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  文章標題:一種高性能的交流伺服系統
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作者:bellcn88  發表時間:2010-4-24 12:07:22
一種高性能的交流伺服系統
王  偉  (齊齊哈爾和平機器廠)
1概述
目前,我國數控機床行業應用普遍的仍是直流伺服系統,國外現在數控機床基本上都已使用了交流伺服系統,大大降低了伺服系統的故障率。
  交流進給電機為三相永磁轉子結構,采用高磁能積永磁材料,抗退磁能力強,重量輕,體積小(僅為同類型直流電機的一半),有高的功率重量比。轉動慣量小,動態響應快(20~40ms),全封結構(IP64),制造精度高,振動噪聲小(52~70dB),可以方便的正、反轉,加、減速,幾乎零轉速到額定轉速范圍均可穩定調速,電機調速比高達1 s 10000。電機帶溫度監控自動保護元件,保證電機可靠運行。選用光電編碼器與數控裝置成組后,其****理論定位精度可達(1~2μm)。電機綜合技術經濟指標全優于直流電機。
    電機由PWM晶體管脈寬調制變頻控制,機箱結構緊湊,模塊式設計,可采用延擴結構,最多可同時控制6個軸,保護功能齊全,無源的參數模塊可適用于用戶特定的參數設定,適用性強。
    交流主軸電機為三相異步電動機,鼠籠型結構,堅固耐用,具有低的轉動慣量。轉矩、速度響應快。恒功率范圍≥1:4。調速范圍1:1000,****轉速仍具有平滑的轉動特性。防護等級高(IP54)。采用雙軸承結構,電機運行穩,可承受較大徑向力,電機帶溫度監控。流主軸電機驅動變頻器是以微處理機為核心的處理系統,采用矢量控制和晶體管脈寬調制技術,且有自診斷、自保護、自動監控、事故自動復原等近代調速系統所必備的功能,具有再生制動功能,保證電機在4個象限可靠工作。
2交流主軸驅動系統
2.1交流主軸驅動系統的組成
交流主軸驅動系統由6SC50型晶體管脈寬調制變頻器、1PH5和1PH6三相鼠籠式電機、軸編碼器和反饋電纜等組成。
2.2交流主軸驅動原理
    主軸電機是三相鼠籠式感應電動機,為了控制這種電機,引入了一種以磁場控制基礎的新概念,過去對這種電機控制是基于非線性回路,而現在提出了線性關系,這就是西門子公司開發的’rRANSVEKTOR矢量控制系統。
    為了獲得一種與直流驅動裝置相差無幾的控制系統,我們需將電機的磁通分量和轉矩分量取出來,這兩個機械參數的分離是由微處理器中的計算模型實現。該計算模型用來產生指令信號,以便根據頻率、相位和量級確定驅動參數,合成的定子電流矢量被分解為磁通矢量的真實分量和理想分量。真實分量代表形成磁通的電流,理想分量代表形成轉矩的電流。
    磁場保持著相當于基本轉速的常量,該區域同恒定功率區相鄰接,后者的特點是磁場以不同的梯度削弱。
這種電流矢量作為磁通矢量相位函數的方法(稱為磁場定向)使我們能夠分別控制轉矩和磁通量,由此獲得控制質量能同直流伺服的控制質量相當。
    為了達到系統所要求的運算速度,我們采用兩個16位微處理器(intel公司的80186)、電流和轉速控制回路、以及數字式控制邏輯電路。
    數字技術給操作帶來了很大的方便,給調整帶來了高度的可重復性,控制系統所要求的參數能****存儲在一只EEPROM中。6SC650型變頻器屬交一直一交方式,即三相380V交流輸入,經整流濾波后變成直流575V,再經由大功率晶體管塊組成PWM逆變回路轉換成電壓、頻率受控的交流輸出,驅動交流主軸電機。
    為了滿足矢量運算的需要,在電機內部裝有編碼器(1024脈沖/r)作為轉子位置測量和速度反饋元件,并能滿足主軸定位準停功能所需的精度。若要求主軸作為進給軸參加插補運算。即C軸進給控制時,其電機上需裝配18000脈沖/r的光電編碼器。在電機的繞組中埋入了兩個NTC熱敏電阻,當電機過熱時,控制系統可發出報警信號,甚至自動關斷。
    該系統還有過流、過壓、超速、超矩、缺相、回饋逆變失效、大功率晶體管過熱等保護功能。
    主軸驅動系統控制電路有5個電路模塊:
    a.電源板——產生供控制模塊的各種電壓。
    b.監控板——用于管理和監控,可發出超速、超矩等信號。
    c.控制板——板上有2片16位微處理器80186,其中一片用于矢量計算,一片用于轉矩和轉速閉環控制以及故障診斷等。
    d.接口板——接收鍵及插頭端子上的輸入信號,輸出繼電器、模擬及顯示信號。
    e.位置控制板——能實現主軸準停控制(不用NC控制)和C軸進給控制。
2.3交流主軸驅動的特點
    a.調速范圍寬,低速性能好。主軸調速

 

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