数控机床原理及应用教学课件作者何伟第十一讲课件

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1、数控机床原理及应用第十一讲本章内容提要直流伺服电动机控制系统交流伺服电动机控制系统闭环伺服驱动系统直流伺服电动机控制系统常用的直流电动机有：永磁式直流电动机、励磁式直流电动机、混合式直流电动机、无刷直流电动机等。直流电动机包括三个部分：固定的磁极、电枢和换向器。直流电动机的工作原理当将直流电压加到A、B两电刷间，载流导体ab在磁场中受到的F按左手定则指向顺时针方向，载流导体cd受到的力也是顺时针方向的，转子在电磁转矩的作用下顺时针方向旋转起来。当电枢恰好转过90度时，电磁转矩为零，但由于惯性的作用，电枢将继续转动。当电刷与换向片再次接触时，导体

2、ab和cd交换了位置。因此导体ab和cd中的电流方向改变，保证了电枢连续地转动。直流电动机的调速方法他励直流电动机的机械特性方程式：n为电动机转速；U为电动机电枢回路外加电压；Rd为电枢回路电阻；Ce为反电动势系数；Φ为气隙磁通量；直流电动机的调速方法调速方法改变电动机电枢回路外加电压：即电枢电压U。此方法可得到调速范围较宽的恒转矩特性，适于进给驱动及主轴驱动的低速段。改变气隙磁通量Φ：此方法可得到恒功率特性，适于主轴电机的高速段。改变电枢电路的电阻Rd：此方法在数控机床中少用。在数控机床驱动装置中，直流电机速度控制多采用可控硅调速和晶体管脉宽

3、调制（PWM）调速。交流伺服电动机控制系统交流伺服电动机分为异步型交流伺服电动机和同步型交流伺服电动机。异步型交流伺服电动机指的是交流感应电动机，它有三相和单相之分，也有鼠笼式和线绕式之分，通常多用鼠笼式三相感应电动机。同步型交流伺服电动机虽较感应电动机复杂，但比直流电动机简单。它的定子与感应电动机一样，但转子不同，按不同的转子结构又分电磁式及非电磁式两大类。非电磁式又分磁滞式、永磁式和反应式等。数控机床中多用永磁式同步电动机。永磁式同步型交流伺服电动机的优点：可靠性高，易维护保养；转子转动惯量小，快速响应性好；有宽的调速范围，可高速转动；结构

4、紧凑，在相同功率下有较小的重量和体积；散热性能好。交流伺服电动机控制系统永磁式同步型交流电动机转速公式：调速方法：改变磁极对数p这是通过对定子绕组接线的切换以改变磁极对数调速的。改变转差率调速S常用的是降低定子电压调速、电磁转差离合器调速、线绕式异步电动机转子串电阻调速或串级调速等。变频调速这是交流电动机的一种先进的调速方法。电机从高速到低速其转差率都很小，因而变频调速的效率和功率因数都很高。交流伺服电动机应用最多的调速方法是变频调速，主要环节是能为交流伺服电动机提供变频电源的变频器。变频器的功用是将50Hz的交流电变换成频率连续可调的（如0～

5、400Hz）交流电。变频器可分为“交－交”型和“交－直－交”型。前者称为直接式变频器，后者又称带直流环节的间接式变频器。变频调速“交－交”变频器“交－交”变频器由两组反并联的变流器P和变流器N组成，如果P组和N组轮流向负载R供电，负载上可获得交流输出电压U0。U0的幅值由各组变流器的控制角决定，U0的频率由两组变流器的切换频率决定。“交－交”变频器不经过中间环节，把频率固定的交流电直接变换为频率连续可调的交流电，效率高，工作可靠，但频率的变化范围有限。“交－直－交”变频器由顺变器、中间环节和逆变器三部分组成。顺变器的作用是将交流转换为可调直流，

6、作为逆变器的直流供给电源。逆变器是将可调直流电变为调频调压的交流电，采用脉冲宽度调制（PWM）逆变器来完成。脉冲宽度调制（PWM）的方法很多，其中正弦波调制（SPWM）应用最广泛。SPWM逆变器将一个正弦半波分成N等分，然后把每一等分的正弦曲线与横坐标轴所包围的面积都用一个与此面积相等的一系列等高矩形脉冲来代替，这样可得到N个等高而不等宽的脉冲序列。这就是与正弦波等效的正弦脉宽调制波。本章小结直流伺服电动机控制系统交流伺服电动机控制系统两者的区别及其优缺点作业