數控機床直流速度控制單元晶閘管直流調速系統
更新日期:2020-08-22  來源:本站整理

在數控機床中的進給伺服系統,實質上就是一個調速系統,外加一個位置控制環構成的,在直流伺服系統中,常用的有晶閘管調速系統和晶體管PWM脈寬調制系統兩類。在直流伺服系統中,現在大多采用永磁式直流伺服電動機。

直流電動機的機械特性公式為

 

公式中n為電動機轉速;Ua為電動機電樞端電壓;Ce為反電勢常數;φ為電動機磁通量;Ra為電樞電阻;Cm為力矩常數;M為電磁轉矩。

因此直流電動機的調速方法,可以有三種方法:

1)改變Ua,即改變電樞電壓,此方法可得到調速范圍較寬的恒轉矩特性,適用于進給驅動和主軸驅動的低速段。

2)改變磁通量φ,此方法可得到恒功率特性,它不適用于進給驅動,且永磁式直流電動機φ是不可變的。

3)改變電樞回路的電阻Ra,此方法得到的機械特性較軟,且不能實現無級調速,也不適用于數控機床。

在數控機床的進給驅動中,實際均采用的是改變電樞電壓Ua的調速方法。

1.晶閘管直流調速系統

1所示為晶閘管雙閉環調速系統的框圖。該系統由電流環和轉速環雙環組成。圖中的速度調節器和電流調節器均是由線性集成放大器和阻容元件構成的PI調節器。IR為電流環的輸入值,來自速度調節器的輸出。IF為電流的反饋值,檢測的是電動機電樞回路電流。VR是速度環的給定值,來自CNC系統的運算結果再經D/A轉換后的模擬量參考值,一般取0-±10V直流電壓。速度反饋元件可以采用測速發電機或脈沖編碼器直接裝到電動機的軸上,測速發電機發出的電壓Uf,直接可以和Ur進行比較;而脈沖編碼器發出的脈沖頻率要經過頻率/電壓變換,轉變為模擬量的電壓值,再與Ur進行比較。

 

1晶閘管雙閉環調速系統的框圖

在雙閉環調速系統中,最外環(速度環)起主導作用,當速度指令信號Ur增大時,Us增大,速度調節器的輸出加大,IR也隨之加大,從而使電流調節器的輸出也加大,使脈沖觸發器的脈沖前移,即晶閘管觸發角前移,導通角增大,使SCR整流橋輸出的直流電壓增大,使電動機轉速上升。當轉速上升到Uf=UR時調節過程結束,系統達到穩態運行。當系統受到外界干擾時,如負載增加,轉速下降,UF減小,US增大,同樣經過這樣一個調節過程,使轉速回升到原穩態值,實現轉速的無靜差。

而電流環的作用,主要是在起動和堵轉時,限制最大電樞電流,另外當擾動發生在內環之中時,如電網下降時,整流器輸出電壓隨之降低。在電動機轉速由于慣性未來得及變化之前,首失引起回路電流減小,反饋電流IF減小,E增加,電流調節器輸出增加,使晶閘管的觸發角前移,使整流電路的輸出電壓回升。當IF又回升到原值時,調節過程結束,實現電流的無靜差。

這種雙閉環調速系統,由于在低速時,整流器輸出電壓低,晶閘管的導通角小,整流器的輸出電壓和電流波形是斷續的,機械特性會有一段非線性,為此可在電樞回路中串接平波電抗器,以減小電流的脈動。另外在伺服單元中也可以增加電壓變化率環和電流變化率環,組成多閉環的系統,也可使系統的靜特性和動特性得到很大的改善。