數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝置
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)
控制系統(tǒng)
數(shù)控機(jī)床的開環(huán)系統(tǒng)通常使用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。如圖所示表示了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)的連接方式惋戏。其中控制脈沖由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出炮捧。
環(huán)形分配器
來自數(shù)控系統(tǒng)的脈沖信號必須通過環(huán)行分配器才能使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定子繞組依次通電,環(huán)形分配器是用于控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的通電運(yùn)行方式的笤闯,其作用就是將數(shù)控裝置送來的一系列指令脈沖按照一定的順序和分配方式堕阔,控制各相繞組的通電和斷電。如圖表示了四相電動(dòng)機(jī)環(huán)形分配器的基本輸入輸出信號颗味。
功率放大器(1)
功率放大器的作用是將來自于環(huán)形分配器的信號放大至幾安培到十幾安培的電流超陆,送至步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的各繞組。
功率放大器(2)
如圖所示是一種單電壓供電電動(dòng)機(jī)一個(gè)繞組的功放電路鹃改,它由光電耦合器战架、限流功率電阻以及大功率晶體管組成。
功率放大器(3)
功放電路的輸入為環(huán)行分配器輸出的一相繞組控制信號Vsr侦萍,當(dāng)Vsr為“1”時(shí)咸壮,光電耦合器GD中的發(fā)光二極管截止,GD中的光敏三極管輸出也截止均壳,因此大功率三極管VT基極有了驅(qū)動(dòng)電流漆究,60V電壓經(jīng)繞組L、18Ω限流電阻以及大功率三極管VT形成通路拔翠,由于電感L的影響钉榔,繞組電流I按指數(shù)上升,達(dá)到穩(wěn)定值3.3A。當(dāng)Vsr變?yōu)椤?”時(shí)怪褐,發(fā)光二極管導(dǎo)通溜勃,因此,光敏三極管也受光而導(dǎo)通蝠欲,具導(dǎo)通電壓一般小于1V廉丽,這樣大功率三極管VT必然截止,繞組斷電妻味。由于繞組的電感效應(yīng)正压,在斷電時(shí)繞組兩端會(huì)產(chǎn)生很大的感應(yīng)電勢,因此在繞組兩端并聯(lián)100Ω電阻和二極管D责球,形成放電回路焦履,使繞組電流按指數(shù)下降。
功率放大器(4)
高低壓驅(qū)動(dòng)電路特點(diǎn)是高壓充電雏逾,低壓維持嘉裤。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的繞組每次通電時(shí),首先接通高壓栖博,以保征電流以較快的速度上升屑宠,然后改由低壓供電,維持繞組中的電流為額定值仇让。通常高壓導(dǎo)通時(shí)間固定在100~600μs之間的某一值(用符號tH表示)典奉,如圖所示為其驅(qū)動(dòng)原理框圖。
功率放大器(5)
當(dāng)環(huán)形分配器的某相繞組控制信號Vsr由低變高時(shí)丧叽,通過前置放大卫玖,大功率晶體管VTd導(dǎo)通。同時(shí)宴忱,單穩(wěn)態(tài)電路輸出一個(gè)固定寬度tH的高電平脈沖信號辐胆,在此tH期間大功率三極管VTg導(dǎo)通.高壓(VH)供電電流經(jīng)VTg、電阻R巾妇、電動(dòng)機(jī)繞組(電感L)瘪叉、VTd快速上升,當(dāng)單穩(wěn)電路所規(guī)定的時(shí)間tH結(jié)束呕豪,VTg即截止,此時(shí)由于二極管D1的作用榆眷,自然改由低壓VL供電糯档,維持繞組所需的額定電流。當(dāng)環(huán)形分配器輸出電平Vsr由高變低時(shí)屡旺,VTg蜡幼、、VTd三極管截止,但由于繞組電流不能突變嗓万,因此電流回路自然改為VL→D1→R→L→D2→VH邦鲫,以所加VL- VH的負(fù)電壓迅速衰減至零。
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置與數(shù)控裝置的連接
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置分為兩類神汹。一類是驅(qū)動(dòng)裝置本身包含有環(huán)形分配器庆捺,稱為硬環(huán)分,數(shù)控裝置發(fā)出脈沖屁魏,每一個(gè)脈沖對應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)固定的角度滔以。另一類是驅(qū)動(dòng)裝置沒有環(huán)形分配器,環(huán)形分配器需由數(shù)控裝置中的軟件來完成氓拼,稱為軟環(huán)分你画,由數(shù)控裝置直接控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)各繞組的通斷電。硬件環(huán)行分配器驅(qū)動(dòng)與數(shù)控裝置的連接如圖所示桃漾。
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的使用(1)
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)無積累誤差 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置接受來自數(shù)控機(jī)床的脈沖指令坏匪,控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的通電順序,將脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移撬统,角位移與脈沖數(shù)成嚴(yán)格的比例關(guān)系适滓,無積累誤差。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 前面已經(jīng)討論過宪摧,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)頻率不能超過其最高起動(dòng)頻率助潭。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與控制脈沖頻率成正比,改變控制脈沖的頻率连欲,可以在很寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速打且。
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的使用(2)
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的換向
改變步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子繞組的通電順序,可以方便地控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)椅损,
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)
在沒有控制脈沖輸入時(shí)帘战,只要維持繞組電流不變,電動(dòng)機(jī)即可有電磁力矩維持其定位位置吉挎,不需要附加機(jī)械制動(dòng)裝置斑永。
控制系統(tǒng)
數(shù)控機(jī)床的開環(huán)系統(tǒng)通常使用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。如圖所示表示了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)的連接方式惋戏。其中控制脈沖由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出炮捧。
環(huán)形分配器
來自數(shù)控系統(tǒng)的脈沖信號必須通過環(huán)行分配器才能使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定子繞組依次通電,環(huán)形分配器是用于控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的通電運(yùn)行方式的笤闯,其作用就是將數(shù)控裝置送來的一系列指令脈沖按照一定的順序和分配方式堕阔,控制各相繞組的通電和斷電。如圖表示了四相電動(dòng)機(jī)環(huán)形分配器的基本輸入輸出信號颗味。
功率放大器(1)
功率放大器的作用是將來自于環(huán)形分配器的信號放大至幾安培到十幾安培的電流超陆,送至步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的各繞組。
功率放大器(2)
如圖所示是一種單電壓供電電動(dòng)機(jī)一個(gè)繞組的功放電路鹃改,它由光電耦合器战架、限流功率電阻以及大功率晶體管組成。
功率放大器(3)
功放電路的輸入為環(huán)行分配器輸出的一相繞組控制信號Vsr侦萍,當(dāng)Vsr為“1”時(shí)咸壮,光電耦合器GD中的發(fā)光二極管截止,GD中的光敏三極管輸出也截止均壳,因此大功率三極管VT基極有了驅(qū)動(dòng)電流漆究,60V電壓經(jīng)繞組L、18Ω限流電阻以及大功率三極管VT形成通路拔翠,由于電感L的影響钉榔,繞組電流I按指數(shù)上升,達(dá)到穩(wěn)定值3.3A。當(dāng)Vsr變?yōu)椤?”時(shí)怪褐,發(fā)光二極管導(dǎo)通溜勃,因此,光敏三極管也受光而導(dǎo)通蝠欲,具導(dǎo)通電壓一般小于1V廉丽,這樣大功率三極管VT必然截止,繞組斷電妻味。由于繞組的電感效應(yīng)正压,在斷電時(shí)繞組兩端會(huì)產(chǎn)生很大的感應(yīng)電勢,因此在繞組兩端并聯(lián)100Ω電阻和二極管D责球,形成放電回路焦履,使繞組電流按指數(shù)下降。
功率放大器(4)
高低壓驅(qū)動(dòng)電路特點(diǎn)是高壓充電雏逾,低壓維持嘉裤。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的繞組每次通電時(shí),首先接通高壓栖博,以保征電流以較快的速度上升屑宠,然后改由低壓供電,維持繞組中的電流為額定值仇让。通常高壓導(dǎo)通時(shí)間固定在100~600μs之間的某一值(用符號tH表示)典奉,如圖所示為其驅(qū)動(dòng)原理框圖。
功率放大器(5)
當(dāng)環(huán)形分配器的某相繞組控制信號Vsr由低變高時(shí)丧叽,通過前置放大卫玖,大功率晶體管VTd導(dǎo)通。同時(shí)宴忱,單穩(wěn)態(tài)電路輸出一個(gè)固定寬度tH的高電平脈沖信號辐胆,在此tH期間大功率三極管VTg導(dǎo)通.高壓(VH)供電電流經(jīng)VTg、電阻R巾妇、電動(dòng)機(jī)繞組(電感L)瘪叉、VTd快速上升,當(dāng)單穩(wěn)電路所規(guī)定的時(shí)間tH結(jié)束呕豪,VTg即截止,此時(shí)由于二極管D1的作用榆眷,自然改由低壓VL供電糯档,維持繞組所需的額定電流。當(dāng)環(huán)形分配器輸出電平Vsr由高變低時(shí)屡旺,VTg蜡幼、、VTd三極管截止,但由于繞組電流不能突變嗓万,因此電流回路自然改為VL→D1→R→L→D2→VH邦鲫,以所加VL- VH的負(fù)電壓迅速衰減至零。
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置與數(shù)控裝置的連接
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置分為兩類神汹。一類是驅(qū)動(dòng)裝置本身包含有環(huán)形分配器庆捺,稱為硬環(huán)分,數(shù)控裝置發(fā)出脈沖屁魏,每一個(gè)脈沖對應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)固定的角度滔以。另一類是驅(qū)動(dòng)裝置沒有環(huán)形分配器,環(huán)形分配器需由數(shù)控裝置中的軟件來完成氓拼,稱為軟環(huán)分你画,由數(shù)控裝置直接控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)各繞組的通斷電。硬件環(huán)行分配器驅(qū)動(dòng)與數(shù)控裝置的連接如圖所示桃漾。
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的使用(1)
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)無積累誤差 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置接受來自數(shù)控機(jī)床的脈沖指令坏匪,控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的通電順序,將脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移撬统,角位移與脈沖數(shù)成嚴(yán)格的比例關(guān)系适滓,無積累誤差。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 前面已經(jīng)討論過宪摧,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)頻率不能超過其最高起動(dòng)頻率助潭。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與控制脈沖頻率成正比,改變控制脈沖的頻率连欲,可以在很寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速打且。
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的使用(2)
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的換向
改變步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子繞組的通電順序,可以方便地控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)椅损,
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)
在沒有控制脈沖輸入時(shí)帘战,只要維持繞組電流不變,電動(dòng)機(jī)即可有電磁力矩維持其定位位置吉挎,不需要附加機(jī)械制動(dòng)裝置斑永。
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