第四节 交流伺服系统及其控制PPT课件
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交流伺服驱动器原理及调试 ppt课件
3、有足够的传动刚性和高的速度稳定性
在系统负载范围内，
当负载变化时，输出 速度应基本不变。即△F 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；
F
Fmax
△t △F
t
4、快速响应，无超调
为了保证生产率和加工质量，除了要求有较高的定 位精度外，还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，因为数控系统在启动、制动 时，要求加、减加速度足够大，缩短进给系统的过渡 过程时间，减小轮廓过渡误差。
2. 控制电源类接线：
1）r 、t控制电源接线； 2）I/O接口控制电源接线；
3. 信号指令线
1)指令接口 2)I/O接口 3)反馈检测类接线
伺服系统主回路的接线图
松下伺服驱动器I/F速度控制接线图
松下伺服驱动器I/F位置控制接线图
三洋伺服系统与数控系统连接图
六、 伺服参数
伺服控制是一个比较复杂的过程，参数的使用也相对比 较复杂，一般伺服参数个数少的也有几十个，多的有七、 八百个，修改起来比较麻烦。但是总的来说，伺服参数可 以分成三类。
F
Fmax
tp
t
5. 低速大转矩，过载能力强 一般来说，伺服驱动器具有数分钟甚
至半小时内1.5倍以上的过载能力，在短时间 内可以过载4～6倍而不损坏。
6. 可靠性高 要求数控机床的进给驱动系统可靠性高、
工作稳定性好，具有较强的温度、湿度、振 动等环境适应能力和很强的抗干扰的能力。
对电机的要求
1、从最低速到最高速电机都能平稳运转，转矩波动要 小，尤其在低速如0.1r/min或更低速时，仍有平稳的 速度而无爬行现象。
输入输出
光电隔离
第4章伺服驱动系统PPT课件
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4.1伺服系统概述
(2)闭环伺服系统闭环伺服系统是误差控制随动系统(见图43)。数控机床进给系统的误差，是数控装置输出的位置指令 和机床工作台(或刀架)实际位置的差值。闭环伺服系统需要 有位置检测装置，检测执行元件运动的位置。该装置测出执 行元件实际位移量或实际所处位置，并将测量值反馈给数控 装置，与指令进行比较，求得误差，依此构成闭环位置控制。
由于闭环伺服系统是反馈控制，反馈测量装置精度很高，所 以系统传动链误差、环内各元件误差以及运动中造成的误差 都可以得到补偿，从而大大提高厂跟随精度和定位精度。目 前，闭环系统的分辨率多为1um，定位精度可达士0. 01一士0. O5 mm;高精度系统分辨率可达0. 1 um。系统精度只取决于测 量装置的制造精度和安装精度。
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4.1伺服系统概述
4.按使用直流伺服电动机和交流伺服电动机分类 (1)直流伺服系统直流伺服系统常用的伺服电动机有小惯量直
流伺服电动机和永磁直流伺服电动机(也称为大惯量宽调速直 流伺服电动机)。小惯量直流伺服电动机最大限度地减少了电 动机的转动惯量，所以能获得最好的快速性，在早期的数控 机床上应用较多，现在也有应用。小惯量直流伺服电动机一 般都设计成有高的额定转速和低的转动惯量，应用时要经过 中间机械传动(如齿轮副)才能与}}r杠相连接。 永磁直流伺服电动机能在较大过载转矩下长时间工作，并且 电动机的转子惯量较大，能直接与}}r杠相连而不需要中间传 动装置。此外，它还有一个特点是可在低速下运转，如能在1 r/min甚至0.1r/min下平稳地运转。因此，这种直流伺服系统 在数控机床上获得厂广泛的应用，20世纪70年代至80年代中 期，在数控机床上的应用占绝对统治地位。至今，仍有许多 数控机床上使用这种电动机直流伺服系统。永磁直流伺服电 动机的缺点是有电刷，限制r转速的提高(一般额定转速为1 000-1 500r/min )，而且结构复杂，价格较贵。
4.1伺服系统概述
(2)闭环伺服系统闭环伺服系统是误差控制随动系统(见图43)。数控机床进给系统的误差，是数控装置输出的位置指令 和机床工作台(或刀架)实际位置的差值。闭环伺服系统需要 有位置检测装置，检测执行元件运动的位置。该装置测出执 行元件实际位移量或实际所处位置，并将测量值反馈给数控 装置，与指令进行比较，求得误差，依此构成闭环位置控制。
由于闭环伺服系统是反馈控制，反馈测量装置精度很高，所 以系统传动链误差、环内各元件误差以及运动中造成的误差 都可以得到补偿，从而大大提高厂跟随精度和定位精度。目 前，闭环系统的分辨率多为1um，定位精度可达士0. 01一士0. O5 mm;高精度系统分辨率可达0. 1 um。系统精度只取决于测 量装置的制造精度和安装精度。
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4.1伺服系统概述
4.按使用直流伺服电动机和交流伺服电动机分类 (1)直流伺服系统直流伺服系统常用的伺服电动机有小惯量直
流伺服电动机和永磁直流伺服电动机(也称为大惯量宽调速直 流伺服电动机)。小惯量直流伺服电动机最大限度地减少了电 动机的转动惯量，所以能获得最好的快速性，在早期的数控 机床上应用较多，现在也有应用。小惯量直流伺服电动机一 般都设计成有高的额定转速和低的转动惯量，应用时要经过 中间机械传动(如齿轮副)才能与}}r杠相连接。 永磁直流伺服电动机能在较大过载转矩下长时间工作，并且 电动机的转子惯量较大，能直接与}}r杠相连而不需要中间传 动装置。此外，它还有一个特点是可在低速下运转，如能在1 r/min甚至0.1r/min下平稳地运转。因此，这种直流伺服系统 在数控机床上获得厂广泛的应用，20世纪70年代至80年代中 期，在数控机床上的应用占绝对统治地位。至今，仍有许多 数控机床上使用这种电动机直流伺服系统。永磁直流伺服电 动机的缺点是有电刷，限制r转速的提高(一般额定转速为1 000-1 500r/min )，而且结构复杂，价格较贵。
伺服电机及其控制原理PPT课件
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执行环节
执行环节的作用是按控制信号的要求， 将输入的各种形式的能量转换成机械能， 驱动被控对象工作。
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CONFIDENTIAL NOT FOR DISTRIBUTION
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被控对象
被控对象是指被控制的机构或装置，是 直接完成系统目的的主体。被控对象一 般包括传动系统、执行装置和负载。
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CONFIDENTIAL NOT FOR DISTRIBUTION
4
输入量
控制操作
输出量
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CONFIDENTIAL NOT FOR DISTRIBUTION
输入量
反馈环
控制操作
测量
5
输出量
5
1.2 伺服系统组成
从自动控制理论的角度来分析，伺服控 制系统一般包括控制器、被控对象、执行 环节、检测环节、比较环节等五部分。
在实际的伺服控制系统中，上述每个环 节在硬件特征上并不成立，可能几个环 节在一个硬件中，如测速直流电机既是 执行元件又是检测元件。
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CONFIDENTIAL NOT FOR DISTRIBUTION
13
1.3 伺服系统分类
伺服系统可分为三类
开环伺服控制系统 半闭环伺服控制系统 闭环伺服控制系统
§3 伺服控制器 3.1 伺服控制器概述 3.2 伺服控制器原理 3.3 松下伺服控制器介绍 3.4 松下伺服控制器常用设置应用 3.5 松下伺服控制器故障分析和处理
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CONFIDENTIAL NOT FOR DISTRIBUTION
2
1.1 伺服概述
伺服驱动ppt
① 调速范围宽，在大的速度范围内运转 稳定。
一般要求速比可达1:10000，最低稳
定运转速度nmin≤0.1r/min。
② 负载特性硬，抗扰动能力强。
能保证切削过程中受负载冲击时速度
不变，尤其在低速时，应有足够的负载能力。
第4章 伺服驱动系统
③ 反应速度快。
一般要求，伺服响应时间为几十毫秒，
箱、 滚珠丝杠驱动工作台运动， 其运动
的位移量与指令脉冲数成正比， 运动速
度与脉冲的频率成正比。
第4章 伺服驱动系统
4.2.1 步进电动机
步进电动机的特点
步进电动机是一种将电脉冲信号
转换成相应角位移的机电执行元件。给
一个电脉冲信号，步进电动机就回转一
个固定的角度，称为一步，所以称为步
进电动机。由于其转动角度由脉冲个数
第4章 伺服驱动系统
其主要缺点如下： （1）使用不当时，会引起 “失步”或
“过冲”。 （2）运转时有振动和噪音。 （3）额定转速较低，最高频率一般不超
过18kHz。
第4章 伺服驱动系统
2. 步进电动机的分类
（1） 反应式步进电动机
反应式步进电机的定子和转子由硅
钢片或其他软磁材料制成，定子上有励磁绕
荡现象。且其快速性好，动态精度高，传动机构的非线性
因素对系统的影响小。因此被广泛采用。但如果传动机构
的误差过大或其误差不稳定，则数控系统难以补偿。如由
传动机构的扭曲变形所引起的弹性间隙，因其与负载力矩
有关，故无法补偿。由制造与安装所引起的重复定位误差
以及由于环境温度与丝杠温度变化所引起的丝杠螺距误差
指令脉冲 环形 分配器
步进电动机
步进电动机 功率放大器
交流伺服电机的机械特性及控制方式PPT
互作用产生电磁力，这个电磁力F作用在转子上，并对转
轴形成电磁转矩。根据左手定则，转矩方向与磁铁转动的 方向是一致的，也是顺时针方向。因此，鼠笼转子便在电 磁转矩作用下顺着磁铁旋转的方向转动起来。
励磁绕组 控制绕组
电气原理图
ic I m sin t
if I m sin t 90
if Ic
南京埃斯顿 太仓东元
国内重要伺服系统生产企业
5、卧龙电气集团股份有限公司 公司，前身是成立于1995年的浙江 卧龙集团电机工业有限公司。1998 年变更设立为浙江卧龙电机股份有 限公司。
6、北京和利时电机技术有限公 司，位于江苏省苏州市太仓市浏河 镇闸南工业区。
卧龙电气
北京和利时
国外重要伺服系统生产企业 产品进入我国市场的国外重要伺服系统生产企业有：
(1)调速范围宽广。伺服电动机的转速随着控制电 压改变，能在宽广的范围内连续调节。 (2)转子的惯性小，即能实现迅速启动、停转。 (3)控制功率小，过载能力强，可靠性好。
1.4 伺服电机在自控制系统中的典型应用
其它场合的应用
国内重要伺服系统生产企业
1、广州数控设备有限公司公司，创 建于1991年，位于广州市罗冲围螺涌北 路一街7号。
C B
A
伺服电动机的机械特性
设电机的负载阻转矩为TL，控制电压 0.25UC时,电机在特性点A运行，转速为na，这 时电机产生的转矩与负载阻转矩相平衡。当 控制电压升高到0.5UC时，电机产生的转矩就 随之增加C，由于电机的转子及其负载存在着 惯性，转速不能瞬时改变，因此电机就要瞬 时地在特性点C运行，这时电机产生的转矩大 于负载阻转矩，电机就加速，一直增加到nb， 电机就在B点运行。
德国西门子伺服电机 安川伺服电机驱动器
轴形成电磁转矩。根据左手定则，转矩方向与磁铁转动的 方向是一致的，也是顺时针方向。因此，鼠笼转子便在电 磁转矩作用下顺着磁铁旋转的方向转动起来。
励磁绕组 控制绕组
电气原理图
ic I m sin t
if I m sin t 90
if Ic
南京埃斯顿 太仓东元
国内重要伺服系统生产企业
5、卧龙电气集团股份有限公司 公司，前身是成立于1995年的浙江 卧龙集团电机工业有限公司。1998 年变更设立为浙江卧龙电机股份有 限公司。
6、北京和利时电机技术有限公 司，位于江苏省苏州市太仓市浏河 镇闸南工业区。
卧龙电气
北京和利时
国外重要伺服系统生产企业 产品进入我国市场的国外重要伺服系统生产企业有：
(1)调速范围宽广。伺服电动机的转速随着控制电 压改变，能在宽广的范围内连续调节。 (2)转子的惯性小，即能实现迅速启动、停转。 (3)控制功率小，过载能力强，可靠性好。
1.4 伺服电机在自控制系统中的典型应用
其它场合的应用
国内重要伺服系统生产企业
1、广州数控设备有限公司公司，创 建于1991年，位于广州市罗冲围螺涌北 路一街7号。
C B
A
伺服电动机的机械特性
设电机的负载阻转矩为TL，控制电压 0.25UC时,电机在特性点A运行，转速为na，这 时电机产生的转矩与负载阻转矩相平衡。当 控制电压升高到0.5UC时，电机产生的转矩就 随之增加C，由于电机的转子及其负载存在着 惯性，转速不能瞬时改变，因此电机就要瞬 时地在特性点C运行，这时电机产生的转矩大 于负载阻转矩，电机就加速，一直增加到nb， 电机就在B点运行。
德国西门子伺服电机 安川伺服电机驱动器
交流伺服驱动器原理及调试PPT培训课件
交流伺服驱动器在自动化生产线中通 常用于控制机床、装配机械、包装机 械等设备的运动部分，实现精确的位 置控制和速度控制。
在机器人领域的应用
01
机器人需要具备高度灵活性和精 确性的运动能力，交流伺服驱动 器能够满足这些要求，从而提高 机器人的工作性能。
02
交流伺服驱动器在机器人领域中 通常用于控制机器人的关节、手 臂、行走等部分的运动，实现精 确的姿态控制和轨迹跟踪。
在故障。
听诊法
仔细听驱动器运行时的声音， 判断是否存在异常响动或噪音
。
触摸法
通过触摸驱动器的外壳，感受 其温度和振动情况，判断是否
存在异常。
替换法
用正常工作的部件替换可能存 在故障的部件，以确定故障部
位。
驱动器的寿命与可靠性
寿命预测
预防性维护
根据驱动器的使用情况和维护状况， 预测其使用寿命，提前进行更换或维 修。
调试步骤与方法
初始参数设置
速度控制调试
根据设备实际情况，对交流伺服驱动器的 参数进行初始设置，如电机型号、控制模 式等。
调整速度控制环的参数，测试电机的转速 和响应，确保电机能够按照指令要求进
调整位置控制环的参数，测试电机的定位 精度和跟随性能，确保电机能够准确跟踪 指令位置。
02
交流伺服驱动器的调试
调试前的准备工作
01
02
03
了解设备参数
熟悉交流伺服驱动器的规 格、性能参数以及控制要 求，以便更好地进行调试。
检查硬件连接
确保交流伺服驱动器与电 机、编码器等设备的连接 正确、牢固，无短路或断 路现象。
准备调试工具
准备必要的调试工具，如 示波器、万用表、螺丝刀 等，以便在调试过程中进 行测量和调整。
在机器人领域的应用
01
机器人需要具备高度灵活性和精 确性的运动能力，交流伺服驱动 器能够满足这些要求，从而提高 机器人的工作性能。
02
交流伺服驱动器在机器人领域中 通常用于控制机器人的关节、手 臂、行走等部分的运动，实现精 确的姿态控制和轨迹跟踪。
在故障。
听诊法
仔细听驱动器运行时的声音， 判断是否存在异常响动或噪音
。
触摸法
通过触摸驱动器的外壳，感受 其温度和振动情况，判断是否
存在异常。
替换法
用正常工作的部件替换可能存 在故障的部件，以确定故障部
位。
驱动器的寿命与可靠性
寿命预测
预防性维护
根据驱动器的使用情况和维护状况， 预测其使用寿命，提前进行更换或维 修。
调试步骤与方法
初始参数设置
速度控制调试
根据设备实际情况，对交流伺服驱动器的 参数进行初始设置，如电机型号、控制模 式等。
调整速度控制环的参数，测试电机的转速 和响应，确保电机能够按照指令要求进
调整位置控制环的参数，测试电机的定位 精度和跟随性能，确保电机能够准确跟踪 指令位置。
02
交流伺服驱动器的调试
调试前的准备工作
01
02
03
了解设备参数
熟悉交流伺服驱动器的规 格、性能参数以及控制要 求，以便更好地进行调试。
检查硬件连接
确保交流伺服驱动器与电 机、编码器等设备的连接 正确、牢固，无短路或断 路现象。
准备调试工具
准备必要的调试工具，如 示波器、万用表、螺丝刀 等，以便在调试过程中进 行测量和调整。
交流伺服驱动ppt课件
伺服连接－输入输出(I/O)接口
HSV系列伺服有六种输出信号：
①伺服使能
②报警清除 ③偏差计数器清零
④指令脉冲禁止 ⑤CCW驱动禁止 ⑥CW驱动禁止
集电极开路输出；
低电平有效。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
动
力 电
S
源T
整 流 器
控 AC220V
制 电
AC220V
开关电源
源
指 令 信 号
直流 P
制动 N
控制平台
交流
逆
U
变 器
V
电
W
机
PG
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
交流伺服驱动器系统电气原理结构图
伺服连接－位置控制方式
脉冲输入接口的两种驱动方式比较：
差分驱动方式的抗干扰能力强于单端驱动方式，推荐 使用，尤其是在信号电缆较长时；
采用单端驱动方式，会使动作频率降低。
根据脉冲量输入电路，驱动电流10～15mA，限定外部
电源最大电压25V的条件，确定电阻R的数值。
经验数据：VCC=24V，R=1.3~2k； VCC=12V，R=510～820Ω； VCC=5V， R=82~120Ω 。
HSV系列伺服产品的发展
模拟、数字混合型 交流伺服驱动
HSV-9型伺服
(三相220V输入)
全数字型交流伺服、主轴驱动器系列
HSV-16型伺服 (三相220V输入, 集成开关电源)
HSV系列伺服有六种输出信号：
①伺服使能
②报警清除 ③偏差计数器清零
④指令脉冲禁止 ⑤CCW驱动禁止 ⑥CW驱动禁止
集电极开路输出；
低电平有效。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
动
力 电
S
源T
整 流 器
控 AC220V
制 电
AC220V
开关电源
源
指 令 信 号
直流 P
制动 N
控制平台
交流
逆
U
变 器
V
电
W
机
PG
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
交流伺服驱动器系统电气原理结构图
伺服连接－位置控制方式
脉冲输入接口的两种驱动方式比较：
差分驱动方式的抗干扰能力强于单端驱动方式，推荐 使用，尤其是在信号电缆较长时；
采用单端驱动方式，会使动作频率降低。
根据脉冲量输入电路，驱动电流10～15mA，限定外部
电源最大电压25V的条件，确定电阻R的数值。
经验数据：VCC=24V，R=1.3~2k； VCC=12V，R=510～820Ω； VCC=5V， R=82~120Ω 。
HSV系列伺服产品的发展
模拟、数字混合型 交流伺服驱动
HSV-9型伺服
(三相220V输入)
全数字型交流伺服、主轴驱动器系列
HSV-16型伺服 (三相220V输入, 集成开关电源)
《交流伺服电动机》PPT课件
此时时 •
•
I k jk I j
•
•
Ek
j Ej
•
•
Uk
jU j
k
k
绕组电压大小与绕组匝数成正比。
Uk 1 Wk
U kW
j
j
两相绕组产生圆形旋转磁场时，加在定子上的
电压分别定义为额定激磁电压Ù jn和额定控制 电状Wj=压 态WÙ。k 时kn ，，并称Uj两n =相U交kn 流伺服电动U机j~Ij 处j于j1E2 j 对称A来自AAB C
D
C
D
B
2. 利用三相电源的任意两相线电压
三相电源三个线电压的位差120°,为了方
便，直接取任意两相线电压使用,若加上系统中 其它元件的相位移,这时加在电动机定子绕组上
的两个电压接近90°的相位差。
RRj
2
j
sR
堵转点（启动点）：
n=0 ，s = 1 ，T=T
o
Td
不同转子电阻特性
Tmax T
d Td
Z
RW
RU
2 j
rR
2W
2
j
s
(
x2 R
r2 R
)
机械特性仿真
为使交流伺服电动机转速从0~ns整个运行
范围内都保证其工作的稳定性，其机械特性在整 个范围内都是下垂的，要具有这样的下垂特性，
交流伺服电动机要有足够大的转子电阻，使sm>1。
是，在实际工作中经常是单相或三相电源，极少
有相移90o的两相电源，这就需要想法使现有的电
源改变成具有相移的两相电源，以满足交流伺服
电动机的需要。
1. 利用三相电源的相电压和线电压构成90°的移相
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II—断续工作区：电机只能够间歇工作。一般情 况指在10分钟的工作周期内，电机有20%~40% 的时间在工作。
III—加减速区：电机只能用于加速或减速，工 作一段极短的时间。
4．120o方波交流电流工作的无刷直流电动机
主电路
波形图
T
TA
TB
TC
V T1
V T3
V T5
iA
a)
A
0
VD1
VD3
VD5
导通 上 管下
1 6
1 2
3 2
iA
f)
e
eB
eC
0
eA
t
①②
③ ④⑤
BC
BA
CA
CB
AB
3
3
5
5
1
2
4
4
6
6
t
t
BA
CA
CB
AB
CB
3
5
5
1
1
4
4
6
6
2
t
0 0 时 ，T1 T3 换 流 时 刻 0 6 0 时 ，T1 T3 换 流 时 刻
9.4 同步电动机交-交自控式变频调速系统 （交流无换向器电机）
a)
0
S f Sf
Ff
KFS FR sin s KF f FR sin f
输出的平 均转矩
b)
④ ⑤ ⑥① ② ③④⑤
T
T BC
c)0 0 0
T d ) 0 60 0
T 0
e) 0 120
TBC TBC
T
f ) 0 180 0 T BC
BC相 导 通 0 0 的 位 置 t
A
if
+
构成
F AC
Ff
a
①
F AB
~
工作原理
②
⑥
VT0 B
VT4 VT6 VT2
C
N
定子磁势
F BC
X
n b
③
F BA
A
T
F CB
S
⑤
c
④
F CA
直流无换向器电机
FS
FR
控制器
BQ
T KFS F f sin sf
矩角特性
T
TCB T AB T AC
TBC TBA TCA TCB T AB
所有谐波都是参与了正常的工作。
c)
TA
t
总输出转矩是其基波分量与所有谐
波分量共同努力的结果。
d)
T
t
应采用正确的测量方法。
5．自控式变频的概念
“自控式”变频—— n 决定 f
“它控式”变频—— f 决定
9.3 同步电动机交-直-交自控式变频调速系统
（直流无换向器电机）
VR
Ld
VT
VT1 VT3 VT5
国产200MW汽轮发电机定子
国产200MW汽轮发电机定子铁心
现场运行的水轮发电机
同步电机的基本工作原理与结构
同步电机的基本工作原理与分类
一、同步发电机的基本工作原理
励磁绕组通入直流电流后建立恒定磁
场，原动机拖动转子以转速 n旋转时，其
磁场切割定子绕组而感应交流电动势 E 0.
频率： f p n 60
全数字式伺服系统 CNC系统与伺服驱动之间传递的信息包括：位置、速度、
扭矩等，伺服驱动装置可独立完成位置控制。
学习总结
A
13 5
13 5
13 5
if
+
I
III
V
~
电抗器
B
IV
VI
II
C
46 2
46 2
46 2
••••••
控制器
BQ
转子转动时的实际情形
I2
E2s r2jx2s
sE2 r2js2x
四、 T形等效电路
等效机械负载的附加电阻
各参数的物理意义：
定子铁耗的等效电阻
定子绕组的电阻r1、漏抗x1
对应主磁通的励磁电抗
Ud
iB
V T4
V T6
V T2
B
VD4
VD6
VD2
区域号 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ① ② ③
C a)
上1 1 3 3 5 5 1 1 3
导通管
下6 2 2 4 4 6 6 2 2
由位置信号（区域号）决定导通管，
iA
这就是“自控式”变频
t
输出的电流是120o
b)
iB
t
的方波交流电流
ic
t
每个谐波都能得到有用的转矩。
转子绕组归算后的电阻r’2、漏抗x’2
图5-19 简化等效电路
U 1
jX1 I1
R 2 s
I 2 I 2
jX2 I2
E 1 R1 I1
I 1
I2
I m
1
E 2
伺服电机选择
• 负载转矩选择伺服电机 • 根据负载惯量选择伺服电机 • 快速移动时的最大转矩 • 电机加减速时的转矩
项目二 进给伺服驱动系统
电磁转矩T
n
同步电机的基本工作原理与结构
同步电机的基本结构
以汽轮发电机为例:
定子铁心：硅钢片叠成。 定子(电枢) 电枢绕组：三相对称绕组——铜线制成
机座：钢板焊接面成，有足够的强度和钢度。
转子
转子铁心：采用整块的含铬、镍和钼的合金钢锻成 励磁绕组：铜线制成 护环：保护励磁绕组受离心力时不甩出 中心环：支持护环，阻止励磁绕组轴向移动 滑环：引励磁电流经电刷、滑环进入励磁绕组
t t
t
逆变器晶闸管的换流
高速时依靠反电势换流 低速用“电流断续法”换流
无换向器电机换流时刻示意图
eA
Id
V T1
A
ik
eA
V T3 B
eB
C V T2
a)
b)
位置码 ④
⑤
⑥
导 通 相 CB AB
AC
c) 0 0 导通 上 5
1
1
管下
6
6
2
d)
iA iB
导 通 相 AB
AC
BC
e) 0 60
项目二 进给伺服驱动系统
单元二 交流伺服驱动系统
一、交流伺服驱动系统的组成
一般闭环伺服系统的结构是一个三环结构系统，外环 是位置环，中环是速度环，内环为电流环。
CNC 位置调节
速度调节
电流调节 转换驱动
M
工作台
电流反馈
G
速度反馈
位置反馈
项目二 进给伺服驱动系统
二、闭环位置控制的实现
插补程序输出ΔX，新的指令位置X+ΔX与计数器中的 实际位置XF进行比较，其差值经增益放大，并由D/A转换为 模拟电压，使工作台向误差减小的方向移动。
插补结果
+ 新指令位置
-
Kc
CNC
接口电路
数模转换
计数器
接受电路
控制软件框图
异步电动机的转动原理
转动原理 定子三相绕组通入三相交流电
vA n0
Y NZ
F
旋转磁场
n0
60f1 p
(转/分 ）C
F
S
B
方向:顺时针
X
切割转子导体 Blv
右手定则
感应电动势 E20
感应电流 I2 旋转磁场
Bli
左手定则
电磁力F
大小： E04.44fN 1kw10
波形：由e B( x可)l知v ，波形取决 于 的B空( x间) 分布。
相序：由转子的转向决定。
发电机的物理过 程可用图示表示
U1
•
W2 •
N
n
•
S
V1
U2
• V2
W1
旋转示意图1 旋转示意图2
项目二 进给伺服驱动系统
2、工作原理
I—连续工作区：转矩和速度的任意组合都可以 长时间工作，转矩基本不变，电机工作在恒转矩 区。
转子
C A
定子绕组
B
机械端口 电端口 定子铁心
返回
返回
1、汽轮发电机结构 （1）定子铁心
返回
返回
1、汽 轮发电 机结构
返回
2、水轮发电机结构
(1)立式水轮发电机
(2)卧式水轮发电机
2、水轮发电机结构转子结构
10000kW水轮机转子
1.发电环节——各种电机 引进600MW汽轮发电机
国产300MW汽轮发电机
III—加减速区：电机只能用于加速或减速，工 作一段极短的时间。
4．120o方波交流电流工作的无刷直流电动机
主电路
波形图
T
TA
TB
TC
V T1
V T3
V T5
iA
a)
A
0
VD1
VD3
VD5
导通 上 管下
1 6
1 2
3 2
iA
f)
e
eB
eC
0
eA
t
①②
③ ④⑤
BC
BA
CA
CB
AB
3
3
5
5
1
2
4
4
6
6
t
t
BA
CA
CB
AB
CB
3
5
5
1
1
4
4
6
6
2
t
0 0 时 ，T1 T3 换 流 时 刻 0 6 0 时 ，T1 T3 换 流 时 刻
9.4 同步电动机交-交自控式变频调速系统 （交流无换向器电机）
a)
0
S f Sf
Ff
KFS FR sin s KF f FR sin f
输出的平 均转矩
b)
④ ⑤ ⑥① ② ③④⑤
T
T BC
c)0 0 0
T d ) 0 60 0
T 0
e) 0 120
TBC TBC
T
f ) 0 180 0 T BC
BC相 导 通 0 0 的 位 置 t
A
if
+
构成
F AC
Ff
a
①
F AB
~
工作原理
②
⑥
VT0 B
VT4 VT6 VT2
C
N
定子磁势
F BC
X
n b
③
F BA
A
T
F CB
S
⑤
c
④
F CA
直流无换向器电机
FS
FR
控制器
BQ
T KFS F f sin sf
矩角特性
T
TCB T AB T AC
TBC TBA TCA TCB T AB
所有谐波都是参与了正常的工作。
c)
TA
t
总输出转矩是其基波分量与所有谐
波分量共同努力的结果。
d)
T
t
应采用正确的测量方法。
5．自控式变频的概念
“自控式”变频—— n 决定 f
“它控式”变频—— f 决定
9.3 同步电动机交-直-交自控式变频调速系统
（直流无换向器电机）
VR
Ld
VT
VT1 VT3 VT5
国产200MW汽轮发电机定子
国产200MW汽轮发电机定子铁心
现场运行的水轮发电机
同步电机的基本工作原理与结构
同步电机的基本工作原理与分类
一、同步发电机的基本工作原理
励磁绕组通入直流电流后建立恒定磁
场，原动机拖动转子以转速 n旋转时，其
磁场切割定子绕组而感应交流电动势 E 0.
频率： f p n 60
全数字式伺服系统 CNC系统与伺服驱动之间传递的信息包括：位置、速度、
扭矩等，伺服驱动装置可独立完成位置控制。
学习总结
A
13 5
13 5
13 5
if
+
I
III
V
~
电抗器
B
IV
VI
II
C
46 2
46 2
46 2
••••••
控制器
BQ
转子转动时的实际情形
I2
E2s r2jx2s
sE2 r2js2x
四、 T形等效电路
等效机械负载的附加电阻
各参数的物理意义：
定子铁耗的等效电阻
定子绕组的电阻r1、漏抗x1
对应主磁通的励磁电抗
Ud
iB
V T4
V T6
V T2
B
VD4
VD6
VD2
区域号 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ① ② ③
C a)
上1 1 3 3 5 5 1 1 3
导通管
下6 2 2 4 4 6 6 2 2
由位置信号（区域号）决定导通管，
iA
这就是“自控式”变频
t
输出的电流是120o
b)
iB
t
的方波交流电流
ic
t
每个谐波都能得到有用的转矩。
转子绕组归算后的电阻r’2、漏抗x’2
图5-19 简化等效电路
U 1
jX1 I1
R 2 s
I 2 I 2
jX2 I2
E 1 R1 I1
I 1
I2
I m
1
E 2
伺服电机选择
• 负载转矩选择伺服电机 • 根据负载惯量选择伺服电机 • 快速移动时的最大转矩 • 电机加减速时的转矩
项目二 进给伺服驱动系统
电磁转矩T
n
同步电机的基本工作原理与结构
同步电机的基本结构
以汽轮发电机为例:
定子铁心：硅钢片叠成。 定子(电枢) 电枢绕组：三相对称绕组——铜线制成
机座：钢板焊接面成，有足够的强度和钢度。
转子
转子铁心：采用整块的含铬、镍和钼的合金钢锻成 励磁绕组：铜线制成 护环：保护励磁绕组受离心力时不甩出 中心环：支持护环，阻止励磁绕组轴向移动 滑环：引励磁电流经电刷、滑环进入励磁绕组
t t
t
逆变器晶闸管的换流
高速时依靠反电势换流 低速用“电流断续法”换流
无换向器电机换流时刻示意图
eA
Id
V T1
A
ik
eA
V T3 B
eB
C V T2
a)
b)
位置码 ④
⑤
⑥
导 通 相 CB AB
AC
c) 0 0 导通 上 5
1
1
管下
6
6
2
d)
iA iB
导 通 相 AB
AC
BC
e) 0 60
项目二 进给伺服驱动系统
单元二 交流伺服驱动系统
一、交流伺服驱动系统的组成
一般闭环伺服系统的结构是一个三环结构系统，外环 是位置环，中环是速度环，内环为电流环。
CNC 位置调节
速度调节
电流调节 转换驱动
M
工作台
电流反馈
G
速度反馈
位置反馈
项目二 进给伺服驱动系统
二、闭环位置控制的实现
插补程序输出ΔX，新的指令位置X+ΔX与计数器中的 实际位置XF进行比较，其差值经增益放大，并由D/A转换为 模拟电压，使工作台向误差减小的方向移动。
插补结果
+ 新指令位置
-
Kc
CNC
接口电路
数模转换
计数器
接受电路
控制软件框图
异步电动机的转动原理
转动原理 定子三相绕组通入三相交流电
vA n0
Y NZ
F
旋转磁场
n0
60f1 p
(转/分 ）C
F
S
B
方向:顺时针
X
切割转子导体 Blv
右手定则
感应电动势 E20
感应电流 I2 旋转磁场
Bli
左手定则
电磁力F
大小： E04.44fN 1kw10
波形：由e B( x可)l知v ，波形取决 于 的B空( x间) 分布。
相序：由转子的转向决定。
发电机的物理过 程可用图示表示
U1
•
W2 •
N
n
•
S
V1
U2
• V2
W1
旋转示意图1 旋转示意图2
项目二 进给伺服驱动系统
2、工作原理
I—连续工作区：转矩和速度的任意组合都可以 长时间工作，转矩基本不变，电机工作在恒转矩 区。
转子
C A
定子绕组
B
机械端口 电端口 定子铁心
返回
返回
1、汽轮发电机结构 （1）定子铁心
返回
返回
1、汽 轮发电 机结构
返回
2、水轮发电机结构
(1)立式水轮发电机
(2)卧式水轮发电机
2、水轮发电机结构转子结构
10000kW水轮机转子
1.发电环节——各种电机 引进600MW汽轮发电机
国产300MW汽轮发电机