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工控伺服驅動器


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伺服驅動器(servo drives)又稱為“伺服控制器”、“伺服放大器”

是用來控制伺服電機的一種控制器,其作用類似於變頻器作用於普通交流馬達,屬於伺服系統的一部分,主要應用於高精度的定位系統。一般是通過位置、速度和力矩三種方式對伺服電機進行控制,實現高精度的傳動系統定位,目前是傳動技術的高端產品。

伺服驅動器被應用於工業機器人及數控加工中心等自動化設備中。

在伺服驅動器速度閉環中,電機轉子實時速度測量精度對於改善速度環的轉速控制動靜態特性至關重要。為尋求測量精度與系統成本的平衡,一般採用增量式光電編碼器作為測速傳感器,與其對應的常用測速方法為M/T測速法。

M/T測速法雖然具有一定的測量精度和較寬的測量範圍,但這種方法有其固有的缺陷,主要包括:1)測速周期內必須檢測到至少一個完整的碼盤脈衝,限制了最低可測轉速;

2)用於測速的2個控制系統定時器開關難以嚴格保持同步,在速度變化較大的測量場合中無法保證測速精度。因此應用該測速法的傳統速度環設計方案難以提高伺服驅動器速度跟隨與控制性能。

工作原理

目前主流的伺服驅動器均採用數字信號處理器(DSP)作為控制核心,可以實現比較複雜的控制演算法,實現數字化、網絡化和智慧化。功率器件普遍採用以智慧功率模塊(IPM)為核心設計的驅動電路,IPM內部集成了驅動電路,同時具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測保護電路,在主迴路中還加入軟啟動電路,以減小啟動過程對驅動器的衝擊。功率驅動單元首先通過三相全橋整流電路對輸入的三相電或者市電進行整流,得到相應的直流電。經過整流好的三相電或市電,再通過三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來驅動三相永磁式同步交流伺服電機。功率驅動單元的整個過程可以簡單的說就是AC-DC-AC的過程。整流單元(AC-DC)主要的拓撲電路是三相全橋不控整流電路。

基本要求

伺服進給系統的要求

1、調速範圍寬

2、定位精度高

3、有足夠的傳動剛性和高的速度穩定性

4、快速響應,無超調

為了保證生產率和加工質量,除了要求有較高的定位精度外,還要求有良好的快速響應特性,即要求跟蹤指令信號的響應要快,因為數控系統在啟動、制動時,要求加、減加速度足夠大,縮短進給系統的過渡過程時間,減小輪廓過渡誤差。

5、低速大轉矩,過載能力強

一般來說,伺服驅動器具有數分鐘甚至半小時內1.5倍以上的過載能力,在短時間內可以過載4~6倍而不損壞。

6、可靠性高

要求數控機床的進給驅動系統可靠性高、工作穩定性好,具有較強的溫度、濕度、振動等環境適應能力和很強的抗干擾的能力。

對電機的要求

1、從最低速到最高速電機都能平穩運轉,轉矩波動要小,尤其在低速如0.1r/min或更低速時,仍有平穩的速度而無爬行現象。

2、電機應具有大的較長時間的過載能力,以滿足低速大轉矩的要求。一般直流伺服電機要求在數分鐘內過載4~6倍而不損壞。

3、為了滿足快速響應的要求,電機應有較小的轉動慣量和大的堵轉轉矩,並具有盡可能小的時間常數和啟動電壓。。

4、電機應能承受頻繁啟、制動和反轉。

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