进给伺服系统-PWM.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,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。,6.3.1,直流伺服电机的结构与分类,6.3,直流伺服电机及其速度控制,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。,6.3,直流伺服电机及其速度控制,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,。数控机床上应用广泛。,6.3,直流伺服电机及其速度控制,3,无刷直流伺服电机（,无整流子电机）,没有换向器，由同步电机和逆变器组成，逆变器由装在转子上的转子位置传感器控制。,实质是一种交流调速电机，调速性能可达到直流伺服发电机的水平，又取消了换向装置和电刷部件，提高了电机使用寿命。,6.3,直流伺服电机及其速度控制,6.3.2,直流伺服电机的调速原理与方法,组成：磁极（定子）、电枢（转子）、电刷与换向片,他励式直流伺服电机工作原理：,直流电源接在两电刷间，电流通入电枢线圈，切割磁力线，产生电磁转矩。,6.3,直流伺服电机及其速度控制,C,E,电动势常数,C,T,转矩常数,n,电机转速,n,0,电机理想空载转速,他励式直流伺服电机的转速公式,R,a,电机电枢回路总电阻,Tm,电机电磁转矩,U,a,电机电枢端电压,励磁磁通,E,a,电枢绕组感应电动势,6.3,直流伺服电机及其速度控制,负载转矩,Tm=,0,则有,直流电机转速与转矩的关系称,机械特性,机械特性是电机的静态特性，是稳定运行时带动负载的性能，此时，电磁转矩与外负载相等。,电机转速与理想转速的差,n,，反映了电机机械特性硬度，,n,越小，机械特性越硬。,n,0,T,T,n,D,n,直流电机的基本调速方式有三种,:,调节电阻,R,a,、调节电枢电压,U,a,和调节磁通,的值。,6.3,直流伺服电机及其速度控制,电枢电阻调速,不经济，调速范围有限，很少采用。,调节电枢电压,（调压调速）,时，直流电机机械特性为一组平行线，只改变电机的理想转速,n,0,，保持了原有较硬的机械特性，所以,调压调速,主要用于,伺服进给驱动系统电机的调速,如果,n,值较大，不可能实现宽范围的调速。永磁式直流伺服电机的,n,值较小，因此，,进给系统常采用永磁式直流电机,。,6.3,直流伺服电机及其速度控制,调节磁通,（调磁调速）,不但改变了电机的理想转速，而且使直流电机机械特性变软，所以,调磁调速,主要用于,机床主轴电机,调速。,6.3,直流伺服电机及其速度控制,6.3.3,直流伺服电机速度控制单元的调速控制方式,直流电机速度控制单元常采用的调速方法：,晶闸管（可控硅）调速系统,晶体管脉宽调制（,PWM,）调速系统。,6.3,直流伺服电机及其速度控制,1,晶闸管调速系统,6.3,直流伺服电机及其速度控制,速度控制电压,电枢电压,U*,n,速度,调节器,电流,调节器,触发脉冲,发生器,可控硅,整流器,电流反馈,速度反馈,电流检测,编码器,电机,+,-,Un,In,I*n,+,-,U,S,直流双环,调速系统,6.3,直流伺服电机及其速度控制,主回路,：二组反并接，分别实现正转和反转,原理,：三相整流器，由二个半波整流电路组成。每部分内又分成共阴极组（,11,、,13,、,15,）和共阳极组（,12,、,14,、,16,）。为构成回路，共阴极组和共阳极组中必须各有一个可控硅同时导通。只要改变可控硅触发角（即改变导通角），就能改变可控硅的整流输出电压，从而改变直流伺服电机的转速。,6.3,直流伺服电机及其速度控制,2,PWM,调速控制系统,控制电路简单，不需附加关断电路，开关特性好。广泛应用中、小功率直流伺服系统,周期不变,脉宽,脉宽,脉宽,脉宽,平均直流电压,U,t,周期不变,6.3,直流伺服电机及其速度控制,直流电机电压的平均值,:,T,脉冲周期，,T,on,导通时间,6.3,直流伺服电机及其速度控制,脉宽调制（,PWM,）系统组成：,速度,调节器,电流反馈,脉宽,调制,基极驱动,功,放,振荡器,电流,调节器,M,速度指令,三相交流电,整流,速度反馈,U,sr,U,SC,U,U,b,6.3,直流伺服电机及其速度控制,脉宽调制器,作用：将电压量转换成可由控制信号调节的矩形脉冲，为功率晶体管的基极提供一个宽度可由速度指令信号调节的脉宽电压。,组成：调制信号发生器（三角波和锯齿波两种）和比较放大器。,原理：以三角波发生器为例介绍,6.3,直流伺服电机及其速度控制,R,1,+12V,U,SC,R,1,R,3,R,2,+,-,12V,U,S r,U,-,U,Sr,速度指令转化过,来的直流电压,U,-,三角波,U,SC,-,脉宽调制器的输出（,U,S,r,+,U,）,调制波形图,t,t,U,S r,+U,+U,S r,o,o,-U,S r,t,t,U,S r,为正时,U,Sr,为负时,U,S r,+U,t,t,U,Sr,为,0,时,调制出正负脉宽一样方波平均电压为,0,调制出脉宽较宽的波形平均电压为正,调制出脉宽较窄的波形平均电压为负,6.3,直流伺服电机及其速度控制,开关功率放大器,是脉宽调制速度单元的主回路,结构：有两种形式：,H,型（桥式）、,T,型。每种电路又有单极性工作方式和双极性工作方式，各种不同的工作方式又可组成可逆开关放大电路和不可逆开关放大电路,。,可逆,H,型双极式,PWM,开关功率放大器为例,6.3,直流伺服电机及其速度控制,可逆,H,型双极式,PWM,开关功率放大器,U,S,A,B,D,1,D,2,D,3,D,4,M,T,1,T,2,T,4,T,3,Ud,U,AB,U,b2,U,b3,O,t,t,U,b1,U,b,4,O,t,1,T,U,S,-U,S,O,t,t,i,d,id,1,i,d,2,i,d,1,i,d,2,O,6.3,直流伺服电机及其速度控制,U,S,A,B,D,1,D,2,D,3,D,4,M,T,1,T,2,T,4,T,3,Ud,U,AB,U,b2,U,b3,O,t,t,U,b1,U,b,4,O,t,1,T,U,S,-U,S,O,t,t,i,d,id,1,i,d,2,i,d,1,i,d,2,O,电机正转、反转、停止：,由正、负,驱动电压脉冲宽窄定。,当,正,脉冲较宽时，即,t,1,T/2,，平均电压为正，电机正转；,当,正,脉冲较窄时，,t,1,T/2,，平均电压为负，电机反转；,正负,脉冲宽度相等，,t,1=,T/2,，平均电压为零，电机停转。,电机速度的改变：,电枢平均电压,U,AB,越大转速越高。,U,AB,由,驱动电压脉冲宽度决定。,6.3,直流伺服电机及其速度控制,