數(shù)控技術第4章4.3節(jié)

1、04.1 概述概述4.2 位置檢測裝置位置檢測裝置4.3 進給電機及驅動進給電機及驅動4.4 進給伺服系統(tǒng)的控制原理和方法進給伺服系統(tǒng)的控制原理和方法第4章 進給伺服驅動系統(tǒng) 14.3 進給電機及驅動進給電機及驅動 CNC裝置發(fā)出的位移指令信號，由伺服驅動裝置作一裝置發(fā)出的位移指令信號，由伺服驅動裝置作一定的轉換和放大后，經伺服電機和機械傳動機構，驅動機床定的轉換和放大后，經伺服電機和機械傳動機構，驅動機床的工作臺等執(zhí)行部件實現(xiàn)工作進給或快速運動的工作臺等執(zhí)行部件實現(xiàn)工作進給或快速運動. 進給驅動系統(tǒng)的組成：進給驅動系統(tǒng)的組成： 驅動器和電機。驅動器和電機。 進給電機的類型：進給電機的類型：

2、步進電機、直流伺服電機、交流伺服電機和直線電機。步進電機、直流伺服電機、交流伺服電機和直線電機。24.3.1 步進電機及驅動步進電機及驅動 驅動器每向步進電機輸入一個電脈沖信號，步進電機驅動器每向步進電機輸入一個電脈沖信號，步進電機轉動一個角度，稱為轉動一個角度，稱為步距角步距角，通過齒輪和絲杠帶動工作臺，通過齒輪和絲杠帶動工作臺移動。移動。 步進式進給伺服驅動系統(tǒng)屬于步進式進給伺服驅動系統(tǒng)屬于開環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)。 步進電機轉過的角度步進電機轉過的角度與電脈沖信號個數(shù)成正比，轉動與電脈沖信號個數(shù)成正比，轉動速度與電脈沖信號的頻率成正比。速度與電脈沖信號的頻率成正比。優(yōu)點：優(yōu)點：電機具有

3、自鎖能力；電機具有自鎖能力； 每轉一周都有固定的步數(shù)，理論每轉一周都有固定的步數(shù)，理論上說步距誤差不會累積。上說步距誤差不會累積。 缺點：缺點： 在大負載和速度較高的情況下容易失步，能耗較大。在大負載和速度較高的情況下容易失步，能耗較大。 應用：應用：步進電機的速度不高，在脈沖當量為步進電機的速度不高，在脈沖當量為1m/脈沖時，脈沖時，最高移動速度為最高移動速度為2m/min，主要用于速度和精度要求不太高的，主要用于速度和精度要求不太高的經濟型數(shù)控機床和舊機床改造。經濟型數(shù)控機床和舊機床改造。4.3 進給電機及驅動進給電機及驅動 3ABCAB逆時針旋轉30逆時針旋轉30B相通電逆時針旋轉30A

4、相通電C相通電ABCABC1234C1234ABCABC12344.3 進給電機及驅動進給電機及驅動 41. 步進電機分類：步進電機分類：常見的分類方式有按相數(shù)、按產生力矩的常見的分類方式有按相數(shù)、按產生力矩的原理、按輸出力矩的大小和結構進行分類原理、按輸出力矩的大小和結構進行分類u 按相數(shù)分：按相數(shù)分：有三相、四相、五相、六相等。相數(shù)越多，步有三相、四相、五相、六相等。相數(shù)越多，步距角越小，輸出轉矩越大，但結構也越復雜。通電方式采用距角越小，輸出轉矩越大，但結構也越復雜。通電方式采用m相相m拍、雙拍、雙m拍和拍和m相相2m拍等。拍等。u 按力矩產生的原理分：按力矩產生的原理分：有反應式、永磁

5、反應式和混合式三有反應式、永磁反應式和混合式三類。類。u 按輸出力輸出力矩的大小分：按輸出力輸出力矩的大小分：快速步進電機（快速步進電機（0.07Nm4Nm）和功率步進電機（）和功率步進電機（5 Nm50 Nm）兩類。）兩類。u 按結構分類：按結構分類：有軸向分相式（即多段式）和徑向分相式有軸向分相式（即多段式）和徑向分相式（即單段式）。（即單段式）。4.3 進給電機及驅動進給電機及驅動 52. 步進電機工作原理（反應式步進電機）步進電機工作原理（反應式步進電機） 反應式步進電機的定子上有磁極，每個磁極上有激磁繞反應式步進電機的定子上有磁極，每個磁極上有激磁繞組，轉子無繞組，由軟磁材料制成，周

6、向均布的齒，依靠磁組，轉子無繞組，由軟磁材料制成，周向均布的齒，依靠磁極對齒的吸合工作。極對齒的吸合工作。定子定子轉子轉子定子繞組定子繞組4.3 進給電機及驅動進給電機及驅動 6AB定子定子轉子轉子IAIBIC兩個相對的磁極組成兩個相對的磁極組成一相一相。注意：注意：這里的這里的“相相”和三相交流電中的和三相交流電中的“相相”的概念不同。的概念不同。步進電機通的是電脈步進電機通的是電脈沖，主要是指線圖的沖，主要是指線圖的聯(lián)接和組數(shù)的區(qū)別。聯(lián)接和組數(shù)的區(qū)別。4.3 進給電機及驅動進給電機及驅動 7步進電機的工作方式步進電機的工作方式(通電順序通電順序)可分為：可分為： 三相單三拍、三相單雙六拍、

7、三相雙三拍等。三相單三拍、三相單雙六拍、三相雙三拍等。1）三相單三拍：）三相單三拍：三相繞組聯(lián)接方式：三相繞組聯(lián)接方式：Y 型型三相繞組中的通電順序為三相繞組中的通電順序為A 相相 B 相相 C 相相通電順序也可以為：通電順序也可以為： A 相相 C 相相 B 相相 4.3 進給電機及驅動進給電機及驅動 8定子繞組三相三拍，定子繞組三相三拍，轉子兩個齒，步距轉子兩個齒，步距角角60604.3 進給電機及驅動進給電機及驅動 9BACCBA3412A 相通電相通電B相通電相通電C相通電相通電BBACCA3412B ACCBA3412CA4.3 進給電機及驅動進給電機及驅動 定子繞組三相三拍，定子繞

8、組三相三拍，轉子四個齒，步距轉子四個齒，步距角角3030107.2 步進電機及其驅動控制系統(tǒng)步進電機及其驅動控制系統(tǒng)三相單三拍的工作特點：三相單三拍的工作特點： 每來一個電脈沖，轉子轉過每來一個電脈沖，轉子轉過 30 ； 轉子的旋轉方向取決于三相線圈通電的順序；轉子的旋轉方向取決于三相線圈通電的順序； 每次定子繞組只有一相通電，容易產生失步；每次定子繞組只有一相通電，容易產生失步； 只有一相繞組產生力矩吸引轉子，在平衡位置易只有一相繞組產生力矩吸引轉子，在平衡位置易產生振蕩產生振蕩 。4.3 進給電機及驅動進給電機及驅動 11定子繞組三定子繞組三相六拍，轉相六拍，轉子四個齒，子四個齒，步距角步

9、距角15154.3 進給電機及驅動進給電機及驅動 12ABCABB相通電CA相通電ABCABC1234C相通電ABCABCABCABBC相通電CABCABCA相通電CABCABAB相通電C123412341234123412342）三相六拍工作方式）三相六拍工作方式 通電順序為：通電順序為： AABBBCCCAA（逆時針、正）（逆時針、正） AACCBCBCAA（順時針、反）（順時針、反）4.3 進給電機及驅動進給電機及驅動 13三相六拍工作特點：三相六拍工作特點：每步轉過每步轉過15（4齒），步距角是三相三拍工作方式的一齒），步距角是三相三拍工作方式的一半，半，電機運轉中始終有一相定子繞組通

10、電，運轉比較平穩(wěn)。電機運轉中始終有一相定子繞組通電，運轉比較平穩(wěn)。 4.3 進給電機及驅動進給電機及驅動 143）雙三拍工作方式）雙三拍工作方式定子繞組通電順序：定子繞組通電順序： ABBCCAAB（轉子逆時針旋轉）（轉子逆時針旋轉） ACBCCA（轉子順時針旋轉）（轉子順時針旋轉）有兩對磁極同時對轉子的兩對齒進行吸引，每步仍旋轉有兩對磁極同時對轉子的兩對齒進行吸引，每步仍旋轉30。雙三拍工作特點雙三拍工作特點：始終有一相定子繞組通電，工作比較平：始終有一相定子繞組通電，工作比較平穩(wěn)。避免了單三拍通電方式的缺點。穩(wěn)。避免了單三拍通電方式的缺點。4.3 進給電機及驅動進給電機及驅動 15u 步進

11、電動機定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次，它的轉子便轉過一個確定步進電動機定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次，它的轉子便轉過一個確定的角度，即步距角；的角度，即步距角；u 改變步進電動機定子繞組的通電順序，轉子的旋轉方向隨之改變；改變步進電動機定子繞組的通電順序，轉子的旋轉方向隨之改變；u 步進電動機定子繞組通電狀態(tài)的改變速度越快，其轉子旋轉的速度越快，步進電動機定子繞組通電狀態(tài)的改變速度越快，其轉子旋轉的速度越快，即通電狀態(tài)的變化頻率越高，轉子的轉速越高；即通電狀態(tài)的變化頻率越高，轉子的轉速越高；u 步進電動機步進電動機步距角步距角與與定子繞組的相數(shù)定子繞組的相數(shù)m m、轉子的齒數(shù)轉子的齒數(shù)z z、通電

12、方式通電方式k k有關，有關，可用下式表示：可用下式表示：360:mzko步距角三相三拍時，三相三拍時，k=1k=1；三相六拍時，；三相六拍時，k=2 k=2 m m相相m m拍時，拍時，k=1k=1；m m相相2m2m拍時，拍時，k=2 k=2 4.3 進給電機及驅動進給電機及驅動 163. 步進電機實際結構：步進電機實際結構： 轉子齒數(shù)很多，轉子齒數(shù)很多，齒數(shù)越多，齒數(shù)越多，步距角越小。定子磁極上的齒的步距角越小。定子磁極上的齒的齒距與轉子的齒距相同，但各極齒距與轉子的齒距相同，但各極的齒依次與轉子的齒錯開齒距的的齒依次與轉子的齒錯開齒距的1m（m電機相數(shù)）。電機相數(shù)）。 每次定子繞組通電

13、狀態(tài)改變時，轉子只轉過齒距的每次定子繞組通電狀態(tài)改變時，轉子只轉過齒距的1m（如三相三拍）或（如三相三拍）或12m（如三相六拍）達到新的平衡位置。（如三相六拍）達到新的平衡位置。4.3 進給電機及驅動進給電機及驅動 17u常見的三相步進電機，每個定子極上均布常見的三相步進電機，每個定子極上均布5 5個齒，齒槽距相等，齒間個齒，齒槽距相等，齒間夾角夾角9 9。轉子上均布。轉子上均布4040個齒，齒槽距相等，齒間夾角個齒，齒槽距相等，齒間夾角9 9。u三相定子磁極和轉子上相應的齒依次錯開了三相定子磁極和轉子上相應的齒依次錯開了1/31/3齒距，即齒距，即3 3。當。當A A相相磁極上的小齒與轉子上

14、的小齒對齊時，磁極上的小齒與轉子上的小齒對齊時，B B相磁極上的齒剛好超前（或滯相磁極上的齒剛好超前（或滯后）轉子齒后）轉子齒1/31/3齒距角，齒距角，C C相磁極齒超前（或滯后）轉子齒相磁極齒超前（或滯后）轉子齒2/32/3齒距角。齒距角。三相三拍通電方式，步距角為三相三拍通電方式，步距角為3) 1403/(360)/(360mzk5 . 1)2403/(360)/(360mzk三相六拍通電方式，步距角為三相六拍通電方式，步距角為18 若轉子若轉子40個齒，通電為三相三拍方式。當轉子齒與個齒，通電為三相三拍方式。當轉子齒與A相相定子齒對齊時，轉子齒與定子齒對齊時，轉子齒與B相定子齒相差（相

15、定子齒相差（3），與），與C相定相定子齒相差（子齒相差（6）。）。AACBSNSNCB繞組定子鐵心轉子鐵心A相磁通A相各相定子936順時針方向轉子齒展開B相C相4.3 進給電機及驅動進給電機及驅動 19u 例：步進電機轉子有例：步進電機轉子有4040個齒，采用五相十拍通電方式，步進電機直個齒，采用五相十拍通電方式，步進電機直接經絲杠螺母傳動副驅動工作臺做直線運動，滾珠絲杠導程為接經絲杠螺母傳動副驅動工作臺做直線運動，滾珠絲杠導程為6mm6mm求：（求：（1 1）步進電機的步距角；（）步進電機的步距角；（2 2）工作臺的脈沖當量。）工作臺的脈沖當量。 360360:0.95402mzko步距角一

16、個進給脈沖，使步進電機旋轉一個步距角一個進給脈沖，使步進電機旋轉一個步距角，工作臺走多少位移工作臺走多少位移？（脈沖當量）？（脈沖當量）36060.90.015360360pmmP4.3 進給電機及驅動進給電機及驅動 20u 例：步進電機轉子有例：步進電機轉子有4040個齒，采用五相十拍通電方式，步進電機通個齒，采用五相十拍通電方式，步進電機通過減速器減速后帶動絲杠螺母，從而驅動工作臺做直線運動，減速過減速器減速后帶動絲杠螺母，從而驅動工作臺做直線運動，減速器傳動比器傳動比i=0.5i=0.5，滾珠絲杠導程為，滾珠絲杠導程為6mm6mm求：（求：（1 1）步進電機的步距角；）步進電機的步距角；

17、（2 2）工作臺的脈沖當量。）工作臺的脈沖當量。 360360:0.95402mzko步距角一個進給脈沖，使步進電機旋轉一個步距角一個進給脈沖，使步進電機旋轉一個步距角，絲桿的轉角絲桿的轉角是多少？工作臺走多少位移是多少？工作臺走多少位移？（脈？（脈沖當量）沖當量）36060.450.0075360360pmmP:0.5 0.90.45niin 絲桿絲桿電機電機傳動比360p i21每給一個脈沖信號，電機轉子轉過角度的理論值。每給一個脈沖信號，電機轉子轉過角度的理論值。4. 步進電機的主要特性步進電機的主要特性 1）步距角）步距角mzk360 m定子相數(shù)；定子相數(shù)；z轉子齒數(shù)；轉子齒數(shù)；k通電

18、系數(shù)，通電系數(shù)， m相相m拍，拍，k1；m相相2m拍，拍，k2。 一般很小一般很小，如：，如：31.5，1.50.75，0.720.36等等4.3 進給電機及驅動進給電機及驅動 22靜態(tài)：靜態(tài)：步進電機處于通電狀態(tài)，但不改變通電狀態(tài)，轉子步進電機處于通電狀態(tài)，但不改變通電狀態(tài)，轉子處在不動狀態(tài)。處在不動狀態(tài)。靜態(tài)轉矩靜態(tài)轉矩Mj ：在電機軸上施加一個負載轉矩在電機軸上施加一個負載轉矩M，轉子會，轉子會在載荷方向上轉過一個角度在載荷方向上轉過一個角度（失調角）失調角），轉子因而受到，轉子因而受到一個電磁轉矩一個電磁轉矩Mj的作用與負載平衡。的作用與負載平衡。2）靜態(tài)矩角特性）靜態(tài)矩角特性矩角特性

19、：矩角特性：步進電機單步進電機單相通電的靜態(tài)轉矩相通電的靜態(tài)轉矩Mj隨隨失調角失調角的變化曲線。的變化曲線。4.3 進給電機及驅動進給電機及驅動 234. 步進電機的主要特性步進電機的主要特性 3）矩頻特性矩頻特性4.3 進給電機及驅動進給電機及驅動 l 輸出轉矩與連續(xù)運行頻率之間的關系，隨著連續(xù)運行頻率的上升，動態(tài)輸出轉矩與連續(xù)運行頻率之間的關系，隨著連續(xù)運行頻率的上升，動態(tài)轉矩隨之下降。轉矩隨之下降。244. 步進電機的主要特性步進電機的主要特性 4）起動頻率起動頻率4.3 進給電機及驅動進給電機及驅動 u 起動頻率起動頻率l 空載時，步進電機由靜止狀態(tài)突然起動，并進入不丟步的正常運行的最

20、空載時，步進電機由靜止狀態(tài)突然起動，并進入不丟步的正常運行的最高頻率，稱為起動頻率。高頻率，稱為起動頻率。l 起動時，加給步進電機的指令脈沖頻率如果大于起動頻率，會出現(xiàn)丟步起動時，加給步進電機的指令脈沖頻率如果大于起動頻率，會出現(xiàn)丟步現(xiàn)象，就不能正常工作。現(xiàn)象，就不能正常工作。l 步進電機帶負載時的起動頻率比空載起動頻率低，隨著負載的加大，起步進電機帶負載時的起動頻率比空載起動頻率低，隨著負載的加大，起動頻率會進一步降低。動頻率會進一步降低。254. 步進電機的主要特性步進電機的主要特性 5）連續(xù)運行頻率連續(xù)運行頻率4.3 進給電機及驅動進給電機及驅動 u 連續(xù)運行頻率連續(xù)運行頻率l 步進電機

21、起動以后，其運行速度能跟蹤指令脈沖頻率連續(xù)上升而不丟步步進電機起動以后，其運行速度能跟蹤指令脈沖頻率連續(xù)上升而不丟步的最高工作頻率稱為連續(xù)運行頻率。的最高工作頻率稱為連續(xù)運行頻率。l 連續(xù)運行頻率的值遠大于起動頻率。連續(xù)運行頻率的值遠大于起動頻率。264. 步進電機的主要特性步進電機的主要特性 6）加、減速特性）加、減速特性4.3 進給電機及驅動進給電機及驅動 u 當步進電機運行頻率低于本身的起動頻率時，可以用運行頻率直接起動；當步進電機運行頻率低于本身的起動頻率時，可以用運行頻率直接起動；需要停止時，可以從運行頻率直接降到零速。需要停止時，可以從運行頻率直接降到零速。u 當步進電機運行頻率高

22、于起動頻率時，若直接用運行頻率起動，由于頻當步進電機運行頻率高于起動頻率時，若直接用運行頻率起動，由于頻率太高，步機電機會丟步；同樣突然停止時，步進電機會超步。所以需率太高，步機電機會丟步；同樣突然停止時，步進電機會超步。所以需要采用升降頻控制。要采用升降頻控制。u 常采用的方法是指數(shù)曲線升降頻。常采用的方法是指數(shù)曲線升降頻。274.3.2 交流伺服電機及驅動交流伺服電機及驅動 伺服驅動的發(fā)展歷程：伺服驅動的發(fā)展歷程： 步進電機步進電機直流伺服電機直流伺服電機交流伺服電機交流伺服電機旋轉式電機旋轉式電機直線電機直線電機 理由：理由：閉環(huán)提高精度。閉環(huán)提高精度。 直流伺服電機調速方便，直流伺服電

23、機調速方便，90年代以前（交流在性能成本年代以前（交流在性能成本方面不占優(yōu)）大量使用。但直流伺服電機的容量小、結構復方面不占優(yōu)）大量使用。但直流伺服電機的容量小、結構復雜、有電刷、體積大和重量重，因此，其應用受到限制。隨雜、有電刷、體積大和重量重，因此，其應用受到限制。隨著交流伺服驅動性價比提高，交流伺服驅動電機已漸漸取代著交流伺服驅動性價比提高，交流伺服驅動電機已漸漸取代了直流伺服電機。了直流伺服電機。4.3 進給電機及驅動進給電機及驅動 281. 交流伺服電機的種類、結構及工作原理交流伺服電機的種類、結構及工作原理（1） 交流伺服電機的種類及特點交流伺服電機的種類及特點 交流伺服電機有交流

24、伺服電機有同步型同步型和和異步型異步型兩大類。異步型交兩大類。異步型交流電機指的是交流感應電機。同步型交流電機按轉子結流電機指的是交流感應電機。同步型交流電機按轉子結構不同可分電磁式及非電磁式兩大類。非電磁式又分為構不同可分電磁式及非電磁式兩大類。非電磁式又分為磁滯式、永磁式和反應式多種。數(shù)控機床中多用磁滯式、永磁式和反應式多種。數(shù)控機床中多用永磁式永磁式同步電機同步電機。4.3 進給電機及驅動進給電機及驅動 29永磁式同步電機：永磁式同步電機：優(yōu)點優(yōu)點：比直流電機結構簡單、運行可靠、體積約?。罕戎绷麟姍C結構簡單、運行可靠、體積約小1/2，質量，質量減輕減輕60，轉子慣量可減小到，轉子慣量可減

25、小到1/5、 效率高。效率高。缺點缺點：啟動特性欠佳、控制復雜：啟動特性欠佳、控制復雜應用應用：進給驅動：進給驅動異步型交流伺服電機異步型交流伺服電機：優(yōu)點優(yōu)點：與同容量的直流電機相比重量輕（：與同容量的直流電機相比重量輕（1/2），價格便），價格便宜宜(1/3)；缺點缺點：轉速受負載的變化影響較大，不能經濟地實現(xiàn)范圍：轉速受負載的變化影響較大，不能經濟地實現(xiàn)范圍較廣的平滑調速，效率較低、功率因數(shù)低較廣的平滑調速，效率較低、功率因數(shù)低應用應用：主軸驅動系統(tǒng)。：主軸驅動系統(tǒng)。4.3 進給電機及驅動進給電機及驅動 30VSVS脈沖編碼器脈沖編碼器轉子轉子定子定子接線盒接線盒定子三相繞組定子三相繞組

26、（2）交流永磁同步電機的工作原理與特性交流永磁同步電機的工作原理與特性 結構：電機由定子、轉子和檢測元件組成。結構：電機由定子、轉子和檢測元件組成。4.3 進給電機及驅動進給電機及驅動 31nrns60f1p ns同步轉速，同步轉速， 轉子磁極的軸線與定子磁轉子磁極的軸線與定子磁極的軸線夾角，極的軸線夾角，nr轉子旋轉轉速，轉子旋轉轉速，f1交流電源頻率（定子供電交流電源頻率（定子供電頻率），頻率），p定子和轉子的極對數(shù)定子和轉子的極對數(shù) nSNns nr S通過調節(jié)頻率和極對數(shù)實現(xiàn)調速。通過調節(jié)頻率和極對數(shù)實現(xiàn)調速。4.3 進給電機及驅動進給電機及驅動 32U1 定子每相相電壓；定子每相相電

27、壓；E1 定子每相繞組感應電動勢；定子每相繞組感應電動勢； N1 定子每相繞組匝數(shù)；定子每相繞組匝數(shù)；K1 定子每相繞組匝數(shù)系數(shù)；定子每相繞組匝數(shù)系數(shù)； 每極氣隙磁通量；每極氣隙磁通量；Tm電機電磁轉矩；電機電磁轉矩；Ia 轉子電樞電流；轉子電樞電流； 轉子電樞電流的相位角。轉子電樞電流的相位角。2. 交流同步電機的變頻調速原理交流同步電機的變頻調速原理 交流電機的電動勢方程、轉矩方程：交流電機的電動勢方程、轉矩方程：mKNfEU1111144. 42cosamMmICTm24.3 進給電機及驅動進給電機及驅動 33在變頻調速的同時，要求供電電壓也隨之變化，即滿足在變頻調速的同時，要求供電電壓

28、也隨之變化，即滿足U1/ f1為定值，以確保磁通量不變?yōu)槎ㄖ担源_保磁通量不變。 因為變頻調速時，當因為變頻調速時，當U1不變，增加頻率不變，增加頻率f1，則磁通量，則磁通量減小，導致電機輸出轉矩減小，導致電機輸出轉矩Tm下降。電機負載能力降低；若下降。電機負載能力降低；若減小頻率減小頻率f1，磁通量增加，定子電流上升，導致鐵損增加。，磁通量增加，定子電流上升，導致鐵損增加。7.4 交流伺服電機及其速度控制系統(tǒng)交流伺服電機及其速度控制系統(tǒng)變頻調速控制方式：變頻調速控制方式：基頻以下調速基頻以下調速當電機在當電機在f1的額定參數(shù)下運行時，供電的額定參數(shù)下運行時，供電頻率低于額定值。頻率低于額定值

29、?；l以上調速基頻以上調速當電機在當電機在f1的額定參數(shù)上運行時，供電的額定參數(shù)上運行時，供電頻率高于額定值。頻率高于額定值。4.3 進給電機及驅動進給電機及驅動 343交流同步伺服電機的變頻器交流同步伺服電機的變頻器 變頻器將交流恒壓恒頻的供電電源轉變?yōu)樽儔鹤冾l的變頻器將交流恒壓恒頻的供電電源轉變?yōu)樽儔鹤冾l的供電電源。供電電源。（1）變頻器類型）變頻器類型 變頻器可分為變頻器可分為交交交變頻器交變頻器（直接變頻器）和（直接變頻器）和交交直直交變頻器交變頻器（間接變頻器）兩種。（間接變頻器）兩種。 應用最多的是交應用最多的是交直直交變頻器。交變頻器。 根據(jù)變頻電源的性質，又可分為根據(jù)變頻電源的

30、性質，又可分為電壓源變頻器電壓源變頻器和和電流電流源變頻器。源變頻器。4.3 進給電機及驅動進給電機及驅動 35交交交變頻：交變頻： 利用可控硅整流器直接將工頻交流電（頻率利用可控硅整流器直接將工頻交流電（頻率50Hz）變成頻率較低的脈動交流電，正組輸出正脈沖，反組輸變成頻率較低的脈動交流電，正組輸出正脈沖，反組輸出負脈沖，脈動交流電的基波就是所需的變頻電壓。出負脈沖，脈動交流電的基波就是所需的變頻電壓。 該方法所得的交流電波動比較大，且最大頻率即為該方法所得的交流電波動比較大，且最大頻率即為變頻器輸入的工頻電壓頻率。變頻器輸入的工頻電壓頻率。M負載反組濾波逆變整流正組交流輸入+-(a)(b)

31、CVDU050Hz50Hz交流電機4.3 進給電機及驅動進給電機及驅動 36交交直直交變頻：交變頻： 先將交流電整流成直流電，然后將直流電壓變成矩先將交流電整流成直流電，然后將直流電壓變成矩形脈沖波電壓，矩形脈沖波的基波是所需的變頻電壓。形脈沖波電壓，矩形脈沖波的基波是所需的變頻電壓。 該調頻方式所得交流電的波動小，調頻范圍比較寬，該調頻方式所得交流電的波動小，調頻范圍比較寬，調節(jié)線性度好。調節(jié)線性度好。M負 載反 組濾 波逆 變整 流正 組交 流 輸 入+-(a)(b)CVDU050Hz50Hz交 流 電 機4.3 進給電機及驅動進給電機及驅動 37（2）正弦波脈沖調制（）正弦波脈沖調制（S

32、PWM）逆變器）逆變器 脈寬調制（脈寬調制（PWM）變頻）變頻是通過脈沖信號控制逆變器是通過脈沖信號控制逆變器開關元件的導通和關斷時間比（即調節(jié)脈沖的寬度）來控開關元件的導通和關斷時間比（即調節(jié)脈沖的寬度）來控制輸出電壓的大小和頻率，從而實現(xiàn)調速。制輸出電壓的大小和頻率，從而實現(xiàn)調速。uUUutttt4.3 進給電機及驅動進給電機及驅動 38正弦脈寬調制（正弦脈寬調制（SPWM）是利用有正弦波特性的是利用有正弦波特性的脈沖信號去控制逆變器開關元件的通、斷時間比。此脈沖信號去控制逆變器開關元件的通、斷時間比。此時，變頻器輸出近似于正弦波的電流，使得電機電源時，變頻器輸出近似于正弦波的電流，使得電

33、機電源近似為正弦交流電。近似為正弦交流電。SPWM變頻器是目前數(shù)控機床應用最廣泛的變頻器。變頻器是目前數(shù)控機床應用最廣泛的變頻器。4.3 進給電機及驅動進給電機及驅動 39SPWM原理原理單相調制原理單相調制原理正弦脈寬調制（正弦脈寬調制（SPWM）波形波形:與正弦波等效的一系與正弦波等效的一系列等幅不等寬的矩形脈沖列等幅不等寬的矩形脈沖波。波。等效原理：把正弦波分成等效原理：把正弦波分成n等分，每一區(qū)間面積用與等分，每一區(qū)間面積用與其相等的等幅不等寬的矩其相等的等幅不等寬的矩形面積代替。形面積代替。正弦波的正負半周均如此正弦波的正負半周均如此處理。處理。uttuOOa)b)4.3 進給電機及

34、驅動進給電機及驅動 40整流器：整流器：將三相工頻交流電變成直流電將三相工頻交流電變成直流電逆變器：逆變器：將整流輸出的直流電壓變成三相交流電將整流輸出的直流電壓變成三相交流電 三相三相SPWM變頻器的主回路結構圖變頻器的主回路結構圖4.3 進給電機及驅動進給電機及驅動 414.3.3 直線電機及驅動直線電機及驅動 直線電機直接驅動工件臺直線運動。取消了從電機到直線電機直接驅動工件臺直線運動。取消了從電機到工作臺（拖板）之間的機械中間傳動環(huán)節(jié)，即把機床進給工作臺（拖板）之間的機械中間傳動環(huán)節(jié)，即把機床進給傳動鏈的長度縮短為零，故這種傳動方式又稱為傳動鏈的長度縮短為零，故這種傳動方式又稱為“直接

35、驅直接驅動動”，也稱，也稱“零傳動零傳動”。適用于。適用于進給驅動速度高于進給驅動速度高于60m/min以上，加速度以上，加速度1g以上的高速數(shù)控機床。以上的高速數(shù)控機床。4.3 進給電機及驅動進給電機及驅動 42優(yōu)點：優(yōu)點：l電機慣量小，系統(tǒng)響應快、速度高，速度和加速度都可提高電機慣量小，系統(tǒng)響應快、速度高，速度和加速度都可提高10倍以上（倍以上（700m/min，40G）。）。l運動更加平穩(wěn)、噪聲低、傳動效率高，動態(tài)剛度高。運動更加平穩(wěn)、噪聲低、傳動效率高，動態(tài)剛度高。l可設計成均布對稱，工作臺運動時受力均勻分布，運動推力可設計成均布對稱，工作臺運動時受力均勻分布，運動推力平衡平衡l可無限延長定子的行程，運動的行程不受限制可無限延長定子的行程，運動的行程不受限制l并可在全行程上安裝使用多個工作臺并可在全行程上安裝使用多個工作臺缺點缺點：l沒有機械聯(lián)接或嚙合，垂直軸傳動需要外加一個平衡塊或制沒有機械聯(lián)接或嚙合，垂直軸傳動需要外加一個平衡塊或制動器動器l磁鐵對電機部件的吸力很大，需解決防護、隔磁問題