课时3交流伺服系统

知识点1 三相永磁式同步交流伺服电动机的结构特点，工作原理，伺服驱动器、伺服电机、CNC之间连接及其线号的意义作用。

数控机床上应用非常广泛的闭环位置控制系统，永磁同步交流伺服电动机为执行元件（无刷直流伺服电动机）。体积小、无电刷、宽调速、低速性能好过载能力强。

一、.三相交流电动机旋转磁场的产生原理：

     

                       

图4.31旋转磁场及转子转动原理示意图

    

1．  旋转磁场的产生原理：

  S转差率。定子的三相对称绕组通入三相对称交流电流的波形如图4.32 所示，图中画出了当Wt=0°、 60° 、120° 、180°、 240°；300°时的旋转磁场示意图。根据相对运动，鼠龙式转子的导体与旋转磁场的运动方向相反。

 

               

                         图4.32 不同时刻的旋转磁场示意图

2．三相异步电动机的同步转速：

       ：f1 ：定子绕组的三相对称电源的频率，p ：旋转磁场的磁极对数。三相异步电动机的转子转速：

三相异步电动机的调速方法：

（1）、改变磁极对数调速

（2）、改变转差率调速（转子回路串电阻）

（3）改变三相电源的频率f1(变频调速)。

 

二．三相交流永磁同步电机的结构和工作原理

1．特点：体积小、无电刷及换向器（电子换向器），免维护，调速范围宽、低速性能好、过载能力强，扭矩/惯量比大等优点。

2．结构与原理：

转子用永久磁铁代替龙式异步电机转子，是直流伺服电机的倒置应用，定子圆周上均匀分布3个霍尔元件用来检测转子的位置，如图4.33 所示：转子每转过60度，三个霍尔元件会有一个产生信号0或1，其余输出高阻态。

                

  

        图4.33 永磁同步电机转子与定子霍尔元件位置关系图

                                                       

转子角度	0	60	120	180	240	300
传感器1	1	高阻	高阻	0	高阻	高阻
传感器2	高阻	高阻	1	高阻	高阻	0
传感器3	高阻	0	高阻	高阻	1	高阻

2． 三相交流永磁驱动系统的点子换向器：

 

逆变器电路如图4.24 所示，利用转子位置传感器测得转子转过60° ，改变晶体管的导通与截止状态，就可以将直流电转变为等同于三相正弦交流电的形式，产生旋转磁场，使得转子转动起来，利用CNC的控制信号利用调频或PWM调压调速。

按照三相交流电的通电顺序：电子换向器（逆变器将直流电逆变成为三相对称绕组的交流电，由于绕组电感的作用，电流近视连续。但符合三相交流电的顺序及相位，所以产生了旋转磁场电机转动起来，由于同步电磁力的作用。改变定子绕组的电源频率可以实现无级调速。

 

                                                                                                                                           

电角度	0-60	60-120	120-180	180-240	240-300	300-360
I1	+	+	+	-	-	-
I2	-	-	+	+	+	-
I3	+	-	-	-	+	+
Vb1	√	√	√	×	×	×
Vb2	×	√	√	√	×	×
Vb3	×	×	√	√	√	×
Vb4	×	×	×	√	√	√
Vb5	√	×	×	×	√	√
Vb6	√	√	×	×	×	√

           

                    4.34 自动换向交流伺服驱动装置图

  RST：电源输入一般是200V三相交流电源。

UVW：电动机的动力电源。

还有电机速度和位置反馈信号到伺服驱动或CNC 。

来自CNC的速度控制信号。模拟（-10V _0_+10V）VCMD GND ；

  

              图4.35 SIMODRIVE611A交流伺服驱动装置原理图