服電機(jī)和中小慣量直流伺服電機(jī)；主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用他激直流伺服電機(jī)和中小慣量直流伺服電機(jī)；主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用他激直流伺 服電機(jī)。服電機(jī)。優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速性能好。缺點(diǎn)：有電刷，速度不高。優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速性能好。缺點(diǎn)：有電刷，速度不高。 2）交流伺服系統(tǒng)）

15、交流伺服系統(tǒng) 交流感應(yīng)異步伺服電機(jī)（一般用于主軸伺服系交流感應(yīng)異步伺服電機(jī)（一般用于主軸伺服系 統(tǒng)）統(tǒng)） 和永磁同步伺服電機(jī)（一般用于進(jìn)給伺服系統(tǒng)）。和永磁同步伺服電機(jī)（一般用于進(jìn)給伺服系統(tǒng)）。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不需維護(hù)、適合于在惡劣環(huán)境下工作。動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不需維護(hù)、適合于在惡劣環(huán)境下工作。動(dòng) 態(tài)響態(tài)響 應(yīng)好、轉(zhuǎn)速高和容量大。應(yīng)好、轉(zhuǎn)速高和容量大。2022-2-283 3按被控對(duì)象分類按被控對(duì)象分類 （1）進(jìn)給伺服系統(tǒng)）進(jìn)給伺服系統(tǒng) 指一般概念的位置伺服系統(tǒng)，包指一般概念的位置伺服系統(tǒng)，包 括速度控制環(huán)和位置控制環(huán)。括速度控制環(huán)和位置控制環(huán)。 （2）主軸伺服系統(tǒng)）主軸伺服系統(tǒng) 只是一個(gè)速

16、度控制系統(tǒng)。只是一個(gè)速度控制系統(tǒng)。 C 軸控制功能。軸控制功能。4按反饋比較控制方式分類按反饋比較控制方式分類 （1）脈沖、數(shù)字比較伺服系統(tǒng)）脈沖、數(shù)字比較伺服系統(tǒng) （2）相位比較伺服系統(tǒng)）相位比較伺服系統(tǒng) （3）幅值比較伺服系統(tǒng)）幅值比較伺服系統(tǒng) （4）全數(shù)字伺服系統(tǒng)）全數(shù)字伺服系統(tǒng)2022-2-28 伺服電動(dòng)機(jī)為數(shù)控伺服系統(tǒng)的重要組成部分，是速伺服電動(dòng)機(jī)為數(shù)控伺服系統(tǒng)的重要組成部分，是速 度和軌跡控制的執(zhí)行元件。度和軌跡控制的執(zhí)行元件。 數(shù)控機(jī)床中常用的伺服電機(jī)：數(shù)控機(jī)床中常用的伺服電機(jī)： 直流伺服電機(jī)（調(diào)速性能良好）直流伺服電機(jī)（調(diào)速性能良好） 交流伺服電機(jī)（主要使用的電機(jī)）交流伺服電機(jī)

17、（主要使用的電機(jī)） 步進(jìn)電機(jī)（適于輕載、負(fù)荷變動(dòng)不大）步進(jìn)電機(jī)（適于輕載、負(fù)荷變動(dòng)不大） 直線電機(jī)（高速、高精度）直線電機(jī)（高速、高精度） 2022-2-28 常用的直流電動(dòng)機(jī)有：永磁式直流電機(jī)（有槽、無槽、杯型、常用的直流電動(dòng)機(jī)有：永磁式直流電機(jī)（有槽、無槽、杯型、 印刷繞組）印刷繞組） 勵(lì)磁式直流電機(jī)勵(lì)磁式直流電機(jī) 混合式直流電機(jī)混合式直流電機(jī) 無刷直流電機(jī)無刷直流電機(jī) 直流力矩電機(jī)直流力矩電機(jī) 直流進(jìn)給伺服系統(tǒng)：直流進(jìn)給伺服系統(tǒng)： 永磁式直流電機(jī)類型中的有槽電樞永磁直永磁式直流電機(jī)類型中的有槽電樞永磁直 流電機(jī)（普通型）；流電機(jī)（普通型）； 直流主軸伺服系統(tǒng)：直流主軸伺服系統(tǒng)： 勵(lì)磁式直

18、流電機(jī)類型中的他激直流電機(jī)。勵(lì)磁式直流電機(jī)類型中的他激直流電機(jī)。 2022-2-28極靴極靴機(jī)殼機(jī)殼瓦狀永磁材料（定子）瓦狀永磁材料（定子）電樞（轉(zhuǎn)子）電樞（轉(zhuǎn)子）換向極換向極主磁極主磁極定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子線圈線圈圖圖6.5永磁直流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)永磁直流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu) 圖圖6.6直流主軸電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖直流主軸電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 2022-2-28 靜態(tài)特性靜態(tài)特性 電磁轉(zhuǎn)矩由下式表示電磁轉(zhuǎn)矩由下式表示: （6.16.1） K KT T 轉(zhuǎn)矩常數(shù)；轉(zhuǎn)矩常數(shù)； 磁場(chǎng)磁通；磁場(chǎng)磁通；I Ia a 電樞電流；電樞電流；T TM M 電磁電磁 轉(zhuǎn)矩。電樞回路的電壓平衡方程式為轉(zhuǎn)矩。電樞回路的電壓平衡方程式為:

19、 （6.26.2） U Ua a 電樞上的外加電壓；電樞上的外加電壓；R Ra a 電樞電阻；電樞電阻；E Ea a 電樞反電勢(shì)。電樞反電勢(shì)。 電樞反電勢(shì)與轉(zhuǎn)速之間有以下關(guān)系：電樞反電勢(shì)與轉(zhuǎn)速之間有以下關(guān)系： （6.36.3） K Ke e電勢(shì)常數(shù)；電勢(shì)常數(shù)；電機(jī)轉(zhuǎn)速（角速度）。電機(jī)轉(zhuǎn)速（角速度）。 根據(jù)以上各式可以求得：根據(jù)以上各式可以求得： （6.46.4）aTMIKT aaaaERIU eaKE M2TeaeaTKKRKU 2022-2-28 當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為零時(shí)：當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為零時(shí)： 理想空載轉(zhuǎn)速理想空載轉(zhuǎn)速 （6.56.5） 當(dāng)轉(zhuǎn)速為零時(shí)：當(dāng)轉(zhuǎn)速為零時(shí)： 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 ( 6.66.6

20、） 當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)某一負(fù)載當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)某一負(fù)載T TL L時(shí)時(shí) 電機(jī)轉(zhuǎn)速與理想空載轉(zhuǎn)速的差電機(jī)轉(zhuǎn)速與理想空載轉(zhuǎn)速的差 （6.76.7） ea0KU TgasKRUT L2TeaTKKR O 圖圖6.76.7 直流電機(jī)的機(jī)械特性直流電機(jī)的機(jī)械特性（n n） O OO O TS T TL 2022-2-28 動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性直流電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩平衡方程式為直流電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩平衡方程式為 （6.86.8） 式中式中 T TM M 電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩；電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩； T TL L 折算到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩；折算到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩； 電機(jī)轉(zhuǎn)子角速度；電機(jī)轉(zhuǎn)子角速度； J J 電機(jī)轉(zhuǎn)子上總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；電機(jī)轉(zhuǎn)子上總轉(zhuǎn)動(dòng)慣

21、量； t t 時(shí)間自變量。時(shí)間自變量。 dtdJTTLM 2022-2-28 (1) (1) 永磁直流伺服電機(jī)的性能特點(diǎn)永磁直流伺服電機(jī)的性能特點(diǎn) 1) 1) 低轉(zhuǎn)速大慣量低轉(zhuǎn)速大慣量 2) 2) 轉(zhuǎn)矩大轉(zhuǎn)矩大 3) 3) 起動(dòng)力矩大起動(dòng)力矩大 4) 4) 調(diào)速泛圍大，低速運(yùn)行平穩(wěn)，力矩波動(dòng)小調(diào)速泛圍大，低速運(yùn)行平穩(wěn)，力矩波動(dòng)小 (2) (2) 永磁直流伺服電機(jī)性能用特性曲線和數(shù)據(jù)表描述永磁直流伺服電機(jī)性能用特性曲線和數(shù)據(jù)表描述 1) 1) 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩- -速度特性曲線速度特性曲線（工作曲線）工作曲線） 2) 2) 負(fù)載負(fù)載- -工作周期曲線工作周期曲線 過載倍數(shù)過載倍數(shù)T Tmdmd，負(fù)載工作

22、周期比，負(fù)載工作周期比 d。 3) 3) 數(shù)據(jù)表：數(shù)據(jù)表：N、T、時(shí)間常數(shù)、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等等。時(shí)間常數(shù)、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等等。 2022-2-28 d% 80 110% 120% 60 130% 140% 40 160% d 180% 20 200% 0 1 3 tR 6 10 30 60 100 tR(min) 圖圖69負(fù)載負(fù)載-工作周期曲線工作周期曲線M/（N-cm） 轉(zhuǎn)矩極限轉(zhuǎn)矩極限 12000 10000 瞬時(shí)換向極限瞬時(shí)換向極限 8000 6000 換向極限換向極限 速度極限速度極限 4000 溫度極限溫度極限 2000 0 500 1000 1500 n 圖圖6 68 8永磁直流伺服電機(jī)工作曲

23、線永磁直流伺服電機(jī)工作曲線 區(qū)為連續(xù)工作區(qū)；區(qū)為連續(xù)工作區(qū)； 區(qū)為斷續(xù)工作區(qū)，由負(fù)區(qū)為斷續(xù)工作區(qū)，由負(fù)載載- -工作周期曲線決定工作時(shí)間；工作周期曲線決定工作時(shí)間；區(qū)為瞬時(shí)加區(qū)為瞬時(shí)加減速減速區(qū)區(qū)2022-2-28 O nj nmax nP,T1 2圖圖6. .10 直流主軸電機(jī)特性曲線直流主軸電機(jī)特性曲線 1-1-轉(zhuǎn)矩特性曲線轉(zhuǎn)矩特性曲線 2-2-功率特性曲線功率特性曲線2022-2-28直流伺服電機(jī)的缺點(diǎn)：直流伺服電機(jī)的缺點(diǎn)： 它的電刷和換向器易磨損；它的電刷和換向器易磨損； 電機(jī)最高轉(zhuǎn)速的限制，應(yīng)用環(huán)境的限制；電機(jī)最高轉(zhuǎn)速的限制，應(yīng)用環(huán)境的限制； 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，成本高。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制

24、造困難，成本高。交流伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：交流伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)： 動(dòng)態(tài)響應(yīng)好；動(dòng)態(tài)響應(yīng)好； 輸出功率大、電壓和轉(zhuǎn)速提高輸出功率大、電壓和轉(zhuǎn)速提高交流伺服電機(jī)形式：交流伺服電機(jī)形式： 同步型交流伺服電機(jī)和同步型交流伺服電機(jī)和 異步型交流感應(yīng)伺服電機(jī)異步型交流感應(yīng)伺服電機(jī)。 VSVS2022-2-28交流同步伺服電機(jī)的種類：交流同步伺服電機(jī)的種類： 勵(lì)磁式、永磁式、磁阻式和磁滯式勵(lì)磁式、永磁式、磁阻式和磁滯式 （1 1）永磁交流同步伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)）永磁交流同步伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu) VSVS定定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子脈沖編碼器脈沖編碼器定子三相繞組定子三相繞組接線盒接線盒圖圖611 永磁交流同步伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)永磁交流同步伺服電

25、機(jī)結(jié)構(gòu) 2022-2-282022-2-28 （2 2）永磁交流同步伺服電機(jī)工作原理和性能）永磁交流同步伺服電機(jī)工作原理和性能 n（r/min） VSNns nr S 圖圖61 12 工作原理工作原理 圖圖61 13 特性曲線特性曲線T（N-cm） 120001000080006000400020000100020003000 2022-2-28交流主軸電機(jī)的要求交流主軸電機(jī)的要求：w大功率大功率w低速恒轉(zhuǎn)矩、高速恒功率低速恒轉(zhuǎn)矩、高速恒功率 鼠籠式交流異步伺服電機(jī)鼠籠式交流異步伺服電機(jī)圖圖6 61414交流主軸電機(jī)與普通交流交流主軸電機(jī)與普通交流 異步感應(yīng)電機(jī)的比較圖示意圖異步感應(yīng)電機(jī)的比較

26、圖示意圖 圖圖6 615 15 交流主軸伺服電機(jī)的特性曲線交流主軸伺服電機(jī)的特性曲線 交流主軸電機(jī)交流主軸電機(jī) 普通交流普通交流 異步感應(yīng)電機(jī)異步感應(yīng)電機(jī) 通風(fēng)孔通風(fēng)孔 P（KW） 8 6 4 2 02000 4000 6000 8000 12000 n（r/min） 2022-2-28 （1 1）永磁交流同步伺服電機(jī)的發(fā)展）永磁交流同步伺服電機(jī)的發(fā)展 新永磁材料的應(yīng)用新永磁材料的應(yīng)用 釹鐵硼釹鐵硼 永久磁鐵的結(jié)構(gòu)改革永久磁鐵的結(jié)構(gòu)改革 內(nèi)裝永磁交流同步伺服電機(jī)內(nèi)裝永磁交流同步伺服電機(jī) 與機(jī)床部件一體化的電機(jī)與機(jī)床部件一體化的電機(jī) 空心軸永磁交流同步伺服電機(jī)空心軸永磁交流同步伺服電機(jī)（2 2）

27、交流主軸伺服電機(jī)的發(fā)展）交流主軸伺服電機(jī)的發(fā)展 輸出轉(zhuǎn)換型交流主軸電機(jī)輸出轉(zhuǎn)換型交流主軸電機(jī) 三角三角- -星形切換，繞組數(shù)切換或二者組合切換。星形切換，繞組數(shù)切換或二者組合切換。 液體冷卻電機(jī)液體冷卻電機(jī) 內(nèi)裝式主軸電機(jī)內(nèi)裝式主軸電機(jī)2022-2-28概述：概述： 速度控制系統(tǒng)由速度控制單元、伺服電機(jī)和速度檢測(cè)速度控制系統(tǒng)由速度控制單元、伺服電機(jī)和速度檢測(cè) 裝置組成。分為主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。裝置組成。分為主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：是保證軌跡、尺寸和形位精度的。不但有速度控制，是保證軌跡、尺寸和形位精度的。不但有速度控制， 還有位置控制。在整個(gè)速度范圍內(nèi)，保持恒轉(zhuǎn)矩。與還有位置控制。

28、在整個(gè)速度范圍內(nèi)，保持恒轉(zhuǎn)矩。與 主運(yùn)動(dòng)相比功率較小。主運(yùn)動(dòng)相比功率較小。主運(yùn)動(dòng)：主運(yùn)動(dòng)： 主要無級(jí)調(diào)速，但還要有下面的控制功能：主要無級(jí)調(diào)速，但還要有下面的控制功能： 主軸于進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的同步控制；主軸于進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的同步控制； 準(zhǔn)?？刂?；準(zhǔn)?？刂?； 分度控制；分度控制； 恒線速度控制。恒線速度控制。速度控制：速度控制：主要是調(diào)速，調(diào)速有機(jī)械主要是調(diào)速，調(diào)速有機(jī)械、液壓和電氣方法，電氣調(diào)液壓和電氣方法，電氣調(diào) 速最有利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。速最有利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。2022-2-28 1.、直流伺服電機(jī)的調(diào)速原理、直流伺服電機(jī)的調(diào)速原理 根據(jù)機(jī)械特性公式可知調(diào)速有二種方法根據(jù)機(jī)械特性公式可知調(diào)速有二種方法:電樞

29、電壓電樞電壓Ua a和和氣隙磁通氣隙磁通 改變電樞外加電壓改變電樞外加電壓Ua a : :由于繞組絕緣耐壓的限制，調(diào)壓只能在額定由于繞組絕緣耐壓的限制，調(diào)壓只能在額定 轉(zhuǎn)速以下進(jìn)行。屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。轉(zhuǎn)速以下進(jìn)行。屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。 改變氣隙磁通量改變氣隙磁通量：改激磁電流即可改：改激磁電流即可改，在，在Ua a恒定情況下，磁場(chǎng)接恒定情況下，磁場(chǎng)接 近飽和，故只能弱磁調(diào)速，在額定轉(zhuǎn)速以上進(jìn)行。屬于恒功率調(diào)速。近飽和，故只能弱磁調(diào)速，在額定轉(zhuǎn)速以上進(jìn)行。屬于恒功率調(diào)速。 2.直流速度控制單元調(diào)速控方式直流速度控制單元調(diào)速控方式 晶閘管（可控硅）調(diào)速系統(tǒng)晶閘管（可控硅）調(diào)速系統(tǒng) 晶體管脈寬調(diào)制（晶體管

30、脈寬調(diào)制（PWM）調(diào)速系統(tǒng)）調(diào)速系統(tǒng) 0M2TeaeaTKKRKUnnTCCRCUn0M2Teaea 2022-2-28 包括包括 控制回路：速度環(huán)、電流環(huán)、觸發(fā)脈沖發(fā)生器等?？刂苹芈罚核俣拳h(huán)、電流環(huán)、觸發(fā)脈沖發(fā)生器等。 主回路：主回路： 可控硅整流放大器等?？煽毓枵鞣糯笃鞯?。 速度環(huán)：速度調(diào)節(jié)（速度環(huán)：速度調(diào)節(jié)（PIPI），作用：好的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性。），作用：好的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性。 電流環(huán)：電流調(diào)節(jié)電流環(huán)：電流調(diào)節(jié)(P(P或或PI)PI)。作用：加快響應(yīng)、啟動(dòng)、低頻穩(wěn)定等。作用：加快響應(yīng)、啟動(dòng)、低頻穩(wěn)定等。 觸發(fā)脈沖發(fā)生器：產(chǎn)生移相脈沖，使可控硅觸發(fā)角前移或后移。觸發(fā)脈沖發(fā)生器：產(chǎn)生移相脈沖

31、，使可控硅觸發(fā)角前移或后移。 可控硅整流放大器：整流、放大、驅(qū)動(dòng)，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)?？煽毓枵鞣糯笃鳎赫?、放大、驅(qū)動(dòng)，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。速度速度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器電流電流調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器觸發(fā)脈沖觸發(fā)脈沖發(fā)生器發(fā)生器可控硅可控硅整流器整流器電流反饋電流反饋速度反饋速度反饋電流檢測(cè)電流檢測(cè)編碼器編碼器電機(jī)電機(jī)UR+-UfIfIR+-E1ES2022-2-28組成：組成：由大功率晶閘由大功率晶閘 管構(gòu)成的三相全控橋式（三相全波）反并接可逆電路，管構(gòu)成的三相全控橋式（三相全波）反并接可逆電路， 分成二大部分（分成二大部分（ 和和 ），每部分內(nèi)按三相橋式連接，二組反并接，），每部分內(nèi)按三相橋式連接，二組反并接， 分別實(shí)現(xiàn)正

32、轉(zhuǎn)分別實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn) 和反轉(zhuǎn)。和反轉(zhuǎn)。 原理原理 ： 三相整流器，由二個(gè)半波整流電路組成。每部分內(nèi)又分成共陰極組三相整流器，由二個(gè)半波整流電路組成。每部分內(nèi)又分成共陰極組 （1 1、3 3、5 5）和共陽極組（）和共陽極組（2 2、4 4、6 6）。為構(gòu)成回路，這二組中必須各有一）。為構(gòu)成回路，這二組中必須各有一 個(gè)可控硅同時(shí)導(dǎo)通。個(gè)可控硅同時(shí)導(dǎo)通。 1 1、3 3、5 5在正半周導(dǎo)通，在正半周導(dǎo)通， 2 2、4 4、6 6在負(fù)半周導(dǎo)通。每在負(fù)半周導(dǎo)通。每 組內(nèi)（即二相間）觸發(fā)脈沖相位相差組內(nèi)（即二相間）觸發(fā)脈沖相位相差120120，每相內(nèi)二個(gè)觸發(fā)脈沖相差，每相內(nèi)二個(gè)觸發(fā)脈沖相差180180。 按管

33、號(hào)排列，觸發(fā)脈沖的順序：按管號(hào)排列，觸發(fā)脈沖的順序：1-2-3-4-5-61-2-3-4-5-6，相鄰之間相位差，相鄰之間相位差6060。 為保證合閘后兩個(gè)串聯(lián)可控硅能同時(shí)導(dǎo)通，或已截止的相再次導(dǎo)通，為保證合閘后兩個(gè)串聯(lián)可控硅能同時(shí)導(dǎo)通，或已截止的相再次導(dǎo)通， 采用雙脈沖控制。既每個(gè)觸發(fā)脈沖在導(dǎo)通采用雙脈沖控制。既每個(gè)觸發(fā)脈沖在導(dǎo)通6060后，在補(bǔ)發(fā)一個(gè)輔助脈沖；也后，在補(bǔ)發(fā)一個(gè)輔助脈沖；也 可以采用寬脈沖控制，寬度大于可以采用寬脈沖控制，寬度大于6060，小于，小于120120。 462791113581210ABCMUMUDKMKM+-2022-2-28原理：原理：e)uacbcaba)b

34、)c)d)135 tub246bcatttt1 1 3 3 5 5 1 1 3 3 6 2 2 4 4 6 6 2 2 4 135246120120180601324606056 只要改變可控只要改變可控硅觸發(fā)角（即改變硅觸發(fā)角（即改變導(dǎo)通角），就能改導(dǎo)通角），就能改變可控硅的整流輸變可控硅的整流輸出電壓，從而改變出電壓，從而改變直流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)直流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速。速。 觸發(fā)脈沖提前觸發(fā)脈沖提前來，增大整流輸出來，增大整流輸出電壓；觸發(fā)脈沖延電壓；觸發(fā)脈沖延后來，減小整流輸后來，減小整流輸出電壓。出電壓。主回路波形圖主回路波形圖2022-2-28觸發(fā)脈沖產(chǎn)生的過程：觸發(fā)脈沖產(chǎn)生的過程：改變觸發(fā)

35、角，即改變控制角改變觸發(fā)角，即改變控制角U1U2R1R2R3C-+同步信號(hào)同步信號(hào)過零信號(hào)過零信號(hào)由速度由速度F變換來的變換來的電流調(diào)節(jié)電流調(diào)節(jié)器輸出的器輸出的直流信號(hào)直流信號(hào),123窄脈沖窄脈沖 ： 即即移相觸發(fā)脈沖移相觸發(fā)脈沖同步信號(hào)同步信號(hào)方波信號(hào)方波信號(hào)矩齒波矩齒波矩齒波與直矩齒波與直流電壓疊加流電壓疊加 信號(hào)信號(hào)尖脈沖尖脈沖直流電壓直流電壓（可控硅導(dǎo)通時(shí)間），可調(diào)速?？煽毓鑼?dǎo)通時(shí)間），可調(diào)速。 沒反饋是開環(huán)，特性軟。沒反饋是開環(huán)，特性軟。1-同步電路同步電路 2-移向控制電路移向控制電路3-脈沖分配器脈沖分配器 電流調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器:同上，加快電流的反應(yīng)。同上，加快電流的反應(yīng)。 觸發(fā)

36、脈沖發(fā)生器：正弦波同步鋸齒波觸發(fā)觸發(fā)脈沖發(fā)生器：正弦波同步鋸齒波觸發(fā) 電路，與電路，與F直流信號(hào)疊加。直流信號(hào)疊加。 速度調(diào)節(jié)器：比例積分速度調(diào)節(jié)器：比例積分PI，高放大（相當(dāng)，高放大（相當(dāng) C短路）短路）緩放大緩放大增放大增放大穩(wěn)定（相當(dāng)穩(wěn)定（相當(dāng)C 開路）無靜差。開路）無靜差。2022-2-28反向比例放大器反向比例放大器 反向比例加法運(yùn)算放大器反向比例加法運(yùn)算放大器 同向比例放大器同向比例放大器 積分運(yùn)算放大器積分運(yùn)算放大器比例積分運(yùn)算放大器：比例積分運(yùn)算放大器： 比較器比較器R3R3U1U2R1R2R3-+U1R1U2R2C-+U1U2R1R2R3C-+U1U2R1R2-+U3U2R4

37、R2-+U1R1U1U2R2R1-+U2二個(gè)輸入端的內(nèi)阻非常大，不向運(yùn)放內(nèi)流電流放大倍二個(gè)輸入端的內(nèi)阻非常大，不向運(yùn)放內(nèi)流電流放大倍數(shù)非常大。同相端接地，電位為數(shù)非常大。同相端接地，電位為0，為實(shí)地；方向端，為實(shí)地；方向端電為也為電為也為0，虛地。，虛地。U2=-U1R3/R22022-2-28交流電阻電路：功率交流電阻電路：功率( (平均平均) ) P P = = UI UI = =I I2 2R R = =U U 2 2/ R/ R交流電阻電容電路：純電容電路電流超前電壓交流電阻電容電路：純電容電路電流超前電壓相位相位=90 功率功率 ( (平均平均) ) P P = =UIcos UIc

38、os 交流電阻電感電路：純電感電路電流落后電壓交流電阻電感電路：純電感電路電流落后電壓相位相位=90 功率功率 ( (平均平均) ) P P = =UIcos UIcos 由于交流電路中電感電容的存在，平均功率不等于電由于交流電路中電感電容的存在，平均功率不等于電壓電流的乘積，而差一個(gè)壓電流的乘積，而差一個(gè)cos cos ，既與電壓電流的相位差，既與電壓電流的相位差有關(guān)。其中有關(guān)。其中cos cos 稱為功率因數(shù)稱為功率因數(shù)。 cos cos 越高越好。越高越好。 造成功率因數(shù)不高的主要原因是感性負(fù)載，如異步電造成功率因數(shù)不高的主要原因是感性負(fù)載，如異步電機(jī)、工頻爐、日光燈的功率因數(shù)都不高；提

39、高功率因數(shù)的機(jī)、工頻爐、日光燈的功率因數(shù)都不高；提高功率因數(shù)的辦法是在感性負(fù)載上并聯(lián)電容。辦法是在感性負(fù)載上并聯(lián)電容。2022-2-28 總結(jié)總結(jié) 速度控制的原理速度控制的原理： 調(diào)速：當(dāng)給定的指令信號(hào)增大時(shí)，則有較大的偏差信號(hào)加到調(diào)節(jié)器的調(diào)速：當(dāng)給定的指令信號(hào)增大時(shí)，則有較大的偏差信號(hào)加到調(diào)節(jié)器的 輸入端，產(chǎn)生前移的觸發(fā)脈沖，可控硅整流器輸出直流電壓提高，電輸入端，產(chǎn)生前移的觸發(fā)脈沖，可控硅整流器輸出直流電壓提高，電 機(jī)轉(zhuǎn)速上升。此時(shí)測(cè)速反饋信號(hào)也增大，與大的速度給定相匹配達(dá)到機(jī)轉(zhuǎn)速上升。此時(shí)測(cè)速反饋信號(hào)也增大，與大的速度給定相匹配達(dá)到 新的平衡，電機(jī)以較高的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。新的平衡，電機(jī)以較高的

40、轉(zhuǎn)速運(yùn)行。 干擾：假如系統(tǒng)受到外界干擾，如負(fù)載增加，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，速度反干擾：假如系統(tǒng)受到外界干擾，如負(fù)載增加，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，速度反 饋電壓降低，則速度調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號(hào)增大，其輸出信號(hào)也增大，饋電壓降低，則速度調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號(hào)增大，其輸出信號(hào)也增大， 經(jīng)電流調(diào)節(jié)器使觸發(fā)脈沖前移，晶閘管整流器輸出電壓升高，使電機(jī)經(jīng)電流調(diào)節(jié)器使觸發(fā)脈沖前移，晶閘管整流器輸出電壓升高，使電機(jī) 轉(zhuǎn)速恢復(fù)到干擾前的數(shù)值。轉(zhuǎn)速恢復(fù)到干擾前的數(shù)值。 電網(wǎng)波動(dòng)：電流調(diào)節(jié)器通過電流反饋信號(hào)還起快速的維持和調(diào)節(jié)電流電網(wǎng)波動(dòng)：電流調(diào)節(jié)器通過電流反饋信號(hào)還起快速的維持和調(diào)節(jié)電流 作用，如電網(wǎng)電壓突然短時(shí)下降，整流輸出電壓也隨

41、之降低，在電機(jī)作用，如電網(wǎng)電壓突然短時(shí)下降，整流輸出電壓也隨之降低，在電機(jī) 轉(zhuǎn)速由于慣性還未變化之前，首先引起主回路電流的減小，立即使電轉(zhuǎn)速由于慣性還未變化之前，首先引起主回路電流的減小，立即使電 流調(diào)節(jié)器的輸出增加，觸發(fā)脈沖前移，使整流器輸出電壓恢復(fù)到原來流調(diào)節(jié)器的輸出增加，觸發(fā)脈沖前移，使整流器輸出電壓恢復(fù)到原來 值，從而抑制了主回路電流的變化。值，從而抑制了主回路電流的變化。 啟動(dòng)、制動(dòng)、加減速：電流調(diào)節(jié)器還能保證電機(jī)啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)的大轉(zhuǎn)啟動(dòng)、制動(dòng)、加減速：電流調(diào)節(jié)器還能保證電機(jī)啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)的大轉(zhuǎn) 矩、加減速的良好動(dòng)態(tài)性能。矩、加減速的良好動(dòng)態(tài)性能。2022-2-28速度調(diào)節(jié)器速度調(diào)節(jié)器電

42、流調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器脈寬調(diào)節(jié)脈寬調(diào)節(jié)振蕩器振蕩器脈寬調(diào)節(jié)脈寬調(diào)節(jié)MG電流反饋電流反饋Uusrus f整流整流功放功放2022-2-28 控制回路：控制回路： 速度調(diào)節(jié)器；速度調(diào)節(jié)器； 電流調(diào)節(jié)器；電流調(diào)節(jié)器； 固定頻率振蕩器及三角波發(fā)生器；固定頻率振蕩器及三角波發(fā)生器； 脈寬調(diào)制器和基極驅(qū)動(dòng)電路。脈寬調(diào)制器和基極驅(qū)動(dòng)電路。 區(qū)別：區(qū)別：與晶閘管調(diào)速系統(tǒng)比較，速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)與晶閘管調(diào)速系統(tǒng)比較，速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié) 器原理一樣。不同的是脈寬調(diào)制器和功率放大器。器原理一樣。不同的是脈寬調(diào)制器和功率放大器。 直流脈寬調(diào)制：直流脈寬調(diào)制：功率放大器中的大功率晶體管工作在開功率放大器中的大功率晶體管

43、工作在開 關(guān)狀態(tài)下，開關(guān)頻率保持恒定，用調(diào)整開關(guān)周期關(guān)狀態(tài)下，開關(guān)頻率保持恒定，用調(diào)整開關(guān)周期 內(nèi)晶體管導(dǎo)通時(shí)間（即改變基極調(diào)制脈沖寬度）內(nèi)晶體管導(dǎo)通時(shí)間（即改變基極調(diào)制脈沖寬度） 的方法來改變輸出。從而使電機(jī)獲得脈寬受調(diào)制的方法來改變輸出。從而使電機(jī)獲得脈寬受調(diào)制 脈沖控制的電壓脈沖，由于頻率高及電感的作用脈沖控制的電壓脈沖，由于頻率高及電感的作用 則為波動(dòng)很小的直流電壓（平均電壓）。則為波動(dòng)很小的直流電壓（平均電壓）。 脈寬的變化使電機(jī)電樞的直流電壓隨著變化。脈寬的變化使電機(jī)電樞的直流電壓隨著變化。2022-2-28周期不變周期不變周期不變周期不變脈寬脈寬脈寬脈寬脈寬脈寬脈寬脈寬平均直流電

44、壓平均直流電壓脈沖寬度正比代表速度脈沖寬度正比代表速度F值的直流電壓值的直流電壓Ut2022-2-28ttU U +U S rU +U S rU S CU S CU S C+U S rooo-U S rtttt同向加法放大器電路圖同向加法放大器電路圖U S r 速度指令轉(zhuǎn)化過速度指令轉(zhuǎn)化過 來的直流電壓來的直流電壓U - - 三角波三角波USC- - 脈寬調(diào)制器的輸脈寬調(diào)制器的輸 出（出（ U S r +U ）調(diào)制波形圖調(diào)制波形圖R1+12VUSCR1R3R2+-12VU S rU -US r為為0時(shí)時(shí)調(diào)制出正負(fù)脈寬一樣方波調(diào)制出正負(fù)脈寬一樣方波平均電壓為平均電壓為0US r為正時(shí)為正時(shí)US

45、r為負(fù)時(shí)為負(fù)時(shí)調(diào)制出脈寬較寬的波形調(diào)制出脈寬較寬的波形平均電壓為正平均電壓為正調(diào)制出脈寬較窄的波形調(diào)制出脈寬較窄的波形平均電壓為負(fù)平均電壓為負(fù)2022-2-28主回路：可逆主回路：可逆H型雙極式型雙極式PWM 開關(guān)功率放大器開關(guān)功率放大器電路圖電路圖: 由四個(gè)大功率晶體管由四個(gè)大功率晶體管 （GTR）T 1 、T 2 、T 3 、T4 及四個(gè)續(xù)流二極管組成的橋及四個(gè)續(xù)流二極管組成的橋 式電路。式電路。H型：型： 又分為又分為雙極式、單極雙極式、單極式和受限單極式和受限單極式三種。式三種。Ub1、 Ub2、Ub3Ub4 為調(diào)制器為調(diào)制器輸出，經(jīng)脈沖輸出，經(jīng)脈沖分配、基極驅(qū)分配、基極驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換過來的

46、動(dòng)轉(zhuǎn)換過來的脈沖電壓。分脈沖電壓。分別加到別加到T1 、T2、T3 、T4的基極。的基極。Ub3Ub4Ub1Ub2USABD1D2D3D4MT1T2T4T3tUS -USUdUABOtUb1Ub 4Ub2Ub3OOttt1Tidid1id2id1id2OOOOOt1t3Tt2t3t1Ub1、Ub 4Ub2、Ub 3UdUABidttttid1id1id4id2id3id4id22022-2-28工作原理：工作原理： T1 和和T4 同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷，其基極驅(qū)動(dòng)電壓同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷，其基極驅(qū)動(dòng)電壓Ub1= Ub4。T2和和T3同同 時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷，基極驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷，基極驅(qū)動(dòng)電壓Ub2= Ub3 = Ub1。以正脈沖較寬為例，。以正脈沖較寬為例， 既正轉(zhuǎn)時(shí)。既正轉(zhuǎn)時(shí)。 負(fù)載較重時(shí)：負(fù)載較重時(shí)：電動(dòng)狀態(tài)：當(dāng)電動(dòng)狀態(tài)：當(dāng)0t t1時(shí)，時(shí)， Ub1、Ub4為正，為正， T1 和和T4 導(dǎo)通；導(dǎo)通；Ub2、Ub3 為負(fù)為負(fù)， T2和和T3截止。電機(jī)端電壓截止。電機(jī)端電壓UAB=US，電樞電流電樞電流id= id1，由，由US T1 T4 地。地。續(xù)流維持電動(dòng)狀態(tài)：在續(xù)流維持電動(dòng)狀態(tài)：在t1 t T時(shí)，時(shí)， Ub1、Ub4為負(fù)為負(fù)， T1 和和T4截止；截止； Ub2、U