机电一体化技术与系统任务2-交流伺服系统的应用与课件.ppt
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- 机电 一体化 技术 系统 任务 交流 伺服系统 应用 课件
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1、项目四项目四 运动控制运动控制任务任务2 交流伺服系统的应用与实践交流伺服系统的应用与实践检查:什么是伺服系统n自动控制系统的一类自动控制系统的一类n输出变量:机械或位置的运动输出变量:机械或位置的运动n任务:实现执行机构对给定指令的准确跟踪,即任务: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。地复现输入指令信号的变化规律。 伺服驱动在机电一体化系统中的作用?伺服驱动在机电一体化系统中的作用?n 机电一体化系统对伺服驱动的基本要求:机电一体化系统对伺服驱动的基本要求: 有有稳定性稳定性、精
2、度精度和和快速响应性快速响应性。n常用的常用的 伺服电机分类伺服电机分类2: 伺服系统的基本要求伺服系统的基本要求本次任务:n能根据图纸,完成数控车床进给轴的电气连接n理解伺服驱动器参数设定的含义,并能根据用户手册及技术要求进行参数设定及调整分任务分任务1 1:直流电动机工作原理阐述:直流电动机工作原理阐述NSUNSUNSNSUU电刷电刷换向片换向片分任务分任务1 1:直流电动机工作原理阐述:直流电动机工作原理阐述分任务分任务1 1:直流电动机工作原理阐述:直流电动机工作原理阐述直流直流电流电流交流交流电流电流电磁转矩电磁转矩(拖动转矩拖动转矩)换向换向机械机械负载负载旋转旋转克克 服服反电反
3、电动势动势做功做功 电磁关系电磁关系问题:n直流电机的缺点?n如果通入交流电,能否通过电子换向方式得到转子的转动?分任务分任务2 2:交流伺服电动机原理分析:交流伺服电动机原理分析n组成:组成:主要由一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子组成。电动机本体位置传感器电子换向开关等原理原理n电动机利用通电线圈在磁场中受力转动的现象而制成的负载整流逆变v 无刷直流电机(交流伺服电机)无刷直流电机(交流伺服电机)NST1T2T3T4T5T6+VC0V转子磁场转子磁场定子磁场定子磁场 转向改变:改变定子绕组的通电顺序转向改变:改变定子绕组的通电顺序T1/T6T6/T2T2/T4
4、T4/T3T3/T5T5/T1 T1/T6 逆时针旋转。逆时针旋转。T6/T1T1/T5T5/T3T3/T4T4/T2T2/T6 T6/T1 顺时针旋转。顺时针旋转。 转速调节:改变功率管切换频率(容易)转速调节:改变功率管切换频率(容易) 性能性能 定子绕组可以通过的最大电流不变(发热限制)定子绕组可以通过的最大电流不变(发热限制) 电磁力不变电磁力不变 输出转矩不变输出转矩不变 恒转矩调速恒转矩调速 不存在换向器不存在换向器 转速不受限制(高速性能好)转速不受限制(高速性能好) 缺点缺点 转子必须使用永磁材料、需要大功率晶体管转子必须使用永磁材料、需要大功率晶体管 价格高价格高 适用于高速
5、、高精度的适用于高速、高精度的CNC机床机床2.2 交流伺服电机与直流电机对比分析NSNS换向器T1T2T3T4T5T6+VC0V2.2 交流伺服电机与直流电机对比分析1)定子与转子对调:)定子与转子对调:当定子绕组通电后,通过绕组通电后所产生的反作用电磁力,使得磁极(转子)产生旋转。 定子中的绕组可以通过功率晶体管(MOSFET、IGBT、IPM等)的控制按照规定的顺序轮流导通,例如,图6-1.1(b)中依次为T1/T6T6/T2T2/T4T4/T3T3/T5T5/T1T1/T6,以保证定子绕组产生方向不变的电磁力,带动转子向固定方向旋转。2.2 交流伺服电机与直流电机对比分析2)电子换向取
6、代直流电机的整流与换向器)电子换向取代直流电机的整流与换向器:响应快、控制精度高、调速范围大、转矩控制方便,而且使用寿命长、维修方便、运行可靠性高、控制简单在数控机床、机器人等控制领域全面代替了直流伺服。 分任务分任务3 3:BLDCMBLDCM电机与电机与PMSMPMSM电机对比电机对比n交流伺服电机定子绕组的电流可以采用方波与正弦波两种形式供电。1、当定子电流为方波时,电机被称为“无刷无刷直流电机直流电机”(BLDCM,Brush less DC Motor)。 分任务分任务3 3:BLDCMBLDCM电机与电机与PMSMPMSM电机对比电机对比nBLDCM电机存在的问题电机存在的问题:n
7、功率管不对称通断与高速剩余转矩脉动,严重时可能导致机械谐振的产生n目前已较少使用。n2)定子电流为三相对称正弦波,电机称为“交流永磁同步电机交流永磁同步电机” (PMSM,Permanent-Magnet Synchronous Motor)。n运行更平稳,动、静态特性更好n当代交流伺服驱动的主要形式。分任务分任务4 4:交流伺服驱动器:交流伺服驱动器n通用型伺服n专用型伺服3M逆 变 管 与 斩 波 管 驱 动 与 检 测电 流 检 测与 计 算IuIw编 码 器 分 解PG速 度 给 定位 置 给 定3 AC不 可 控 整 流浪 涌 电 压 吸 收 器正 常 工 作制 动直 接 制 动制
8、动 电 阻直 流 母 线 电 压 检 测 与 能 耗 制 动I/O接 口EEPROM操 作 显 示单 元指 令 脉 冲处 理PW M发 生 器电 流 控 制位 置 控 制速 度 控 制ASICCPUCPUIGBTid、iqiquu、uv、uw位 置 反 馈速 度 反 馈通用伺服驱动器原理图通用伺服驱动器原理图安川伺服电动机型号安川伺服驱动器SGDM 01 A D A R系列驱动器 驱动器规格(控制电机功率)驱动器功能:D:位置、速度、转矩控制输入电压等级A:200VB 100V设计序号散热器形式:R:内置散热器(5kW以下)P:散热器后置(6kW以上)伺服电机的输出特性分析伺服电机的输出特性分
9、析 图6-1.4交流伺服电机的过载特性 图6-1.5交流伺服系统的过载特性根据查找的资料,讨论n1、交流伺服电机的转矩输出特性n2、过载性能分任务分任务5 5:练习及任务实施:练习及任务实施n根据安川变频器的用户手册,FANUC 0i数控车床实训设备,小组合作完成以下任务:n1、绘制伺服电机及驱动器的电气接线图n2、解释伺服驱动器的接线n3、伺服参数设定及运行监测1硬件组成参考图2 组成部件功能分析参考n 调试设备:一般自带简易操作/显示面板,但对于需要振动抑制与滤波器参数自适应调整的驱动器,应选用功能更强的外部操作单元选件。n 断路器:断路器用于驱动器短路保护,必须予以安装,断路器的额定电流
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