第五章数控伺服系统

第五章数控伺服系统内容摘要：

. . . . . ( 1 ) aRaIaEU aT IkM kT— 电机的转矩系数（ kT =cmφ） Ia— 电机电枢电流 Ea=ken Ea — 电机转动产生的反电动势； ke— 电势系数（ ke =ceφ）。 n— 电枢转速 rpm。 34 感应电动势（反电动势）为： . . . . . . ( 2 ) nCE ea  （ 2）代入（ 1）得： eaaCRIUn式中： n—— 电机转速（ rpm）； U—— 电枢电路外加电压（ V）； R a—— 电枢电路电阻（ ）； C e—— 反电动势系数； —— 气隙磁通量（ W b）。 从上式可以看出 , 要改变直流电动机的转速 n, 有三种方法 : eaaCRIUn （ 2）改变励磁回路电阻 R f, 以改变 I f, 从而改变 值 , 但 I f只能减小，转速只能调高，不能调低，可见这两种方法都不能满足数控机床的要求。 （ 1）改变电枢回路电阻 R a, 这使转速只能调低不能调高。 （ 3）改变电枢电压，其它都不变，尽管需要附加调压设备，但它的调速范围大 , 又是恒扭矩调速，所以直流伺服电机常用这种方法调速。 36 （二）直流电机的调速方法 ① 直流发电机 — 直流电动机 (GM)系统。 它是通过改变发电机的输出电压（此电压加到电机上）来改变电动机转速的调速方法。 ② 晶闸管 — 直流电动机 (SCRM)系统。 它是通过改变晶闸管的导通角，来控制供给直流电动机的输入电压，实现调速的。 ③ 脉宽调制 — 直流电动机 (PWM)系统。 它是利用一定频率的三角波或锯齿波，把模拟控制电压分割成与三角波同频率的矩形波，通过控制矩形波的占空比来改变直流电机的输入电压，实现调速的。 该方法主要优点是抗干扰能力强，效率高。 图 512 PWM调压的原理图 流过电机的电流波形 三角波 反馈比较电压 38 图 513 PWM调制电路 39 交流伺服电动机结构简单、成本低廉、无电刷磨损问题、维修方便。 四、交流伺服电动机调速技术 一、交流调速的类型 PfSnSn 1160)1()1( 式中 n— 电机的转速； S— 转差率 ； P— 定子绕组的极对数 ； f1— 供电频率。 40 (2) 变转差率调速 — 对绕线式异步电动机转子绕组串接电阻的调阻调速等，可实现无级调速。 (1) 变极调速 — 对鼠笼式异步电动机改变其定子绕组的极对数 P，此为有级调速。 (3) 变频调速 — 改变供电频率的调速方案有交 — 交变频器； 交 — 直 — 交电压源型变频器；脉宽调制型逆变器。 三、交流电动机的变频调速 变频调速是以一个频率及电压可变的电源，向异步 (或同步 )电动机供电，从而调节电动机转速的方法。 变频调速可分为两类：第一类由恒频恒压的交流电，经过整流再逆变成变频变压的交流电，称为带直流环节的间接变频调速或交一直一交变频。 41 第二类是由恒频恒压的交流电，直接变成变频变压的交流电，称为直接变频调速或交一交变频。 电压型变频器 滤波 整流 逆变 M 图 514 电压型变频器基本结构 42 当定子电压与频率成正比改变时，即 ee ffUU 1111 // 式中 U1e— 电动机的额定相电压； U1— 电动机的实际相电压； f1e— 电动机的额定定子频率； f1— 电动机的实际定子频率。 此时电动机的输出为恒转矩，输出的功率与定子电流频率成正比。 当定子电压与频率的平方根成正比改变时，即 effeUU111/1 电动机输出恒功率，输出的转矩与定子电流频率成反比。 43 SCR1 D1 SCR3 SCR4 SCR2 SCR5 D3 D4 D6 D5 D2 U P + N A B。