智能制造装备电气传动控制系统安装与调试 课件全套 第1-10章 数控机床自动控制系统结构组成认识-数控机床电气传动新技术

项目1数控机床自动控制系统

结构组成认识本课程的学习任务数控机床自动控制系统的结构组成主轴控制系统的组成进给控制系统的结构组成数控机床伺服系统的分类（1）回顾加工实习过程中，零件如何加工生产出来的？（2）观看数控机床零件加工过程视频；引出本课程的学习内容。（见讲义的引言）1、本门课程的学习任务1、本门课程的学习任务本门课程是本专业的主干专业课程介绍用于典型智能制造装备数控机床的直流电动机及直流调速器、交流异步感应电动机及变频器、步进电动机及步进驱动器、伺服电动机及伺服驱动器等各种电动机和驱动器的结构组成、工作原理，以及由这些电动机和驱动器构成的数控机床的各种主轴驱动、进给驱动的控制系统和用于数控机床的直线电动机、电主轴、电滚珠丝杠等新型传动技术，同时通过典型案例介绍了在数控技术领域使用广泛的西门子数控系统的SIMODRIVE611、SINAMICSS120专用伺服驱动系统，发那科数控系统的αi、βi专用伺服驱动系统等。高端数控机床和工业机器人技术是智能制造装备技术其中的两个关键技术！都离不开电气传动技术！我们该怎么来学习好这方面的知识呢？1、数控机床自动控制系统的结构组成（1）根据一般自动控制系统的结构组成，引导学生画出机床控制系统的组成。机床控制系统的目的？被控制对象是什么？（机床需要控制哪些装置？）执行机构是什么？（怎么完成对被控制对象的控制？）控制器是什么？检测装置是什么？输入给定装置？1、数控机床自动控制系统的结构组成(2)数控机床控制系统组成框图操作面板输入输出装置系统键盘PLC数控装置CNC机床I/O电路和装置主轴驱动器主轴电机进给伺服驱动器伺服电机主轴传动机构滚珠丝杠螺母工作台刀具检测装置X、Y、Z等各进给驱动轴传动机构辅助装置工作台刀具辅助装置本专业研究的具体对象是数控机床。根据以上数控机床的结构组成框图，思考：1、本课程所学知识对应哪部分？2、已经学习过的课程对应哪些部分？3、我们还会学习哪些课程呢？2、数控机床进给控制系统数控机床进给控制系统是一个伺服系统，主要控制工作台沿各坐标轴的移动位置、速度。什么是伺服系统？（随动系统）进给伺服系统是一个位置、速度双闭环系统。位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元++--电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈实际速度反馈2、数控机床进给控制系统内环是速度环，外环是位置环。速度环由速度调节器、电流调节器及功率放大器等部分组成。位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元++--电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈实际速度反馈2、数控机床进给控制系统

速度调节器的输入信号有两个：一个是位置环的输出，作为速度环的指令信号送给速度环；电动机转速检测装置测得的速度信号作为负反馈送给速度环。速度环中用作速度反馈检测的装置通常为测速发电机、脉冲编码器等。位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元++--电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈实际速度反馈2、数控机床进给控制系统位置环的输入信号是计算机给出的指令信号和位置检测装置反馈的位置信号。位置检测装置通常有光电编码器、旋转变压器、光栅尺、感应同步器或磁栅尺等。它们或者直接对位移进行检测，或者间接对位移进行检测。位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元++--电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈实际速度反馈3、数控机床主轴控制系统

进给伺服系统主要是在控制工作台沿各坐标轴的运动，数控机床上还有另一类运动，主要在控制刀具的旋转（如铣床、加工中心）或工件的旋转（如数控车床）。这是数控机床的主轴驱动，一般来说，主轴只是一个速度控制系统，它只需要满足主轴调速及正反转功能即可，无需丝杠或其他直线运动装置。 但当要求机床有螺纹加工功能、准停定位功能和恒线速加工功能时，对主轴会提出相应的位置控制要求，这时主轴控制系统也可称为主轴伺服系统，只是位置控制性能比进给伺服系统低得多。4、数控机床辅助控制系统

刀架控制、冷却控制、润滑控制、排屑控制等。5、数控机床伺服系统的分类按用途和功能分为：进给驱动系统主轴驱动系统按控制原理和有无检测反馈环节分：开环伺服系统闭环伺服系统半闭环伺服系统按使用的执行元件分

：电液伺服系统电气伺服系统直流伺服系统交流伺服系统步进伺服系统按反馈比较控制方式分：脉冲数字比较伺服系统相位比较伺服系统幅值比较伺服系统(1)进给驱动系统：是用于数控机床工作台坐标或刀架坐标的控制系统，控制机床各坐标轴的切削进给运动，并提供切削过程所需的力矩。(2)主轴驱动系统：控制机床主轴的旋转运动，为机床主轴提供驱动功率和所需的切削力。主要关心其力矩大小、调速范围大小、调节精度高低、动态响应的快速性;包括速度控制环和位置控制环。主要关心其是否有足够的功率、宽的恒功率调节范围及速度调节范围；只是一个速度控制系统。1.按用途和功能分2.按使用的执行元件分：(1)电液伺服系统电液脉冲马达和电液伺服马达。优点：在低速下可以得到很高的输出力矩，刚性好，时间常数小、反应快和速度平稳。缺点：液压系统需要供油系统，体积大。噪声、漏油。（2）电气伺服系统伺服电机（步进电机、直流电机和交流电机）优点：操作维护方便，可靠性高1）直流伺服系统进给运动系统采用大惯量宽调速永磁直流伺服电机和中小惯量直流伺服电机；主运动系统采用他激直流伺服电机。优点：调速性能好。缺点：有电刷，速度不高。2）交流伺服系统交流感应异步伺服电机（一般用于主轴伺服系统）和永磁同步伺服电机（一般用于进给伺服系统）。优点：结构简单、不需维护、适合于在恶劣环境下工作。动态响应好、转速高和容量大。（1）开环伺服系统没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置→进给系统），故系统稳定性好。3.按控制原理分开环伺服系统的特点：2.无位置反馈，精度相对闭环系统来讲不高，机床运动精度主要取决于伺服驱动电机和机械传动机构的性能和精度。步进电机步距误差，齿轮副、丝杠螺母副的传动误差都会反映在零件上，影响零件的精度。1.一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。3.结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉；因此在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用。一般用于经济型数控机床。（2）闭环伺服系统有反馈控制系统,位置采样点从工作台引出，可直接对最终运动部件的实际位置进行检测。能得到更高的速度、精度和驱动功率闭环伺服系统的特点：从理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节的误差、间隙和失动量。具有很高的位置控制精度。从理论上讲，机床运动精度只取决于检测装置的精度，与传动链误差无关。但实际对传动链和机床结构仍有严格要求。2.由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统的不稳定，使闭环系统的设计、安装和调试都相当困难。

该系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床、超精磨床以及较大型的数控机床等。（3）半闭环伺服系统位置采样点是从伺服电机或丝杠的端部引出，采样旋转角度进行检测，不是直接检测最终运动部件的实际位置。半闭环伺服系统的特点：1.半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此可获得稳定的控制性能，其系统的稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好。2.由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的运动误差难以消除,因此，其精度较闭环差，较开环好。但可对这类误差进行补偿，因而仍可获得满意的精度。3.由于半闭环伺服系统结构简单、调试方便、精度也较高，因而在现代CNC机床中得到了广泛应用。行业榜样余刚2009年毕业于四川工程职业技术学院数控技术（维修方向）专业，现就职于中国工程物理研究院（绵阳九院），机床装调维修工高级技师。2014年在“中国技能大赛第六届全国数控技能大赛数控机床装调与维修赛项”中取得职工组第六名，2015年在“第五届全国职工职业技能大赛数控机床装调维修工决赛”中取得第十二名。获“四川省五一劳动奖章”、“全国技术能手”等荣誉。

项目2数控机床主轴驱动系统的结构认识数控机床对主轴驱动的要求主轴的传动结构主轴的配置方案1、数控机床对主轴驱动的要求机床主传动主要是旋转运动，无需丝杠或其他直线运动装置。（1）具有足够功率,满足切削要求要求主转动电动机应有2.2-250KW的功率范围，既要能输出大的功率，又要求主轴结构简单。（2）宽调速范围数控机床主轴的速度是由数控加工程序中的Ｓ指令控制的，要求能在较大的转速范围内进行无级连续调速，减少中间传动环节，简化主轴的机械结构，一般要求主轴具备1∶（100～1000）的恒转矩调速范围和1∶10的恒功率调速范围。1、数控机床对主轴的驱动要求（3）螺纹加工功能在车削中心上，为了使之具有螺纹车削功能，要求主轴与进给驱动实行同步控制，即主轴具有旋转进给轴（C轴）的控制功能。（4）准停功能在加工中心上自动换刀时，主轴须停止在一个固定不变的方位上，以保证换刀位置的准确以及某些加工工艺的需要，即要求主轴具有高精度的准停功能。1、数控机床对主轴的驱动要求（5）配合进给实现恒线速度利用车床和磨床进行工件端面加工时，为了保证端面加工时粗糙度的一致性，要求刀具切削的线速度为恒定值。2、主轴的传动结构（1）带有二级齿轮变速 主轴电动机经过二级齿轮变速，使主轴获得低速和高速两种转速系列，这是大中型数控机床采用较多的一种配置方式。这种分段无级变速，确保低速时的大扭矩，满足机床对扭矩特性的要求。2、主轴的传动结构（2）带有定比传动 主轴电动机经定比传动传递给主轴，定比传动采用齿轮传动或带传动。带传动主要应用于小型数控机床，可以避免齿轮传动的噪声与震动。2、主轴的传动结构（3）由主轴电动机直接驱动

电动机与主轴用联轴器同轴连接。这种方式大大简化了主轴结构，有效地提高了主轴刚度。但主轴输出扭矩小，电动机的发热对主轴精度影响大。近年来出现另外一种内装电动机主轴，即主轴与电动机转子合二为一。其优点是主轴部件结构更紧凑，重量轻，惯量小，可提高启动、停止的响应特性；缺点同样是热变形问题。3、主轴的配置方案方案1：机械调速方案设备配置：普通三相异步电动机+齿轮变速箱，当需要加工螺纹时，需要配置主轴编码器。方案1：机械调速方案最经济的一种方法，但只能实现有级调速，由于电动机始终工作在额定转速，经齿轮减速后，在主轴低速下输出力矩大，重切削能力强，非常适合粗加工和半精加工的要求。适合加工产品比较单一，对主轴速度没有太高要求。缺点是噪音比较大，电机工作在工频下，主轴转速范围不大，不适合有色金属和需要频繁变换主轴速度的加工场合。3、主轴的配置方案方案2：直流驱动方案设备配置：直流调速器+直流电动机，当需要加工螺纹时，需要配置主轴编码器。3、主轴的配置方案方案2：直流驱动方案设备配置直流电动机（需配测速发电机）+直流调速器+编码器优点

性能优良，起动力矩大，响应快，低速性能好，调速范围广缺点：由于直流电机有机械换向机构，因此维护工作量较大。电机结构复杂，价格较贵；不能实现准停。应用场合适用于大型机床，小型机床较少使用说明如果不需要加工螺纹可以不配编码器3、主轴的配置方案方案3：变频驱动方案设备配置：变频器+三相交流电动机，当需要加工螺纹时，需要配置主轴编码器。3、主轴的配置方案方案3：变频器+三相交流电动机普通笼型异步电动机配简易型变频器可实现主轴的无级调速，主轴电动机只有工作在约500转/分钟以上才能有比较满意的力矩输出，否则，特别是车床容易出现堵转的情况。一般会采用两档齿轮或皮带变速，但主轴仍然只能工作在中高速范围，调速范围受到较大限制。这种方案适合需要无级调速但对低速和高速都不要求的场合，例如数控钻铣床。国产的简易型变频器较多。3、主轴的配置方案普通笼型异步电动机配通用变频器进口的通用变频器，除具有V/F曲线调节，一般还具有反馈矢量控制功能，会对电动机的低速特性有所改善，配合两级齿轮变速，基本可满足车床低速（100-200转/分钟）小加工余量的加工，但同样受最高电动机速度的限制。这是目前经济型数控机床比较常用的主轴驱动系统。3、主轴的配置方案专用变频电动机配专用变频器一般采用有反馈矢量控制，低速甚至零速时都可以有较大的力矩输出，有些还具有定向甚至分度进给的功能。中档数控机床主要采用这种方案，主轴传动两档变速甚至一档即可实现转速在100-200r/min左右时车、铣的重力切削。若应用在加工中心上，不很理想，必须采用其他辅助机构完成定向换刀的功能，而且也不能达到刚性攻丝的要求。3、主轴的配置方案方案4：伺服驱动方案设备配置：伺服驱动器+主轴伺服电机3、主轴的配置方案伺服主轴驱动系统伺服主轴驱动系统具有响应快、速度高、过载能力强的特点，还可以实现定向和进给功能，价格也是最高的，通常是同功率变频器主轴驱动系统的2-3倍以上。主要应用在加工中心上，用以满足系统自动换刀、刚性攻丝、主轴C轴进给功能等对主轴位置控制性能要求很高的加工。3、主轴的配置方案工程中不同的要求可以有不同的解决方案，面对生活中出现的不同事物，遇到的不同情况，我们该怎么去面对呢？实训任务2

认识数控机床主轴驱动系统的结构组成1.实训目的了解数控机床主轴的机械传动形式；掌握数控机床主轴驱动系统的结构组成；掌握主轴驱动系统的配置方案及应用场合。2.任务说明根据现场具体的数控机床，完成下列任务：（1）画出主轴的机械传动结构图；（2）列出主轴的配置方案；（3）画出主轴驱动的控制系统框图。2016级学生丁鹏，四川省技术能手，四川省五一劳动奖章获得者，他对我说过一句话：“我不是优秀，只是平时比别人多付出了一点点！”项目3

直流主轴电气控制系统安装与调试3.1调速系统3.2直流电动机3.3晶闸管供电的直流调速系统3.4直流调速器及应用3.1调速系统3.1.1调速的概念在生产的各个部门，有大量的生产机械要求在不同的场合，用不同的速度进行工作，以提高生产率和保证产品的质量。要求具有速度调节（简称调速）功能的生产机械很多，如各种机床、轧钢机、起重运输设备、造纸机、纺织机械等。调速：指在某一负载下，通过改变电动机或电源参数，来改变机械特性曲线，从而使电动机的转速发生变化或保持不变。机械调速：机械配合的方法来实现速度的调节。在用纯机械方法调速的设备中，驱动用电动机一般运行在固有机械特性的一个转速上，速度的调节是通过变速齿轮箱或几套变速皮带轮或其它变速机构来实现的。3.1.2调速系统的类型电气调速：电气调速有许多优点，如可简化机械变速机构，提高传动效率，操作简单，易于获得无极调速，便于实现远距离控制和自动控制，因此，在生产机械中广泛采用电气方法调速。当然仅用电气方法调速时，电气系统要复杂一些，投资要大些。按拖动电机的类型有直流调速系统和交流调速系统。

3.1.2调速系统的类型电气调速系统的发展直流传动和交流传动在19世纪中期限后诞生；20世纪70年代以前，直流调速系统一直占主导地位。直流电动机具有良好的机械特性，能够在大范围内平滑调速，起动制动性能良好。由于换向器的存在，使直流电动机的维护工作量加大，单机容量、最高转速以及使用环境都受到限制。交流电机由于调速性能差，直到20世纪80年代，借助于新兴的电力电子技术，特别是变频和矢量控制技术的完善，很好解决了交流调速存在的问题，使交流调速系统发生了质的飞跃，逐步取代直流调速系统，成为主要传动装置。3.1.2调速系统的类型（1）调速系统的基本要求调速——按照一定的工艺要求，在一定的最高转速和最低转速范围内，分档（有级）或平滑（无级）调节电动机的转速。稳速——以一定的精度在所需转速上稳定运行，在各种干扰下不允许有过大的转速波动，以确保产品质量；加、减速——频繁起、制动的设备要求加、减速尽量快，以提高生产率；不宜经受剧烈速度变化的机械则要求起制动尽量平稳。3.1.3调速系统的性能指标（1）调速系统的基本要求 以上三个方面有时都须具备，有时只要求其中一项或两项，其中调速和稳速两项，若都要实现，常互相矛盾。为了保证产品质量，要求系统在各级转速下工作时，不允许有过大的速度波动。因些为了进行定量的分析，提出性能指标。 根据生产机械对调速系统提出的调速技术指标来决定调速方案。3.1.3调速系统的性能指标（2）动态性能指标跟随性指标：对给定输入应该能不失真地准确跟踪上升时间tr峰值时间tp调节时间ts超调量σ±5%（或±2%）

0Otrts3.1.3调速系统的性能指标抗扰性能指标：标志系统抵抗扰动的能力

最大动态降落：系统稳定运行时，突加一个约定的标准的负扰动量，在过渡过程中所引起的输出量最大降落值叫做动态降落。

调节时间：从阶跃扰动作用开始，到输出量基本上恢复稳态，距新稳态值之差进人某基准量的5％（或）2％范围之内所需的时间，定义为恢复时间。一般来说，调速系统的动态指标以抗扰性能为主，而随动系统的动态指标则以跟随性能为主。±5%（或±2%）

O

tmtvCb3.1.3调速系统的性能指标（3）静态调速指标调速范围电动机在额定负载下调速时，它的最高转速和最低转速之比，用字母D表示，即nmin

和nmax

对于少数负载很轻的机械，例如精密磨床，也可用实际负载时的转速。3.1.3调速系统的性能指标静差率当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降落

nnom

，与理想空载转速n0之比，称作静差率s

，即或用百分数表示

式中

nnom=n0-nnom

3.1.3调速系统的性能指标说明静差率s表示调速系统的相对稳定性，s越小，相对稳定性越好。0TeNTen0A∆nNa

B∆nNb

n直流电动机电枢串电阻调速机械特性n0相同，Δn不同：电机机械特性硬，转速稳定性好（s小）；电机机械特性软，转速的稳定性差（s大）。0TeNTen0an0bab∆nNa

∆nNb

nn0不同，Δn相同：高转速时，转速稳定性好（s小）；低转速时，转速的稳定性差（s大）。直流电动机调压调速机械特性AB工程设计时以最低速特性所对应的静差率为依据。此时为电动机最困难的工作条件；在低速时的静差率能满足要求，在高速时的静差率也能满足要求。调速范围和静差率两项指标并不是孤立的，必须同时考虑才有意义。一个调速系统的调速范围是指在最低转速时（额定负载下）还能满足静差率要求的转速可调范围；没有静差率的要求，系统的调速范围可以很大（最低转速可以很小），离开s谈D无意义；没有调速范围的限制，静差率的值可以很小（高速时静差率很小），离开D谈s无意义。调速范围、静差率和额定速降之间的关系

设：电机额定转速nnom为最高转速，转速降落为

nnom，则按照上面分析的结果，该系统的静差率应该是最低速时的静差率，即于是，最低转速为

而调速范围为

将上面的式代入nmin，得

从公式角度充分体现了D和s不是孤立的，而是相互依存的；调速范围和静差率都是在额定负载工况下来谈的；S越小，系统能够允许的调速范围D越小。3.2直流电动机3.2.1直流电动机的结构组成包括定子和转子部分（1）定子部分机座主磁极电刷装置换向极3.2.1直流电动机的结构组成包括定子和转子部分（2）转子部分电枢铁芯电枢绕组换向器转轴3.2.1直流电动机的结构组成包括定子和转子部分3.2.1直流电动机的结构组成实例3.2.1直流电动机的结构组成3.2.2直流电动机的工作原理直流电动机模型在定子的励磁绕组中通入直流电，产生磁场。如模型中所示上N下S。在转子的电枢绕组中通入直流电，方向如图所示。3.2.2直流电动机的工作原理在磁场中的电流会受到力的作用，根据左手定则（把左手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，手心面向N极，四指指向电流所指方向，则大拇指的方向就是导体受力的方向），则转子受到力的方向如图所示，转子就旋转起来。3.2.2直流电动机的工作原理加于直流电机的直流电源，借助于换向器和电刷的作用，使直流电枢线圈流过的电流方向是交变的，从而使电枢产生的电磁转矩的方向恒定不变，确保直流电机朝确定的方向连续旋转。如果要改变电机的旋转方向呢？3.2.3直流电动机的类型直流电动机根据励磁的不同，可分为：他励直流电动、永磁直流电动机、串励直流电动机、并励直流电动机、复励直流电动机。（1）直流电动机速度公式：n—转速（r/min）；Ud0—

电枢电压（V）；Id—

电枢电流（A）；RΣ

—

电枢回路总电阻（)；Φ—

励磁磁通（Wb）；Ke—由电机结构决定的电动势常数3.2.4直流电动机的调速方法（2）调速方法由式可以看出，有三种方法调节电动机的转速：

调节电枢供电电压U。减弱励磁磁通

。改变电枢回路电阻R。

哪种调速方法更好呢？工程上一般采用哪种方法调速呢？3.2.4直流电动机的调速方法（1）电机机械特性的表达式

直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压、励磁电流、电枢回路电阻为恒值的条件下，即电动机处于稳态运行时，电动机的转速与电磁转矩之间的关系：由电机的电路原理图可得机械特性的表达式：称为理想空载转速。实际空载转速3.2.5直流电动机的机械特性（2）固有机械特性当时的机械特性称为固有机械特性：

由于电枢电阻很小，特性曲线斜率很小，即β很小，所以固有机械特性是硬特性。

当T=TN时，n=nN，此点为电动机额定工作点，转速差Δn=n0-nN，为额定转速差。

当n=0时，即电动机起动时，电磁转矩Tem=Ts，称为起动转矩。令：3.2.5直流电动机的机械特性电枢串电阻时的人为机械特性

保持不变,只在电枢回路中串入电阻的人为特性特点：1）不变，变大；

2）越大，特性越软。（3）人为机械特性当改变或或得到的机械特性称为人为机械特性。

故电枢串电阻的人为机械特性是通过理想空载点的一簇放射性直线。3.2.5直流电动机的机械特性降低电枢电压时的人为机械特性

保持不变，只改变电枢电压时的人为特性：特点：1)

随变化,不变;2)不同,曲线是一组平行线。

因此降低电枢电压时的人为机械特性曲线是一组平行于固有机械特性的直线。3.2.5直流电动机的机械特性减弱励磁磁通时的人为特性

保持不变，只改变励磁回路调节电阻的人为特性：特点：1）弱磁，

增大；

2）弱磁，增大

注：他励直流电动机起动和运行过程中，绝不允许励磁回路断开。3.2.5直流电动机的机械特性实际上，电机转矩与电枢电流Id成比例，电流比电机转矩利于测量，所以通常都用电机的转速特性n=f(Id)来代表其机械特性n=f(Te)直流电动机速度：n—转速（r/min）；Ud0—

电枢电压（V）；Id—

电枢电流（A）；RΣ

—

电枢回路总电阻（)；Φ—

励磁磁通（Wb）；Ke—由电机结构决定的电动势常数。其中称为转速降。

3.2.5直流电动机的机械特性比较这三种的人工机械特性，选择哪一种调速方法好呢？一般工程上采用调压调速。3.2.5直流电动机的机械特性行业榜样马刚星2010年毕业于四川工程职业技术学院数控技术（维修方向）专业，先后就职于东方电气集团东方汽轮机有限公司、四川三联新材料有限公司，维修电工高级技师。毕业后不断努力，刻苦钻研技术，多次获得各种技能比赛大奖，在2014年中国技能大赛-四川省德阳市职业技能大赛维修电工项目竞赛中，荣获三等奖，2017年四川省德阳市职业技能大赛电工项目竞赛中，荣获第一名，2018年获得“德阳市技术能手示范个人”，2019年在第十五届“振兴杯”全国青年职业技能大赛中荣获电工第12名，在四川技能大赛-2019年四川省青年职业技能大赛电工比赛中获得第4名，多次荣获集团公司“岗位能手”、“岗位标兵”、“先进工作者”等诸多荣誉。2021年获得“四川工匠”称号。3.3晶闸管供电的直流调速系统3.3.1开环直流调速系统(1)开环直流调速系统的组成自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主。(2)开环系统存在的问题当外界有扰动时，转速有较大波动，不能自我调节补偿静差率大，对静差率有一定要求的系统，不能满足要求。开环系统只适用用于对调速精度要求不高的场合，但许多需要无级调速的生产机械为了保证加工精度，常常对调速精度提出一定的要求，这时，开环调速已不能满足要求。3.3.1开环直流调速系统3.3.2转速负反馈单闭环直流调速系统开环系统静差率大，不能满足系统要求，就需要减小静差率，但静差率减小，也会使调速范围减小，但我们往往需要较大的调速范围，这就存在矛盾，引入负反馈可以解决这个矛盾。引入转速负反馈也可减小转速降，系统可以对外界干扰进行自我调节。（1）转速负反馈调速系统组成3.3.2转速负反馈单闭环直流调速系统3.3.2转速负反馈单闭环直流调速系统（1）整个系统的组成框图3.3.2转速负反馈单闭环直流调速系统Id闭环静特性n开环机械特性0Id1Id3Id2Id4OABCA′DUd4Ud3Ud2Ud1（2）工作调节过程3.3.2转速负反馈单闭环直流调速系统开环机械特性是保持电枢两端电压不变，转速与负荷之间的关系；闭环系统静特性是保持给定电压不变，转速与负荷之间的关系；（给定电压不变，系统会自我调节，电枢两端电压是不断变化的，工作在不同的机械特性曲线上）3.3.2转速负反馈单闭环直流调速系统（3）开环系统机械特性和闭环系统静特性的关系系统的开环机械特性为

而闭环时的静特性可写成

（1）闭环系统速降小,静特性硬

它们的关系是在同样的负载扰动下，两者的转速降落分别为（2）系统的静差率小,稳速精度高

开环和闭环系统的静差率分别为（3）当要求的静差率一定时，闭环系统可以大大提高调速范围。则得（4）要取得上述三项优势，闭环系统必须设置放大器。

上述三项优点若要有效，都取决于一点，即K要足够大，因此必须设置放大器。如果电动机的最高转速都是，而对最低速静差率的要求相同，那么：K能否足够大?根据前面的比例控制规律,如果K太大,可能使系统不稳定该类调速系统调节器使用的是P调节器，不能消除偏差，把它称为有差调速系统。3.3.2转速负反馈单闭环直流调速系统3.3.3无静差调速系统(1)问题的引出如前，采用P放大器控制的有静差的调速系统，Kp

越大，系统精度越高；但Kp

过大，将降低系统稳定性，使系统动态不稳定。根据自动控制系统的控制规律，我们知道，调节器采用比例规律，不可能消除偏差，要构成无静差系统，须引入积分控制规律无静差直流调速系统示例

（2）无静差直流调速系统的组成3.3.3无静差调速系统由开环——有差调速系统——无差调速系统。。。。面对工程中出现新的问题，我们怎么一步步解决？对你有什么启示？结论：闭环调速系统可以获得比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而在保证一定静差率的要求下，能够提高调速范围，为此所需付出的代价是，须增设电压放大器以及检测与反馈装置。

降低速降的实质是什么?提高电枢两端的电压3.4直流调速器及应用3.4.1什么是直流调速器直流电动机触发整流装置励磁电源电枢电源测速装置控制器输入给定装置转速直流调速器(1)直流调速系统的组成（2）直流调速器直流调速器就是调节直流电动机速度的设备（3）直流调速器实例3.4.1什么是直流调速器直流调速器将交流电转换成两路输出直流电源，一路输入给直流电机励磁（定子），一路输入给直流电机电枢（转子），直流调速器通过控制电枢直流电压来调节直流电动机转速。3.4.2直流调速器的工作原理直流调速器的应用场合（1）需要较宽的调速范围；（2）需要较快的动态响应过程；（3）加、减速时需要自动平滑的过度过程；（4）需要低速运转时力矩大；（5）需要较好的挖土机特性，能将过载电流自动限制在设定电流上。3.4.2直流调速器的工作原理3.4.3直流调速系统电气原理图设计

提出问题：怎么用一个具体的直流调速器连接成一个直流调速系统？以英杰M1R10直流调速器为例讲解。

查阅技术手册，了解各接线端口的功能及连接。3.4.3直流调速系统电气原理图设计3.4.3直流调速系统电气原理图设计以西门子802C系统作控制器，英杰M1R10直流调速器作驱动器，设计直流主轴控制系统。3.4.3直流调速系统电气原理图设计行业榜样周红良2010年毕业于四川工程职业技术学院数控技术（维修方向）专业，现就职于东方电气集团东方汽轮机有限公司，维修电工高级技师。“德阳市首席技师”、“德阳市技术能手”、东汽集团“十佳青年岗位技术能手”。现任东汽装备能源部装备大修工段副工段长、高技能人才创新工作室秘书长、装备能源部党支部宣传委员、装备能源部分会维修支会主席、公司人力资源部兼职教师。项目4

变频主轴电气控制系统安装与调试4.1三相交流异步感应电动机4.2三相交流异步感应电动机变频调速原理4.3变频器的工作原理4.4变频器的应用4.1三相交流异步感应电动机4.1.1三相交流异步感应电动机结构组成三相异步电动机由定子和转子构成,定子和转子之间有气隙.

(1)定子定子由铁心,绕组,机座三部分组成.

铁心由0.5mm的硅钢片叠压而成;

三相绕组连接成星形或三角形;

机座一般用铸铁作成,主要用于固定和支撑定子铁心.

(2)转子转子由铁心和绕组组成.

转子同样由硅钢片叠压而成,压装在转轴上;

转子绕组分为鼠笼式和线绕式两种.

线绕式异步电动机还有滑环,电刷机构.鼠笼式三相异步电动机的结构示意图1、2端盖3、接线端子盒4、定子外壳5.定子铁心,6.定子绕组,7.转轴,8.转子,9.风扇,10、风扇罩11.轴承,12.机座4.1.1三相交流异步感应电动机结构组成前端盖机座风罩（和后端盖固定在一起，风扇在后端盖外）接线盒三相驱动电源U、V、W（由变频器提供）定子绕组定子铁心笼型转子去掉铁心后导条

三相交流异步电动机的定子铁心由硅钢片叠合而成，线圈槽中嵌有三相对称绕组，外接三相交流电源；转子也由硅钢片叠合而成，线圈槽中有导条。4.1.1三相交流异步感应电动机结构组成鼠笼式转子

转子铁心中有铸铝导条或安装铜导条，两端有短路环。去掉铁心后，剩下的导条形似鼠笼，因此，三相交流异步电动机俗称鼠笼式电动机。4.1.1三相交流异步感应电动机结构组成三相绕线式转子4.1.1三相交流异步感应电动机结构组成4.1.2三相交流异步感应电动机的工作原理工作过程描述(1)三相正弦交流电通入电动机定子的三相绕组,产生旋转磁场,旋转磁场的转速称之为同步转速;(2)旋转磁场切割转子导体,产生感应电势;(3)转子绕组中感生电流;(4)转子电流在旋转磁场中产生力,形成电磁转矩,电动机就转动起来了.

电动机的转速达不到旋转磁场的转速,否则,就不能切割磁力线,就没有感应电势,电动机就停下来了.转子转速与同步转速不一样,差那么一些,称之为异步.

设同步转速为no,电动机的转速为n,则转速差为;no-n;

电动机的转速差与同步转速之比定义为异步电动机的转差率S,S是分析异步电动机运行情况的主要参数,且

（1）三相异步电动机的旋转磁场(1)旋转磁场的产生设电动机为2极,每相绕组只有一个线圈.在0-T/2这个区间,分析有一相电流为零的几个点.规定:当电流为正时,从首端进尾端出;电流为负时,从尾端进首端出.4.1.2三相交流异步感应电动机的工作原理t=0时，iA=0;iB为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从Y端流到B端；iC为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从C端流到Z端。按右手螺旋法则确定三相电流产生的合成磁场，如图(a)中箭头所示。t=0时，iA=0;iB为负，iC为正t=T/6时，ωt=ωT/6=π/3,iA为正(电流从A端流到X端)；iB为负(电流从Y端流到B端)；iC=0。此时的合成磁场如图(b)所示，合成磁场已从t=0瞬间所在位置顺时针方向旋转了π/3。t=T/6时，ωt=ωT/6=π/3,iA为正；iB为负；iC=0此时的合成磁场如图(c)所示，合成磁场已从t=0瞬间所在位置顺时针方向旋转了2π/3。t=T/3时，ωt=ωT/3=2π/3,iA为正;iB=0；iC为负此时的合成磁场如图(d)所示。合成磁场从t=0瞬间所在位置顺时针方向旋转了π。按以上分析可以证明：当三相电流随时间不断变化时，合成磁场的方向在空间也不断旋转，这样就产生了旋转磁场。t=T/2时，ωt=ωT/2=π,iA=0；iB为正；iC为负。旋转磁场的旋转方向与三相交流电的相序一致;改变三相交流电的相序,即A-B-C变为C-B-A,旋转磁场反向;要改变电动机的转向,只要任意对调三相电源的两根接线.(2)旋转磁场的旋转方向式中,f为电源频率50HZ;p为电动机的磁极对数.电动机的磁极对数为1时,同步转速为3000r/min;电动机的磁极对数为2时,同步转速为1500r/min;电动机的磁极对数为3时,同步转速为1000r/min.(3)旋转磁场的旋转速度-----同步转速no

4.1.2三相交流异步感应电动机的工作原理注意:三相绕组连接成星形,每相绕组承受相电压220V;

三相绕组连接成三角形,每相绕组承受线电压380V.4.1.3三相交流异步感应电动机的接线方式电动机铭牌数据:额定功率PN;额定电压UN;额定频率f=50Hz;额定电流IN;额定转速nN;有的参数要经过计算得出:额定效率额定负载转矩额定效率额定负载转矩（1）三相异步电动机的铭牌4.1.4三相交流异步感应电动机的铭牌数据（1）铭牌上有哪些数据?（2）该电机同步转速是多少？有几对磁极？转差率是多少？（3）正常工作时，该电机绕组应该连接成星形还是三角形？（4）该电机能否采用Y/△降压起动？4.1.4三相交流异步感应电动机的铭牌数据（2）三相异步电动机的能流图P2等于P1减去电动机的总损耗电源输入的功率P1:电动机的输出功率P2(铭牌功率)4.1.4三相交流异步感应电动机的铭牌数据三相交流异步感应电动机检测（1）用万用表测量三相绕组电阻值，测得的三个数据应相等，电机功率越大，电阻值越小。（2）用兆欧表测量三相绕组之间的绝缘，正常情况下兆欧表读数应该大于0.5MΩ。（3）用兆欧表测量绕组与外壳之间的绝缘，正常情况下兆欧表读数应该大于0.5MΩ。（4）用手转动电机转轴，应该能轻松的旋转。4.1.4三相交流异步感应电动机的铭牌数据

固有机械特性(自然机械特性):在额定电压和额定频率下,定子和转子电路中不接任何电阻或电抗时,电动机的机械特性n=f(T).(2)额定工作点

T=TN,n=nN,S=SN;此时有自然特性上有4个特殊点:(1)理想空载转速点noT=0,n=no,S=0;4.1.5三相交流异步感应电动机的机械特性(3)起动工作点

T=Tst,n=0,S=1;此时有(4)临界工作点

T=Tanm,n=nm,s=Sm;有:自然机械特性人为机械特性介绍4种人为特性,即:降低定子电压时,定子电路串入电阻或电抗时,变频率时,线绕电动机转子串电阻时.

(1)降低电压时的人工特性电压越低,人工特性曲线越往左移;

电动机的过载能力和起动转矩会大大降低;

电压降低,负载转矩不变时,电动机过热;

电压降低太多,电动机将带不动负载(不能起动).(2)定子电路串入电阻或电抗时的人工特性

定子电路串电阻或电抗时的人工机械特性如右图中虚线2所示,1为电压降低时的人工机械特性;

曲线2与曲线1相比较,最大转矩要大一些.(3)改变定子电源频率时的人工特性

随着频率的降低,理想空载转速只能在电源额定频率以下调节;转速no减小,临界转差率Sm减小,起动转矩Tst增大,最大转矩Tmax不变.(4)三相线绕式异步电动机转子电路外接电阻时的人工特性电路图如右图中(a)所示,三相转子绕组通过滑环电刷机构与外接电阻相联接;起动转矩增加(有利),理想空载转速和最大转矩不变.思考：通过以上几种电动机的机械特性对比，哪种特性更优呢？4.1.6交流电动机的调速方法

由此可见，要改变电机转速可采用以下几种方法。①改变磁极对数P它是通过改变定子绕组接线以改变磁极对数来调速的。②改变转差率调速常用的是降低定子电压调速、电磁转差离合器调速、绕线式异步电动机转子串电阻调速或串级调速等。③变频调速变频调速是平滑改变定子供电电压频率而使转速平滑变化的调速方法，这是交流电动机的一种理想调速方法。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。

4.2三相交流电机变频调速原理在实际调速时，只改变频率是不够的，现在来看一下变频时电动机的机械特性的变化情况，由电机学知：式中E1—感应电势；

Kr1—基波绕组系数；

N1—定子每相绕组串联匝数；

Φm—每极气隙磁通量。当略去定子阻抗压降时，定子相电压U1为4.2.1变频调速要保持磁通不变可以看出，Φm减小导致电机允许输出转矩T下降，则电机利用率下降，电机的最大转矩也将降低，严重时可能发生负载转矩超过最大转矩，电机就带不动了，即所谓堵转现象。又当电压U1不变，减小f1时，Φm上升会造成磁路饱合，激磁电流会上升，铁心过热，功率因数下降，电机带负载能力降低。故在调频调速中，要求在变频的同时改变定子电压U1，以维持Φm接近不变，由U1，f1不同的相互关系,而得出不同的变频调速方式、不同的调速机械特性。由式可见，定子电压不变时，随f1的上升，气隙磁通Φm将减小。又从转矩公式式中CT—转矩常数；

I2—折算到定子上的转子电流；

cosφ2

—转子电路功率因数。4.2.1变频调速要保持磁通不变定子感应电势平衡方程式为E=4.44f1W1K1Ф电动机转矩关系变频调速时，必须根据不同的要求，在调节频率的同时，也要改变定子的电势E值，以维持气隙磁通Ф不变。这就是恒定电势频率比的调速方式，即

=常数但定子电势E是很难控制的，也不便测量出来。频率较高时，定子绕组上的阻抗压降可以忽略，即可认为定子电压U1≈E，即=常数，此方式称为恒压频比控制方式。4.2.2变频调速的控制方式

4.2.3基频以上和基频以下的调速要保持磁通恒定，在改变频率的同时，必须相应改变电机的端电压，即改变电压改变频率（VariableVoltageVariableFrequency,VVVF），让U/F为一定值，这称为恒压频比的变频调速。把电机的额定频率称为基频，变频调速可以在基频以下或以上进行，它们的特性不一样。（1）基频以上调速当在额定频率以上进行调速时，频率可以从基频fn向上升，但相电压不能增加得比额定电压高，最多只能保持额定电压，(为什么？）输出功率基本不变，所以基频以上的调速称为恒功率调速。4.2.3基频以上和基频以下的调速（2）基频以下调速当额定频率以下调速时，可以按照，频率减小时，相应的减小相电压，磁通量基本恒定。如果电动机在不同转速下都具有额定电流，电动机在温升允许的条件下长期运行，这时的转矩基本随着磁通量变化，所以基频以下的调速称为恒转矩调速。4.2.3基频以上和基频以下的调速异步电动机变频调速的机械特性异步电动机变频调速控制特征4.2.3基频以上和基频以下的调速4.3变频器工作原理4.3.1变频器的结构组成(1)变频器的组成框图 变频器是将恒压恒频的交流电源转换成频率和电压都连续可调的三相交流电源的装置。通常先将频率和电压固定的交流电源整流成直流电，然后再把直流电逆变成三相交流电源。～整流电路滤波电路逆变电路M控制电路交流直流直流交流电源电动机制动电路制动电阻直流(1)变频器的组成框图几个名词说明：整流：交流——直流滤波：直流消除纹波斩波：直流——直流逆变：直流——交流4.3.1变频器的结构组成(2)变频器主回路整流电路通常用二极管或晶闸管构成的桥式电路组成，将交流电源变成直流电。滤波电路一般用电容或电感进行滤波，用电容滤波构成电压源型变频器，用电感滤波构成电流源型变频器。逆变电路一般用大功率的晶体管构成，将直流电转换成电压和频率均可连续变化的交流电供给电动机。制动电路及制动电阻：外接制动电阻，消耗过多的回馈能量，保持直流母线电压不超过最大值。整个变频器的主回路如图4.3.1变频器的结构组成(2)变频器的主回路以上电路存在的问题？电容直接接到整流桥后可能会发生什么情况？一个电容接到整流桥后可能会发生什么情况？4.3.1变频器的结构组成(2)变频器的主回路整流桥模块4.3.1变频器的结构组成(2)变频器的主回路逆变桥使用的器件大功率晶体管（GTR）绝缘门极晶体管（IGBT）GTR模块（单桥）单管IGBT单桥IGBT模块全桥IGBT模块4.3.1变频器的结构组成(2)变频器的主回路逆变桥使用的器件IPM模块（智能功率模块）PIM模块（功率集成模块）4.3.1变频器的结构组成(3)变频器的控制回路控制回路：对主回路进行控制，主要根据输入命令，控制逆变电路的晶体管的导通时间、导通顺序，从而让变频器输出频率和电压均连续可变的交流电。 变频器的控制命令可以从变频器面板键盘输入，实现就地控制，也可从变频器的外接控制端口输入，实现远程控制。在数控机床上，由数控系统输出0-10V的速度信号及电机的正反转信号。几种控制命令的输入形式：4.3.1变频器的结构组成变频器端子实物输入单相或三相电源外接制动电阻变频器的输出，接到电动机外接信号的控制端子4.3.1变频器的结构组成(4)变频器实物

4.3.1变频器的结构组成4.3.2逆变器的工作原理(1)单相逆变电路什么是交流电？大小和方向随时间呈周期性变化的电流或电压看如下电路图

当S1、S4两个开关闭合，S2、S3两个开关断开时，直流电流过负载是从a到b；当S1、S4两个开关断开，S2、S3两个开关闭合时，直流电流过负载是从b到a。

可见在负载上得到了交变的电流(1)单相逆变电路当控制S1-S4四个开关闭合或断开的时间时，负载上形成的波形如图

当S1-S4四个开关通断的频率越快，得到的交流电的频率越高，如图中上方的波形；当四个开关通断频率越慢，得到的交流电的频率越低。先前开关的通断顺序为：S1、S4先闭合，S2、S3后闭合，如果S2、S3先闭合，S1、S4后闭合，会得到怎样的交流电？4.3.2逆变器的工作原理(2)三相逆变电路 与单相逆变桥相似，再增加两个开关，控制S1-S6六个开关的通断顺序及时间，即可将直流电源变成电压和频率连续可调的三相交流电。

在实际中，为了让S1-S6六个开关的通断的频率更快，一般用GTO、IGBT等晶体管4.3.2逆变器的工作原理4.3.3恒压频比的变频调速变频器在变频调速时重要的是变压变频（VariableVoltageVariableFrequency,VVVF），保持电动机的磁通量为一定值。怎么能实现呢？有以下方法：脉冲宽度调制PWM（PulseWidthModulation,PWM）正弦波脉冲宽度调制SPWM（SinusoidalPWM）(1)理论基础在控制理论中有一个重要结论，冲量（窄脉冲的面积）相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。这是PWM控制的重要理论基础。图中面积相等的不同形状的窄脉冲加在具有惯性的环节上（如电感负载、电容负载），他们的效果基本相同。4.3.3恒压频比的变频调速(2)脉冲宽度调制用一系列等幅等宽的脉冲序列来获得不同频率不同电压若整流后的电压为Us，经PWM后，输出的电压

图a中的是图b中的两倍，而相同。由上可见：图a中的电压是图b中的1/2；图a中的频率是图b中的1/2。4.3.3恒压频比的变频调速(3)正弦波脉冲宽度调制（SPWM）将一个正弦波电压分为N等份，并把正弦曲线每一等份所包围的面积都用一个与其面积相等的等幅矩形脉冲来代替，脉冲的宽度与正弦波的大小成正比，这样就得到宽度按正弦变化规律变化的脉冲序列，简称为SPWM波

按照V/F控制方式的变频器输出的电压波形是一系列的矩形波，并不是标准的三相正弦波交流电，特别在低频时，存在谐波损耗，转矩会出现脉动，低频时转矩输出会减小，调速范围会受到限制。Ou>Ou>4.3.3恒压频比的变频调速4.3.4矢量控制方式的变频调速依照直流电动机，在理论上将定子侧电流分解成建立磁场的励磁分量和产生转矩的转矩分量两个正交矢量来处理，进行分别控制。用这种控制方式的变频器可以让交流电动机获得与直流调速类似或更加优越的性能。可以提高低频时的输出转矩。行业榜样何波何波，第十五届“中华技能大奖”获得者，曾获得全国技术能手、天府工匠、四川工匠、成都市劳动模范、中央企业青年岗位能手、中国电科技术能手、中国电科青年岗位能手等荣誉称号。他是国家级技能大师工作室带头人、四川省示范劳模创新工作室带头人，享受国务院政府特殊津贴。何波秉承“献身国防、追求卓越”的坚定信念，始终坚守在电子装备的科研生产一线，刻苦钻研，用实力和魄力肩挑电子装备研制重担，成为我国精密数控加工领域知名的专家型技能人才。他凭借精湛的技艺，攻克多个国家重点型号研制中的精密制造技术难题，多次实现电子装备的跨代发展。多年来，他完成技术创新成果280余项，获得国家专利10项，发表技术论文2篇，撰写技术规范8篇，累计创造经济效益4500万元，培养了一大批高技能人才，为我国新一代电子装备研制和技能人才培养做出了突出贡献。4.4变频器的应用4.4.1变频器的类型（1）根据变流环节分类交-直-交变频器交-直-交变频器是先将频率固定的交流电整流成直流电，再把直流电逆变成频率可变的交流电。频率变化不受限制。大多数变频器属于此类。交-交变频器把频率固定的交流电直接变换成频率连续可调的交流电。因只需一次电能转换，效率高，工作可靠，但是频率的变化范围有限。（最高频率小于电网频率的1/2）该类变频器只在低转速、大容量的系统，如轧钢机、水泥回转窑等场合使用。（2）根据直流电路的滤波方式分类电压型变频器在逆变器前使用大电容来缓冲无功功率，直流电压波形比较平直，相当于一个理想情况下的内阻抗为零的恒压源。对负载电动机来说，变频器是一个交流电源，在不超过容量的情况下，可以驱动多台电动机并联运行。电流型变频器在逆变器前使用大电感来缓冲无功功率，直流电流波形比较平直；其突出特点是容易实现回馈制动，调速系统动态响应快。适用于频繁急加速的大容量电动机的传动系统。4.4.1变频器的类型（3）根据控制方式分类V/F控制变压变频，使电动机的磁通保持恒定。多用于通用变频器，如风机和泵类机械的节能运行、生产流水线的传送控制和空调等家用电器。（直流变频空调是怎么回事？）特点：a.最简单的一种控制方式，不用选择电动机，通用性优良；b.与其他控制方式相比，在低速区内电压调整困难，故调速范围窄，通常在1：10左右的调速范围内使用；c.急加速、减速或负载过大时，抑制过电流能力有限；d.不能精密控制电动机的实际速度，不适合用于同步运转场合。4.4.1变频器的类型（3）根据控制方式分类矢量控制使交流异步电动机具有与直流电动机相同的控制性能。特点：需要使用电动机参数，一般用做专用变频器；调速范围在1：100以上；速度响应性极高，适合于急加速、减速运转和连续四象限运转，能适用于任何场合。直接转矩控制直接转矩控制（DirectTorqueControl，DTC）变频调速，是继矢量控制技术之后又一新型的高效变频调速技术。它不是控制电压、电流等，而是把转矩作为被控制变量。4.4.1变频器的类型（4）根据输入电源的相数分类单相变频器变频器输入端为单相交流电，输出端为三相交流电。适用于家用电器和小容量的场合。三相变频器变频器的输入端和输出端均为三相交流电，绝大多数变频器都是这种三进/三出型。4.4.1变频器的类型4.4.2变频器的主要技术参数（1）输入侧额定工作电压：给变频器供电的额定工作电压，各国家不完全一样。中国是220V/单相/50HZ或380V/3相/50HZ电压允许波动：限制变频器的最高和最低工作电压，避免损坏变频器，当电压超过最高值时变频器并没有保护能力频率波动范围：50/60Hz±5％（2）输出侧额定电压：因为变频器的输出电压是随频率的变化而变化的，所以规定变频器的最大输出电压为额定输出电压。额定电流：允许长时间通过的最大电流，是用户在选择变频器容量的主要依据。额定容量：由额定输出电压和额定输出电流的乘积决定。配用电动机容量：指在带动连续不变负载的情况下，能够配用的最大电动机容量。输出频率范围：输出频率的调节范围。频率精度：输出频率的准确度（相对于设定频率）频率分辩率：指给定运行频率的最小改变量（3）防护等级IPXX4.4.2变频器的主要技术参数变频器铭牌实例4.4.2变频器的主要技术参数4.4.3变频器的选用变频器的选用主要包括种类选择和容量选择两大方面（1）变频器种类选择通用型变频器：一般的U/f控制方式的变频器，实现一般性能的调速，成本较低，使用较为广泛。高性能变频器：采取矢量控制方式或直接转矩控制方式，实现高性能的调速。用于对调速性能要求高的场合。专用变频器：专门针对某种类型的机械而设计的变频器，如风机、泵用变频器，电梯专用变频器，起重机械专用变频器，张力控制专用变频器等。（还有伺服型、高压型）（2）容量选择归根到底是选择其额定电流，总的原则是变频器的额定电流一定要大于拖动系统在运行过程中的最大电流。考虑以下情况：变频器是驱动一台电动机还是多台？电动机是直接在额定电压、额定频率下直接启动，还是软启动。驱动多个电动机时，是同时启动还是分别启动。大多数情况下使用变频驱动单一的电动机，并且是软启动，这时候变频器的额定电流选择为电动机额定电流的1.05-1.1倍。当驱动多台电动机时，多数情况下也是分别单独进行软启动，这时候变频器额定电流选择为多个电动机中最大电动机额定电流的1.05-1.1倍。4.4.3变频器的选用（3）其他方面的考虑工作电压、使用环境变频器配件的选择对于变频器的选配件选配，必须要把握以下几个原则：A.以下情况要选用交流输入电抗器、直流电抗器民用场合，如：宾馆中央空调、电机功率大于55KW以上；电网品质恶劣或容量偏小的场合；如不选用可能会造成干扰、三相电流偏差大，变频器频繁停机。B.以下情况要选用交流输出电抗器变频器到电机线路超过100米（一般原则）。C.以下情况一般要选用制动单元和制动电阻提升负载；频繁快速加减速；大惯量（自由停车需要1min以上，恒速运行电流小于加速电流的设备）。4.4.3变频器的选用变频器选用实例现场主轴电机的铭牌，选用一台变频器4.4.3变频器的选用4.4.4西门子G110变频器介绍（1）变频器的方框图（2）电源及电动机接线端子4.4.4西门子G110变频器介绍（3）控制端子4.4.4西门子G110变频器介绍（4）调试参数设置修改权限基本参数设置（电机的电压、电流、频率等额定参数）命令信号源的选择（变频器的面板控制还是端子控制）各端口功能的设置4.4.4西门子G110变频器介绍案例1用一个转换开关控制正反转，一个电位器给定速度信号，设计一个变频调速系统。4.4.5变频器典型应用实例案例2用三个按钮分别控制交流电机正转、反转、停止，一个电位器给定速度信号，设计一个变频调速系统。4.4.5变频器典型应用实例案例3用三个按钮分别控制交流电机正转、反转、停止，用PLC作控制器，（一个电位器作速度给定信号或PLC输出速度给定信号），设计一个变频调速系统。4.4.5变频器典型应用实例案例4：变频器在数控机床主轴的案例4.4.5变频器典型应用实例行业榜样沈玉军2016年毕业于四川工程职业技术学院数控设备应用与维护专业，现就职于成飞集团，维修电工高级技师。“第六届四川省职工职业技能大赛数控装调与维修竞赛”第一名、“2017年成都市青羊区百万职工技能大赛维修电工竞赛“第一名。获“四川工匠”、“四川省五一劳动奖章”、“四川省技术能手”和“成都市技术能手”等荣誉。项目5

数控机床进给伺服系统的结构组成认识5.1进给伺服系统的结构组成5.2进给伺服系统的基本要求5.3进给伺服系统的配置方案5.1进给伺服系统的结构组成（1）概述伺服系统（ServoSystem）是自动控制系统的一类，它的输出量能够以一定准确度跟随输入量的变化而变化，也称随动系统。数控机床的伺服系统是指以机床移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统。它的根本任务是实现执行机构对给定指令的准确跟踪，即实现输出变量的某种状态能够自动、连续、精确地复现输入指令信号的变化规律。

驱动各加工坐标轴运动的传动装置称为进给伺服系统。它包括机械传动部件和产生主动力矩以及控制其运动的各种驱动装置。数控机床的进给伺服系统是一种精密的位置跟踪与定位系统，是以位置为被控变量的自动控制系统5.1进给伺服系统的结构组成数控机床的进给伺服系统（FeedServoSystem）是数控装置与机床本体间电传动联系的环节，也是数控系统的执行部分。它用于接收数控装置插补器发出的进给脉冲或进给位移量信息，经过一定的信号转换和电压、功率放大，由伺服电机带动传动机构，最后转化为机床工作台相对于刀具的直线位移或回转位移。在数控机床中，伺服是指有关的传动或运动参数均严格按照数控装置的控制指令实现，这些参数主要包括运动的速度、运动的方向和运动的起停位置等。数控机床的性能在很大程度上取决于进给伺服系统的性能。5.1进给伺服系统的结构组成（2）位置、速度、电流三闭环结构5.1进给伺服系统的结构组成5.2进给伺服系统的基本要求（1）稳定性好： 稳定是指系统在给定输入或外界干扰作用下，能在短暂的调节过程后，达到新的或者恢复到原来的平衡状态。通常要求承受额定力矩变化时，静态速降小于5%，动态速降小于10%。当负载变化时，输出速度应基本不变。即△n尽可能小；当负载突变时，要求速度的恢复时间短且无振荡。即△t尽可能短；直接影响数控加工的精度和表面粗糙度。tn△t△n(2)精度高伺服系统的精度是指输出量能复现输入量的精确程度。包括定位精度和轮廓加工精度。

静态：要求定位精度和重复定位精度要高，即定位误差和重复定位误差要小。(以保证尺寸精度)

动态：要求跟随精度高，即跟随误差要小，这是动态性能指标。(以保证轮廓精度)现代数控机床的位移精度一般为0.01~0.001㎜，甚至可高达0.1μm，以保证加工质量的一致性，保证复杂曲线、曲面零件的加工精度。另外，要求灵敏度高，有足够高的分辨率。5.2进给伺服系统的基本要求（3）响应速度快且无超调要求有良好的快速响应特性，即要求跟踪指令信号的响应要快。伺服系统处于频繁地启动、制动、加速、减速等动态过程中，为了提高生产率和保证加工质量，则要求加、减速度足够大，以缩短过渡过程时间。通常要求从0→Nmax（Nmax→0),其时间应小200ms，且不能有超调，否则对机械部件不利，有害于加工质量。当负载突变时，过渡过程前沿要陡，恢复时间要短，且无振荡。这样才能得到光滑的加工表面。tntp5.2进给伺服系统的基本要求（4）调速范围宽调速范围是指最高进给速度和最低进给速度之比。由于加工所用刀具、被加工零件材质以及零件加工要求的变化范围很广，为了保证在所有加工情况下都能得到最佳的切削条件和加工质量，要求进给速度能在很大的范围内变化，即有很大的调速范围。目前最先进水平是在脉冲当量或最小设定单位为1μm的情况下，进给速度能在0～240m／min的范围内连续可调。一般数控机床的进给速度能在0～240m／min的范围之内连续可调并能满足加工要求。在这一调速范围内，要求速度均匀、稳定，低速时无爬行。还要求在零速时伺服电机处于电磁锁住状态，以保证定位精度不变。5.2进给伺服系统的基本要求（5）低速大转矩机床加工，大多是低速时进行切削，即在低速时进给驱动要有大的转矩输出。

（6）可逆运行综上所述：对伺服系统的要求包括静态和动态特性两方面；对高精度的数控机床，对其动态性能的要求更严。5.2进给伺服系统的基本要求5.3进给伺服系统配置方案方案1：开环进给伺服方案（1）设备配置：步进驱动器+步进电机步进驱动器步进电机机械执行部件CNC数控系统方案1：开环进给伺服方案（2）特点：

该方案没有位置反馈检测装置，构成开环进给伺服系统，因执行电机采用步进电机，也称为步进伺服系统。步进电机步距误差，齿轮副、丝杠螺母副等的传动误差都会反映在零件上，影响零件的精度。机床运动精度主要取决于步进电机和机械传动机构的性能和精度。结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉。（3）应用

在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用，一般用于经济型数控机床。5.3进给伺服系统配置方案方案2：半闭环进给伺服方案（1）设备配置：伺服驱动器+伺服电机CNC数控系统伺服驱动器编码器反馈信号-电机机械执行部件5.3进给伺服系统配置方案4、数控机床进给驱动配置方案方案2：半闭环进给伺服方案（2）特点：

利用伺服电机自带的编码器作位置和速度检测，构成半闭环进给伺服系统。在半闭环环路内不包括或只