数控机床主轴电气控制(1)

u
0
?t
(b) 等 效 SPW M 波 形
图 与正弦波等效的等幅不 等宽的矩形脉冲波形
因而这个序 数控机床主轴电气控制(1)
VT1
VT3
VT5
Us/2
O’
VT4
VT6
VT2
Us/2
图 SPWM变压变频器主电路原理图
U
VM
3~
W
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SPWM控制方式
单极性控制方式 如果在正弦调制波的半个周期内，三角载波只在正或负的一
风扇
作用 将整流桥、逆变器产生的热量散发出去
检测散热器温度，确保模块工作在允许温度环境下 配合散热器，将变频器内部的热量带走，有直流风扇 （24V)和交流风扇两种
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矢量控制的基本思路
通过坐标变换，将异步电动 机等效成直流电动机，模仿直 流电动机的控制策略，实现将 异步电动机像直流电动机一样 的控制！
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～
整流部分
储能环节
逆变部分
M
交流
直流
直流
交流
控制系统
整流器：将交流电变换成直流的电力电子装置，其输入电压为正弦波，输入电流非 正弦，带有丰富的谐波
逆变器：将直流电转换成交流电的电力电子装置，其输出电压为非正弦波，输出电 流近似正弦
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类别 整流部分1
种极性范围内变化，所得到的SPWM波也只处于一个极性的范围内 双极性控制方式
如果在正弦调制波半个周期内，三角载波在正负极性之间连 续变化，则SPWM波也是在正负之间变化
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SPWM调制方式
1.同步调制：在改变fr的同时成正比地改变f1，使载波比N=常数，
这就是同步调制。
2.异步调制：为了消除同步调制的缺点，在异步调制中，在变频
|Te* ||Te | =-1
（增加磁链） （减小磁链） （增加转矩） （减小转矩）
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电磁转矩模型
Tep( 1i1 1i1)
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定子磁链模型
在 坐标下写出如下关系式
1(u1R1i1)dt 1(u1R1i1)dt
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直接控制与矢量控制的较
tt 数控机床主轴电气控制(1) 1r
定子磁链矢量 的轨迹将按下列公式 规律变化。这样，可 以通过控制定子电压 空间矢量来控制定子 磁链的幅值和旋转速 度，从而在保持磁通 恒定的情况下改变磁
通角 的大小达到改变
转矩的目的
s
t2
s(t2)s(t1)t1usdt
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直接转矩控制原理图
直流／交流
vv*
二相／三相
变换
vw*
三相／二相 交流／直流
变换
பைடு நூலகம்
电机电流
iu iv
iw
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电机频率
直接转矩控制的特点
➢控制思想简单 ➢控制系统简洁明了 ➢动、静态性能优良
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在转矩公式中， 为定子磁链和转子磁链 之间的夹角，称为磁通角。在控制过程 中，为了充分利用铁心，应保持定子磁 链的幅值为额定值，而转子磁链是由负 载决定的，不能突变，因此要改变转矩 的大小，可以通过改变磁通角来实现。
逆变部分2
主
回
制动部分 3/4
路
上电缓冲6
储能部分5
控 键盘7 制 回 路 控制电路8
作用
将工频交流变成直流，输入无相序要 求
将直流转换为频率电压均可变的交流 电，输出无相序要求
消耗过多的回馈能量，保持直流母线 电压不超过最大值
降低上电冲击电流，上电结束后接触 器自动吸合，而后变频器允许运行
保持直流母线电压恒定，降低电压脉 动
变 控制回路接口 频 开关量输入 器 开关量输出 接 编码器接口 口
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u SPWM
正弦脉宽调制原 理
所谓正弦脉宽调 制（SPWM）波 形，就是与正弦 波等效的呈两边 窄中间宽的一系 列等幅不等宽的 矩形脉冲波形。
等效的原则是每 一区间的面积相 等。
0
?t
(a) 正 弦 波 波 形
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变频器工作原理
各国使用的交流供电电源，无论是用 于家庭还是用于工厂，其电压和频率均 200V/60Hz（50Hz）或100V/60Hz （50Hz）。通常，把电压和频率固定不变 的交流电变换为电压或频率可变的交流电 的装置称作“变频器”。为了产生可变的 电压和频率，该设备首先要把三相或单相 交流电变换为直流电（DC）。然后再把直 流电（DC）变换为三相或单相交流电 （AC），我们把实现这种转换的装置称为 “变频器”（inverter）。
磁链指令由函数发生器获得。励磁指令在额定转速以下，使它
保持常数，超过额定转速时，则给出弱磁定子磁链值。电磁转 矩和定子磁链的实际值有定子电压、电流检测值经过转换，通 过电磁转矩模型和磁链模型计算而得。 开关状态的选择规则如下：
| s* || s | =1 | s* || s | =0
|Te* ||Te | =1
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三相-两相坐标变换（3/2变换）
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牵引异步电机矢量控制框图
励磁电流
指令id *
转矩电流 电流
指令iq* 控制
id1*
vd *
电压
iq1*
矢量
vq*
计算
逆变器
频率 fi
转差
相位
频率 计算
fS
fr
计算
励磁电流 id 转矩电流 iq
三相电压指令
vu *
对变频器参数进行调试和修改，并实 时监控变频器状态
交流电机控制算法生成，外部信号接 收处理及保护
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主要构成器件 整流桥
IGBT 单管IGBT 和制动电阻, 大功率制动单元外置 限流电阻和接触器
电解电容和均压电阻
MCU(单片机）
DSP(或两个MCU）
类别
散热器 结 构 温度传感器 件
定子磁链 s 电磁转矩 T
数控机床主轴电气控制(1)
总的来说，直接转矩控制就是通过对定子 电压空间矢量的控制达到以下两个目的： ➢ （1）维持定子磁链幅值的恒定 ➢ （2）控制定子磁链旋转速度的大小
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电压型逆变器供电
用电压型逆变器供电的交流调速系统如下图
所示，假设逆变器的功率开关器件用开关SA、
SB、SC来代替，并且当上臂开关接通时为1，
下臂开关接通时为0。每一个桥臂的上下两个
开关是互补动作的，则定子各相电压对中心
点分别为
或12 U者d
。1
2Ud
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直接转矩控制系统图
数控机床主轴电气控制(1)
在控制系统中，转矩指令由速度调节器获得
T e * K p (r *r) K I (r *r)dt