项目四驱动装置

1、项目四驱动装置任务一步进驱动装置任务二晶闸管直流驱动装置任务三晶体管直流脉宽调制驱动装置任务四交流伺服驱动装置任务五交流主轴驱动装置项目四驱动装置表4-1数控机床中的驱动装置任务一步进驱动装置一、脉冲分配1.作用图4-1三相三拍环形分配2.脉冲分配的实现形式任务一步进驱动装置图4-2硬分配驱动与数控装置的连接任务一步进驱动装置图4-3软分配驱动与数控装置的连接二、驱动放大电路驱动放大电路的功能是将脉冲分配后生成的各相TTL电平信号放大到几安培的电流，送至步进电动机相对应的绕组。第一节步进驱动装置1.高低压切换驱动电源图4-4高低电压驱动电源a)电路b)波形c)大功率开关2.恒流斩波电源任务一步

2、进驱动装置图4-5恒流斩波电源a)电路简图b)波形3.细分驱动电源任务一步进驱动装置图4-6细分电流波形任务二晶闸管直流驱动装置一、直流电动机调速的基本原理数控机床中的直流电动机的励磁方式通常采用他励方式。1)改变电枢电压Ua。2)改变磁通。3)改变电枢回路电阻Ra。图4-7直流电动机调速机械特性a)调压调速b)调磁调速任务二晶闸管直流驱动装置二、晶闸管直流调速系统1.基本原理图4-8晶闸管直流调速原理框图a)组成b)晶闸管符号2.晶闸管可控整流电路任务二晶闸管直流驱动装置图4-9单相全控桥式整流电路任务二晶闸管直流驱动装置图4-10不同控制角下的任务二晶闸管直流驱动装置图4-11三相桥式全控

3、整流电路任务二晶闸管直流驱动装置图4-12三相桥式全控整流电路电压波形a)三相电源b) =30时的电枢电压c) =60时的电枢电压d) =90时的电枢电压e) =120时的电枢电压任务二晶闸管直流驱动装置3.晶闸管有源逆变电路图4-13三相全控桥有源逆变电路的电枢电压波形(=30)任务二晶闸管直流驱动装置4.晶闸管直流可逆驱动图4-14三相反并联可逆电路a)组成b)简图5.控制电路任务二晶闸管直流驱动装置图4-15转速、电流双闭环控制电路框图1)使转速n跟随给定电压n变化，保证转速稳态无静差。2)对负载变化起抗干扰作用。3)其输出限辐值决定了电枢主回路的最大允许电流值Iam。1)对电网电压波动

4、起及时抗干扰的作用。任务二晶闸管直流驱动装置2)起动时保证获得允许的最大电枢电流Iam。3)在转速调节过程中，使电枢电流跟随其给定电流I*变化。4)当电动机过载甚至堵转，即有很大负载干扰时，可以限制电枢电流的最大值，从而快速起到过流安全保护作用；一旦故障消失，系统能自动恢复正常工作。三、 FANUC晶闸管直流伺服驱动单元FANUC晶闸管直流伺服驱动单元采用三相桥式反并联逻辑无环流可逆调速系统，用于直流进给伺服电动机的驱动。1.信号连接任务二晶闸管直流驱动装置图4-16FANUC晶闸管直流伺服驱动单元信号连接图1) PRDY1和PRDY2是伺服驱动单元接通准备好信号，任务二晶闸管直流驱动装置这两

5、根信号接通时，主回路电源接触器触点MCC闭合；PRDY1和PRDY2断开时，触点MCC释放，电动机断电，电枢回路中MCC触点闭合，能耗电阻DBR接入，进行能耗制动。2) ENABL1和ENABL2是触发使能信号。3) VCMD和EC是模拟量-10+10V的速度给定信号，其正、负决定了电枢电压A1、B1组的极性，从而决定了电动机的转向；其幅值决定了电枢电压的大小，从而决定了电动机的转速。4) VRDY1和VRDY2是伺服驱动单元准备好应答信号。5) OVL1和OVL2是主回路中热过载继电器常闭触点MOL的引出端。2.FANUC晶闸管直流伺服驱动单元的电路构成任务二晶闸管直流驱动装置图4-17FA

6、NUC直流伺服单元主回路a)主电路b)正组触发脉冲序列任务二晶闸管直流驱动装置图4-18控制电路a)电路组成b)速度调节器任务二晶闸管直流驱动装置(1)主回路主回路采用12只晶闸管组成三相全波全控桥式反并联整流电路，VT1VT6为正组整流桥，VT1VT6为反组整流桥。(2)控制电路控制电路采用速度、电流双闭环控制，通过对速度和电流的调节，以及对正组整流桥和反组整流桥的逻辑控制，最终生成对主电路晶闸管的触发脉冲，使直流伺服电动机快速、稳定、可靠地运行。1)速度调节器。2)电流调节器及绝对信号处理电路。3)转速反馈电压绝对值电路。4)电流检测电路。5)电流偏置放大及限辐电路。任务二晶闸管直流驱动装

7、置6)移相脉冲触发电路及功率驱动电路。7)逻辑切换控制电路。(3)换向过程当VCMD为正时，则SING为低电平，SGA=0、SGB=1，正组晶闸管开放并处于整流状态，反组晶闸管封锁，电动机正转。图4-19电动机换向时各信号的波形图任务二晶闸管直流驱动装置(4)过电流保护在“他桥逆变”过程中，反组若一开始就呈整流状态，那么，电动机反动势与整流电压相串联，形成过电流，这一现象称为“逆变颠覆”。表4-2电动机换向说明任务二晶闸管直流驱动装置表4-2电动机换向说明(5)工作允许信号的作用该信号与外部使能信号ENABL联动，且低电平有效。任务二晶闸管直流驱动装置图4-20保护电路(6)保护电路在安全保护

8、回路中，任务二晶闸管直流驱动装置主电路中的热过载继电器常闭触点MOL、电源变压器的热保护开关常闭触点TOH、电动机内部热保护开关MOH常闭触点与伺服驱动单元准备好信号PRDY相串联，如图4-20所示。四、直流主轴电动机的驱动直流主轴电动机在恒转矩控制时为调压调速，在恒功率控制时为调磁调速。图4-21直流主轴电动机控制系统组成任务三晶体管直流脉宽调制驱动装置一、 PWM主回路PWM主回路有T型可逆与不可逆电路及H型可逆电路。图4-22H型PWMa)主电路b)电枢电压及电流波形c) IGBT符号任务三晶体管直流脉宽调制驱动装置表4-3H型PWM运行方式说明任务三晶体管直流脉宽调制驱动装置二、 PW

9、M控制电路图4-23转速、电流双闭环PWM控制电路任务三晶体管直流脉宽调制驱动装置图4-24脉宽调制波形a) 为正时的波形b) 时的波形c) 为负时的波形任务三晶体管直流脉宽调制驱动装置图4-25抗负载扰动波形变化1.抗负载扰动任务三晶体管直流脉宽调制驱动装置2.抗电网电压扰动三、直流PWM进给驱动图4-26FANUC直流PWM进给驱动组成任务三晶体管直流脉宽调制驱动装置四、数字式直流调速系统随着计算机控制技术的发展，直流调速系统也采用了数字式直流调速系统。任务四交流伺服驱动装置一、无刷直流电动机的驱动无刷直流电动机的驱动原理和直流电动机是等效的。图4-27永磁无刷直流电动机控制框图任务四交流

10、伺服驱动装置1)当转子位置在0时，V1、V6导通。2)当转子位置在60时，V2、V6导通。图4-28三相绕组方波驱动电流任务四交流伺服驱动装置3)当转子位置在120时，V2、V4导通。4Z29A.TIF任务四交流伺服驱动装置4Z29B.TIF二、正弦波永磁同步电动机的驱动任务四交流伺服驱动装置图4 30所示为正弦波永磁同步电动机驱动控制原理图。图4-30交流永磁同步电动机矢量变频控制原理图任务四交流伺服驱动装置1.SPWM的基本原理图4-31SPWM调制2. SPWM主电路任务四交流伺服驱动装置图4-32功率放大主电路a)组成b)简图任务四交流伺服驱动装置图4-33等效正弦波交流电1U、V、W

11、逆变输出波形2等效正弦波交流电任务四交流伺服驱动装置三、全数字式交流伺服驱动随着计算机控制技术的发展，以单片机、特别是用DSP来处理实时性要求很高的电流、速度和位置闭环的伺服系统信息，就构成了全数字式交流伺服驱动。图4-34DSP全数字式交流伺服驱动的组成框图任务四交流伺服驱动装置1.系统硬件(1)DSP芯片数字信号处理器(DSP)是一种具有特殊结构的微处理器，通过DSP指令，可以用来快速地实现各种数字信号处理算法。(2)光电编码器1)丝杠实际角位移的测量。2)转子实际位置值测量。3)数字测速。(3)反馈电流的采样为了要构成电流环，必须对三相电流进行检测，经采样转换成数字信号，形成电流反馈。任

12、务四交流伺服驱动装置图4-35电流检测a)电阻采样电流检测b)霍尔传感器电流检测1铁心2霍尔元件任务四交流伺服驱动装置(4)电源及驱动电路电源包括整流和滤波。2.系统软件(1)位置环运算位置环运算是系统软件中的一个子程序。1)位置指令和位置反馈的读取。2)位置数字调节。(2)速度环运算速度环运算是系统软件中的一个子程序。(3)电流环运算电流环运算也是系统软件中的一个子程序。任务五交流主轴驱动装置图3-18带和齿轮变速的主传动系统1)电动机功率要大，且在宽调速范围内转速要稳定，任务五交流主轴驱动装置恒功率调速范围宽。2)在连续负载下电动机转速波动要小。3)加减速时间短。4)温升低，噪声和振动小，

13、可靠性高，寿命长。5)电动机过载能力强。一、主传动的变速方式1. 带和齿轮变速的主传动图3-19带和齿轮变速的主轴转速图任务五交流主轴驱动装置2.带传动的主传动二、直流主轴电动机当采用直流电动机作为主轴电动机时，主轴电动机的主磁极不是永磁式，而是采用铁心加励磁绕组，以便进行调磁调速的恒功率控制。任务五交流主轴驱动装置图3-20带传动的主传动系统任务五交流主轴驱动装置图3-21带传动的主轴转速图三、交流主轴电动机任务五交流主轴驱动装置图3-22直流主轴电动机1电枢2主极绕组3主极铁心4换向极铁心5换向极绕组任务五交流主轴驱动装置图3-23西门子交流主轴电动机1前轴承座2笼型转子3定子三相绕组4接

14、线盒5后轴承座6主轴编码器7端盖8风扇任务五交流主轴驱动装置四、电主轴将主轴电动机的定子和转子直接装入主轴组件的内部即形成电主轴，实现了机床主轴系统的一体化。图3-24电主轴结构1刀柄2拉杆3转子4定子5紧刀、松刀液压缸任务五交流主轴驱动装置1)高速电动机及控制技术。图3-25采用电主轴的5轴联动加工中心加工空间曲面1工作台2工件3主轴4电主轴5支架6升降座任务五交流主轴驱动装置五、交流调速的基本概念1.交流调速的途径2.变频调速的控制方式图4-36异步电动机变频调速控制特性任务五交流主轴驱动装置通用变频器的“通用”包含两方面的含义：一是可以和通用的异步电动机配套应用；二是具有多种可供选择的功

15、能，可适应各种不同性质的负载。图4-38通用变频器的变频调速a)组成框图b)调速原理六、通用变频器任务五交流主轴驱动装置表4-4三相交流电动机的矢量变换过程说明(1)矢量旋转变换(VR)将三相交流电动机等效为二相交流电动机后，还要将二相交流电动机变换为直流电动机。任务五交流主轴驱动装置2.直角坐标/极坐标变换(K/P)图4-40矢量变换变频控制任务五交流主轴驱动装置图4-41驱动装置主电路任务五交流主轴驱动装置图4-42矢量变频控制方式1)通过增加C轴控制选件，使驱动装置本身具有进给功能，任务五交流主轴驱动装置转速为0.01300rmin时的定位精度可达0.01。2)采用主轴定位选件，由驱动装

16、置自身完成准停控制，其准停位置可作为标准参数设定于驱动装置中。3)1PH5系列交流主轴电动机的定子绕组中安装有热敏电阻，用于电动机温度监控，以防电动机过热。4)驱动装置具有完备的故障诊断和报警功能，确保驱动装置的可靠运行。1.数控机床驱动装置的作用是什么?2.驱动装置有哪些类型?3.步进驱动脉冲分配的目的是什么?有哪些实现方式?数控系统输出给步进驱动装置的控制信号有哪些方面?任务五交流主轴驱动装置4.步进驱动装置中有哪些功率放大形式?对步进电动机的运行性能有什么影响?5.在模拟式直流或交流伺服驱动装置中，驱动装置接受-10+10V的速度给定电压，那么，给定电压的正负决定了伺服电动机的，从而决定

17、了工作台或刀架的进给；给定电压绝对值的大小决定了伺服电动机的，从而决定了工作台或刀架的进给。6.直流伺服电动机和直流主轴电动机通过什么途径达到调速的目的?7.比较晶闸管调速(SCR)和脉宽调制调速(PWM)的特点。8.直流晶闸管三相反并联逻辑无环流驱动装置中的“三相”、“反并联”、“逻辑”和“无环流”分别是什么含义?何谓整流和逆变?任务五交流主轴驱动装置9.直流晶闸管三相反并联逻辑无环流驱动装置中，参照表4-2，说明电动机从正转到反转，或从反转到正转期间，“本桥逆变电流为零他桥逆变”的过程。10.驱动装置中有哪些调节环节?调节的目的是什么?11.在驱动装置中，各环节电路均设置了一些电位器，用于调整驱动装置的工作状态。1)速度增益电位器。2)速度反馈深度电位器。3)零平衡电位器。4)零点偏置电位器。5)电流反馈深度电位器。任务五交流主轴驱动装置12.当交流伺服电动机采用无刷直流电动机驱动方式时，其“无刷”表现在什么方面?13.正弦波永磁同步电动机驱动的特征是什么?14.主轴三相交流异步电动机的变频调速有哪些实现方式?通用变频器Uf变频调速和矢量变频调速有何特点?15.SPWM是指什么?控制正弦波与三角调制波经SPWM调制后，输出的信号波形是什么形式?该波形经六个大功率晶体管驱动后，为