项目驱动单元 12

直流伺服电动机及其速度控制

12.1 学习与实训目标

• 1 ．通过学习掌握直流伺服电动机工作原理和特性。

• 2 ．通过学习掌握直流电动机的速度控制， PWM 的脉宽调制。

• 3 ．掌握 NNC-R1A 数控机床综合实验台 14 个模块与 CK0628S 车床连接。

12. 3 任务驱动的相关知识任务学习 1 　直流主轴电动机的工作原理和特性

主轴电动机

主轴电动机应具备的性能 :（ 1 ）电动机功率要大，且在大的调速范围内速度要稳定，恒功率调速范围宽。（ 2 ）在断续负载下电动机转速波动要小。（ 3 ）加速、减速时间短。（ 4 ）温升底，噪声和振动小，可靠性高，寿命长。（ 5 ）电动机过载能力强。

直流主轴电动机与直流伺服电动机的主要区别

任务学习 2 　直流伺服电动机的工作原理与特性

1 ．伺服电动机伺服电动机的性能

从低速到最高速，伺服电动机都能平滑运转，转矩波动要小，尤其在低速或更低速时，仍有平衡的速度而无爬行现象。

伺服电动机应具有较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。

为了满足快速响应的要求，伺服电动机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和起动电压。

伺服电动机应具有承受频繁起动、制动和正、反转能力。

（ 1 ）直流伺服电动机

图 12-1 直流伺服电动机的结构

① 小惯量直流伺服电动机

② 宽调速直流伺服电动机

能承受的峰值电流和过载能力高具有大的力矩／惯量比，快速性好 低速时输出力矩大 调速范围大 转子热容量大

发热极限

速度极限

连续工作区

断续工作区

去磁极限

瞬时换向极限

无火花换向极限

n

图 12-2 大惯量直流伺服电动机的机械特性

TTmaxTr

nmax

O

速加

区别

任务学习 3 　直流电动机的速度控制

1 ．晶闸管直流调速控制

驱动装置用来调节直流电动机的速度，一般它应该具有两部分功能——控制和驱动 。

（ 1 ）直流电动机的调速原理

图 12-3 他励直流电动机的原理图

（ 1 ）改变电枢电压 U ；（ 2 ）改变励磁电流 If 以改变励磁磁通 Φ ；（ 3 ）改变电枢回路电阻 Rd 。

他励直流电动机的调速方式：

ΦN ＞ Φ1 ＞ Φ2

图 12-4 直流电动机调速机械特性 .

n

O O

n02

n01

n0N

n01

n02

n0N

UN ＞ U1 ＞ U2

TN T TN T

UN

U1

U2

nN

n1

n2

n1

n2

nN

ΦN

Φ1

Φ2

n0

△nN

(a) 调压调速 (b) 调磁调速

（ 2 ）调速指标

一个调速系统的好坏，可用静态调速指标和动态调速指标来衡量。

静态调速指标要求电力拖动自动控制系统在最高和最低转速的范围内平滑地调节转速，并且要求在不同的转速下运行时，速度稳定。

① 调速范围 min

max

n

nD

② 静差率 %1000

n

nS N

2 ．晶闸管—直流电动机调速系统

（ 1 ）晶闸管—直流电动机开环控制系统输出量

控制器输入量 控制量 被控对象

（电动机）

图 12-5 开环控制系统

（ 2 ）晶闸管—直流电动机闭环控制系统

－

图 12-6 闭环控制系统的构成

输出量控制量偏差量 控制器 被控对象

测量元件反馈信号

+

所谓反馈（ Feedback ）即是将检测到的输出量送回到系统的输入端，并与输入信号相比较的过程。若反馈信号与输入信号相减，称之为负反馈（ Negative feedback ）；反之，若信号相加，称之为正反馈（ Positive feedback, or regenerative feedback ）。

（ 3 ）晶闸管—直流电动机调速系统

①基本原理

M

++

++

++

++

－

－

－－

放大器 触发器

TG

Uk Ud

Uf KS

UP

UBR

∆U

Ia

L

KP

++

－

图 12-7 晶闸管直流调速系统原理框图

α

② 控制电路

=

UI

=

M

～

～

＋

＋－

－UP

Uf

Ui

Uct

UdASR ACR

TG

图 12-8 转速、电流双闭环控制电路框图

（ 4 ）直流主轴电动机的调压调磁控制

直流主轴电动机在恒转矩控制时为调压调速，在恒功率控制时为调磁调速，这就要求控制电路具有调压调磁的控制功能

图 12-9 直流主轴电动机控制系统框图

电流设定

电流调节

电流调节

电压反馈

速度调节速度指令 驱动

放大

M

TG

＋ ＋

＋

－ －

－

（ 4 ）直流主轴电动机的调压调磁控制

TSA

VCMDGND

PRDY1PRDY2ENBL1

ENBL2VRDY1

VRDY2OVL1OVL2

CNC系统

伺服变压器

伺服单元FANUC SCR － D

M

图 12-10 FANUC 主轴晶闸管驱动装置连接图

A1A1 A2

U

V

W

～ 380V

TSB

200U

200V200W18A

0T

18BTOH1TOH2

RST

驱动装置具有多种自动保护线路，报警保护措施有： （ 1 ）一般过载保护 （ 2 ）过流保护 （ 3 ）失控保护

2 ．晶体管直流脉宽调制驱动装置 与晶闸管直流调速相比的优点：

① 主电路所需的孤立元件少

② 控制线路简单

③用工作于开关状态的晶体管放大器作为功率输出级，电路中的晶体管仅工作在两种状态，即饱和导通和截止状态。

④晶体管的开关频率可以选得很高，仅靠电枢的滤波作用就可以获得脉动很小的直流电流

⑤由于开关频率高，若与快速响应的电动机相配合，则系统可以获得很宽的频带，因此系统的快速响应好，动态抗负载干扰的能力强。

（ 1 ） PWM系统功率转换电路+

VT1

VT2

VT3

VT4

VD1

VD2 VD4

VD3

A BC M

ub1

ub2

ub3

ub4US

－

－+

图 12-12 电动机电枢电压波形图

tt1 T

－ US

US

U

UaV

0

图 12-11 H型 PWM 系统功率转换电路

控制方式

电动机转向

0≤t＜ t1 t1≤t＜ T负载电压系数范围 ρ=UAB/US开关状况 UAB 开关状况 UAB

双极式

正转 V1 、 V4导通 V2 、 V3截止 ＋ US

V1 、 V4截止VD2 、 VD3 续流 － US 0≤ρ≤1

反转VD1 、 VD4 续流V2 、 V3截止

＋ US

V1 、 V4截止V2 、 V3导通 － US － 1≤ρ≤0

单极式

正转V1 、 V4导通V2 、 V3截止

＋ US

V2导通 VD2 续流V1 、 V3截止

V2 不通0 0≤ρ≤1

反转V3导通 VD1 续流V2 、 V4截止

V1 不通0

V2 、 V3导通V1 、 V4截止

－ US － 1≤ρ≤0

表 12-1 双极式和单极式可逆PWM变换器的比较表

（ 2 ） PWM系统的脉宽调制

图 12-13 转速电流双闭环 PWM 控制电路

M

PG

UP

Uf

uC

ut

＋－ －

＋

速度负反馈

电流负反馈

截流保护

电源

速度调节器

电流调节器

调制波发生器

脉宽调制器

功率放大器

逻辑延时电路

电路中，速度调节器 ASR 和电流调节器 ACR 的作用与晶闸管控制电路中的 ASR 和 ACR相同。截流保护的目的是防止电动机过载时流过功率晶体管或电枢电流过大。

① 脉宽调制器

脉宽调制

方波发生器 三角波发生器（产生三角载波）

输出 PWM 波电流反馈值

电流设定值

PI 调节器

IC1:CLM324

IC1:BLM324

IC1:ALM324

IC1:DLM324

R1

R2

R3

RF

R

R4R5

R6

R7

R8 R9 R10

R11

R12

VD1

VD2

VD3

VD4

US

UC

Ut

Ut＋ U1

UtU

Uo

O

O

O

O

t

t

tt

U1

C1

C2

C3

ia

① 脉宽调制器

比较器 IC1-C的作用是把输入的三角波信号 Ut和控制信号 Uc相加输出脉宽调制方波

图 12-15 PWM 脉宽调制波形图

t

tt

tt

tO

O

O

O O

O

t ttO O O

UCUC

UC

UsUsUs

Uc＋ Ut Uc＋ Ut Uc＋ Ut

tt

tO O O

Ut Ut Ut

T T T

+Ut/2

－ Ut/2

(a) (b) (c)

②逻辑延时电路

+

VT1

VT2

VT3

VT4

VD1

VD2 VD4

VD3

AB

C M

ub1

ub2

ub3

ub4

US

－

－+

图 12-12 电动机电枢电压波形图

tt1 T

－ US

US

U

UaV

0

图 12-11 H型 PWM 系统功率转换电路

逻辑延时电路就是保证在向一个管子发出关断脉冲后，延时一段时间，再向另一个管子发出开通脉冲。

（ 2 ） FANUC PWM直流进给驱动

图 12-16 FANUC PWM直流进给驱动框图

项目驱动单元 13

数控铣床系统的接线

13.1 学习与实训目标• 1 ．掌握交流伺服电动机的分类和特点。了解三相交流永磁同步电动机的结构。

• 2 ．掌握交流伺服系统的性能参数，交流伺服电动机的调速原理。

• 3 ．了解 NNC-R2 数控铣床综合实验台的组成和电缆连接；掌握西门子 802S baseline 系统的构成，连接铣床综合实验台与 XK160P 7 个模块。

13. 3 任务驱动的相关知识任务学习 1 　交流伺服电动机的概述

异步型交流伺服电动机

1 ．交流伺服电动机的分类和特点

同步型交流伺服电动机

数控机床用于进给驱动的交流伺服电动机大多采用三相交流永磁同步电动机。

2 ．交流伺服电动机的结构

图 13-1 西门子 1FT5三相交流永磁同步电动机的结构简图

图 13-2 交流伺服电动机机械特性曲线

连续工作区

断续工作区

T

n

O

交流伺服电动机的主要特性参数

（ 1 ）额定功率 （ 2 ）额定转矩

（ 3 ）额定转速 （ 4 ）瞬时最大转矩

（ 5 ）最高转速 （ 6）电动机转子惯量

随着直线电动机技术的发展，直线电动机有应用在进给驱动中的趋势。

4

驱动电源位置检测信号

12

3

图 13-3 直线电动机结构组成

交流主轴电动机采用三相交流异步电动机。

3 ．交流主轴电动机

图 13-4 西门子 1PH5交流主轴电动机

主轴驱动目前主要有两种形式：一是主轴电动机带齿轮换档变速，以增大传动比，放大主轴功率，满足切削加工的需要；二是主轴电动机通过同步齿形带驱动主轴，该类主轴电动机又称宽域电动机或强切削电动机，具有恒功率宽、调速比大等特点。

任务学习 2 　交流伺服系统的性能参数

1 ．稳态性能：稳态性能就是指在到达新的稳态后，实际状态与期望状态之间的偏差程度

影响稳定精度的因素 : 一是位置测量的误差 ; 二是系统误差 （ 1 ）典型输入信号

①位置阶跃输入

②位置斜坡输入

③扰动输入 图 13-5 典型输入信号

（ a ）阶跃输入 （ b ）斜坡输入

R(t) R(t)

A

0 0 t t

（ 2 ）稳态误差

由自动控制理论可知 ,一阶无差系统（也称Ⅰ型系统）对于位置阶跃给定输入的稳态误差为零，而对斜坡给定输入或扰动输入的稳态误差不等于零；而二阶无差系统（也Ⅱ称型系统）则对上述三种输入的稳态误差都等于零。

图 13-6 斜坡输入的响应曲线

1 －位置命令输入曲线 R(t) 2 －实际运动位置曲线 C(t)

(a)Ⅰ型系统

(b)Ⅱ型系统

t

t

te

te

ti

ta

te

/

2

命令位置 实际位置

R(t) R(t)C(t) C(t)

CeCe

Ci

Ci

/

112

Ei

2 ．动态性能

动态就是控制系统从一个稳态向新的稳态转变的过度过程。 （ 1 ）对给定输入的跟随性能指标

①上升时间 tr

② 调节时间 ts

③调节量MP％

④振荡次数 N 图 13-7 动态跟随过程曲线

（ 2 ）对扰动输入的抗干扰性能指标

图 13-8 突加负载后转速的扰动响应曲线

① 最大动态速度 Δnm

②恢复时间 tP

抗干扰性能是指：当系统的给定输入不变时，在受到阶跃扰动后，克服扰动的影响而自行恢复的能力。

3 ．伺服系统参数

数控机床伺服系统由位置环和速度环组成 ，位置环的参数调整可通过系统上的 CRT/MDI 操作进行参数设置，由系统软件进行控制；速度环的参数调整可通过驱动装置上的调节电位器或参数设定来调整。

（ 1 ）增益调整

一般将 KV＜ 20的伺服系统称为低增益或软伺服系统。而把KV＞ 20的伺服系统称为高增益或硬伺服系统。用于轮廓加工的连续控制应选用高增益系统，而低增益系统多用于点位控制。

（ 2 ）调速范围

表 13 － 1 SINUMERIK810系统伺服参数

机床数据号 含 义 允许值 标准值 单位

MD252* KV增益 0～ 10000 1666 0.01/s

MD260* 复合增益 0～ 64000 2700 1000μm/min

MD276* 加速度 0～ 2000 50 10000μm/min

MD280* 最大进给速度 0～ 44000 10000 1000μm/min

MD332* 轮廓监控公差带 0～ 32000 1000 —

图 13-9 SINUMERIK 810 伺服监控 CRT显示

JOG

AXIS SERVICE DATA 1

－ CH1

Following error

Absolute actual value

Set value

Set speed (VELO)

Return value

Segment Value

Contour deviation

Status absolute submodul

OFL

2000

200000

20200

8192

20

24

2

0

0

名称 单位 说明

跟随误差Following error

位控分辨力 指令位置值与实际位置之间的差值

绝对实际值Absolute actual value

位控分辨力 轴的实际位置

指令值Set value

位控分辨力 根据编程所指定的目标位置

指令速度Set speed

VELO1 VELO=1.22mV 由位置偏差转换成的速度指令模拟电压

实际增量Return value

位控分辨力 在每个采样周期中，从测量系统来经倍频后的脉冲数

指令增量Segment Value

位控分辨力 在每个插补周期中输出到位置控制器的脉冲数

轮廓偏差Contour deviation

位控分辨力 由于跟随误差的变化而引起的轮廓偏差

OFL — 脉冲输入频率超过计数器频率，则置“ 1”

表 13-2 SINUMERIK810伺服监控说明

4 ．全数字式伺服系统

（ 1 ）全数字式伺服系统的构成

混合式伺服系统是位置环用软件控制，速度环和电流环用硬件控制。 在全数字式伺服系统中， CNC系统直接将插补运算得到的位置指令以数字信号的形式传送给伺服驱动装置，伺服驱动装置本身具有位置反馈和位置控制功能，独立完成位置控制。

图 13-10 全数字式伺服系统

CNC SM PG伺服驱动装置

CNC与伺服驱动之间通过通信联系，传递如下信息：（ 1 ）位置指令和实际位置；（ 2 ）速度指令和实际速度；（ 3 ）扭矩指令和实际扭矩；（ 4 ）伺服系统及伺服电动机参数；（ 5 ）伺服状态和报警；（ 6）控制方式命令。

图 13-11 MELDAS 50 CNC 全数字式伺服系统

MDS － SVJ2 驱动单元

第 1 轴 至第 2 轴驱动单元的 CN1A 端口

CN1A CN1B

CN2PE U V W

R S T

SM3～

Encoder（编码器）

MELDAS 50 CNC

SERVO

（ 2 ）全数字式伺服系统的特点

（ 1 ）系统的位置、速度和电流的校正环节 PID控制由软件实现。

（ 2 ）具有较高的动、静态特性。

（ 3 ）引入前馈控制，实际上构成了具有反馈和前馈的复合控制的系统结构。

（ 4 ）由于全数字式伺服系统采用总线通信方式，可极大地减少联接电缆，便于机床安装和维护，提高了系统可靠性。

数字式交流伺服系统和模拟式交流伺服的对比

数字式交流伺服可作速度、力矩和位置控制，可接受模拟电压指令信号和脉冲指令，并自带位置环，具有丰富的自诊断、报警功能。根据不同类型的数字式交流伺服系统，各种控制参数有以下方法以数字方式设定：①通过驱动装置上的显器和设置按键进行设定；②通过驱动装置上的通信接口和上位机通信进行设定；③通过可分离式编码器和驱动装置上的接口进行设定。

由数字式交流伺服系统发展而来的软件交流伺服系统是将各种控制方式（如速度、力矩和位置等）和不同规格、不同功率伺服电动机的数据分别赋以软件代码全部存入机内，使用时由用户设定软件代码，相关的一系列数据即自动进入工作，改变工作方式或更换电动机规格只需重设代码。

任务学习 3 　交流伺服电动机的调速原理

1 ．交流调速的基本概念 改变电动机的转速的方式：（ 1 ）改变磁极对数 p；（ 2 ）改变转差率 s；（ 3 ）改变频率 f1 。在数控制机床中，交流电动机的调速采用变频调速的方式。

2 ．变频调速的控制方式

（ 1 ）基频以下调速

（ 2 ）基频以上调速

恒功率调速

U1

U1

U1N

0f1

Φm

ΦmN

Φm=(f1N/f1 )ΦmN

恒转矩调速

图 13-12 交流电机变频调速特性曲线

f

弱磁通运行恒磁通运行

项目驱动单元 14

变频器的使用实训

14.1 学习与实训目标

• 1 ．通过学习使学生掌握变频技术以及变频器的功用。

• 2 ．掌握 SPWM 变频器的优点，了解三相 SPWM 脉宽调制，矢量变换的 SPWM 变频器。通用变频器的结构组成及标准接线。

• 3 ．通过实训学会变频器的基本操作。

14. 3 任务驱动的相关知识任务学习 1 　变频调速的基本控制方法

变频技术：简单地说就是把直流电逆变成不同频率的交流电，或是把交流电变成直流电再逆变成不同频率的交流电，或是把直流电变成交流电再把交流电变成直流电。总之，电能不发生变化，而只有频率的变化。

1 ．交流变频调速技术

数控机床上应用最多的是变频调速。变频调速的主要环节是能为交流电动机提供变频电源的变频器。

变频器的功用是，将频率固定（电网频率为 50HZ）的交流电，变换成频率连续可调（ 0~400HZ）的交流电。

图 14-1 两种类型的变频器

交流 交流 交流 交流直流

（ a ）交－交变频器 （ b ）交－直－交变频器

变频器

整流器

滤波器

逆变器

M M3～ 3～

变频器可分为交—直—交变频器和交—交变频器两大类

交—交变频器交—直—交变频器

换能方式 一次换能，效率较高 二次换能，效率略低

换流方式 电网电压换流 强迫换流或负载换流

装置元件数量 较多 较少

元件利用率 较低 较高

调频范围 输出最高频率为电网频率 频率调节范围宽

电网功率因数 较低 如用可控整流桥调压，则低频低压时功率因数低，如用斩波器或 PWM 方式调压，则功率因数高

适用场合 低速大功率拖动 可用于各种拖动装置，稳频稳压电源和不停电电源

表 14-2 交—交变频器与交—直—交变频器的主要特点比较

数控机床上一般采用交—直—交型的正弦波脉宽调制（ SPWM）变频器和矢量变换控制的（ SPWM）调速系统。

2 ． SPWM脉宽调制（ 1 ）一相 SPWM调制波的产生

方波发生器 三角波发生器（产生三角载波）IC1:B

LM324

IC1:ALM324

R1

R2

R3

RF

R

R4R5

VD1

VD2

Ut

UtU

OO tt

C1

C2

1++--

2

35

67

图 14-2 双极性 SPWM 波调制原理图（一相）

IC1:CLM324

R6+- 9R7

VD3

VD4

8

10 ～U1

t

Ut

O

U1

O

U0

US/2

－ US/2

t

U0

（ 1 ）一相 SPWM调制波的产生

图 14-3 单极性 SPWM 波调制波形图（一相）

等效正弦波

Ut （ 调 制波）U1 （ 调 制

波）

t

tO

O

Ud

U1 Ut

图 14-5 双极性 SPWM 通用型功率放大回路

SPWM

VD11

VD8

VD9

VD12VD10

VD7VD3VD2VD1

VD6VD5VD4

VT1 VT3 VT5

VT2VT6VT4

C1

u0a u0b u0c

u0au0b u0c

A B C

～

（ 2 ）三相SPWM波的调制 在三相SPWM调制中，三角调制波是共用的，而每一相有一个输入正弦信号和一个 SPWM调制器。输入的 ua 、 ub 、uc 信号是相位相差 120°的正弦交流信号，其幅值和频率都是可调的。

SPWMa

SPWMb

SPWMc

ua

ub

uc

＋

＋

＋

－

－

－

u0a

u0b

u0c

三角波发生器

图 14-4 三相 SPWM 控制电路原理框图

控制信号

ut

驱动 T1～ T6

三相正弦基准信号 a 、 b 、 c（预期频率 f1 ）

（ 3 ） SPWM变频器的功率放大

图 14-5 双极性 SPWM 通用型功率放大回路

SPWM

VD11

VD8

VD9

VD12VD10

VD7VD3VD2VD1

VD6VD5VD4

VT1 VT3 VT5

VT2

VT6VT4

C1

u0a u0b u0c

u0au0b u0c

A B C

～

3 ．通用变频器

（ 1 ）通用变频器的结构

“通用”包含两方面的含义（一）可以和通用的异步电动机配套应用；（二）具有多种可供选择的功能，可适应各种不同性质的负载。

根据功率的大小，有书本型结构和装柜型结构

图 14-6 通用变频器的外形和结构

（ 2 ）变频器的原理框图和接线

图 14-7 变频器原理框图

接线时应注意：

（ 1 ）输入电源必须接到 R 、 S、 T 上，输出电源必须接到端子U 、 V、W上。 （ 2 ）为了防止触电、火灾等灾害和降低噪声，必须连接接地端子。（ 3 ）端子和导线的连接应牢靠，要使用接触性好的压接端子。 （ 4 ）配完线后，要再次检查接线是否正确，有无漏接现象，端子和导线间是否短路或接地。

（ 5 ）通电后，需要改接线时，即使已经关断电源，也应等充电指示灯熄灭后，用万用表确认直流电压降到安全电压（ DC25V）后再操作。

图 14-8 通用变频器的组成框图

SPWM变频器结构简单，电网功率因数接近 1 ，且不受逆变器负载大小的影响，系统动态响应快，输出波形好，使电动机可在近似正弦波的交变电压下运行，脉动转矩小，扩展了调速范围，提高了调速性能，由此在数控机床的交流驱动中被广泛应用。

图 14-9 三菱 FR-A500系列变频器的配置

图 14-10 FR-A500变频器标准接线

4 ．交流伺服电动机驱动系统

（ 1 ）交流伺服电动机驱动装置

KT220系列交流伺服驱动系统为双轴驱动，即在一个驱动模块内含有两个驱动器，可以同时驱动两个伺服电动机。

表 14-3 交流伺服电动机驱动模块的规格

A B Z相位差为 90° 的 A、 、 B、 、及 Z、

驱动模块规格 1515 3015 3030 5030 5050

轴号 Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ

适配电动机型号 19 19 30 19 30 30 40 30 40 40

电流规格（ A ） 15 15 25 15 25 25 50 20 50 50

控制方式 矢量控制 IPM 正弦波 PWM

速度控制范围 1 ： 10000

转矩限制 0~220％额定力矩

转矩监测 连接 DC 1mA表头

转速监测 连接 DC 1mA表头

反馈信号 增量式编码器 2045P/R( 标准 )

位置输出信号

报警功能 过流，短路，过速，过热，过压，欠压

表 14-4 交流伺服电动机的规格

类别 交流伺服电动机

型号 19 30 40

额定输出（ kW ） 0.39 0.53 1.1 1.6 3.0 4.4

额定转矩（ Nm ） 1.8 2.6 5.3 7.6 14.3 21.0

零速转矩（ Nm ） 2.1 3.3 6.8 10.0 21.0 30.0

最大转矩（ Nm ） 5.9 19.6 45.0

转动惯量（ kgcm/s ） 0.0042 0.021 0.135

额定转速（ r/min ） 2000

最高转速（ r/min ） 2000

内装件 增量式光电编码器冷却风扇（风冷）温度传感器

选择件 机械式制度器

图 14-11 交流伺服电动机驱动器的外形图

面板由四部分组成，即左侧的接线端子排、Ⅰ轴信号连接器、Ⅱ轴信号连接器以及工作状态显示部分。

表 14-5 接线端子排的意义

端子记号 名称 意义

TB1输入侧

r ， s 控制电源端子 1Φ交流电源 220V（ -15％～ +10 ％） 50HZ

R 、 S、 T 主回路电源端子 3Φ交流电源 220V（ -15％～ +10 ％） 50HZ

P 、 B 再生放电电阻端子 接外部放电电阻

E 接地端子 接大地

TB2输出侧

UI 、 VI、WI、 EI 电动机接线端子 接至电动机Ⅰ的三相进线及接地

UII 、 VII、WII、 EII 电动机接线端子 接至电动机Ⅱ的三相进线及接地

表 14-6 信号连接器各脚号的意义（Ⅰ、Ⅱ轴相同）

Z Z

BB

A A

脚号 记号 名称 意义

CN2-1 -5V -5V 电源 调试用，用户不能使用

CN2-2 GND 信号公共端

CN2-7 +DIFF 速度指令（ + 差动） 0～ ±10V 对应于0～ ±2000r/minCN2-19 -DIFF 速度指令（ - 差动）

CN2-22 BCOM 0V(+24V) +24V 的参考点

CN2-23 -ENABLE 负使能（输入） 接入 +24V ，允许反转

CN2-11 +ENABLE 正使能（输入） 接入 +24V ，允许正转

CN2-8 TORMO 转矩监测（输出） 输出与电动机转矩成比例的电压（ ±2V 对应于最大转矩）

CN2-20 VOMO 转速监测（输出） 输出与电动机转矩成比例的电压（ ±2V 对应于最大转速）

CN2-21 GND 监测公共点

CN2-18 相信号（输出）

编码器脉冲输出（线驱动方式）

CN2-5 Z Z相信号（输出）

CN2-17 相信号（输出）

CN2-4 B B相信号（输出）

CN2-16 相信号（输出）

CN2-3 A A相信号（输出）

CN2-6 GND 信号公共端

CN2-14 E 接地端子 用于屏蔽线接地

CN2-24 PR 驱动使能（输入） 接 +24V ，允许电动机运行

CN2-13 RCOM 伺服准备好公共端 集电极开路输出

CN2-12 READY 伺服准备好（输出） 正常时，输出三极管射极、集电极导通

CN2-15 +5V +5V 电源 调试用，用户不能使用

表 14-6 中一些信号的说明：

1 ）速度指令信号±DIFF （ CN2-7、 19）

2 ）驱动使能信号 PR （ CN2-24 ）

3 ）正使能信号 +ENABLE（ CN2-11 ）

4 ）负使能信号 -ENABLE（ CN2-23 ）

5 ）伺服准备好信号 READY（ CN2-12 ）

表 14-7 编码器连接端子

BB

A A

ZZ

脚号 记号 名称 编码器侧连接器端子

CN3-1 Z Z相信号 C

CN3-2 相信号 I

CN3-3 B B相信号 B

CN3-4 相信号 H

CN3-5 A A相信号 A

CN3-6 相信号 J

CN3-7 GND 信号公共端 F

CN3-8 +5V +5V 电源 D

CN3-9 E 接线端子、接屏蔽线G

一些厂家的交流伺服驱动器还带有 RS-232C串行接口，通过该接口可将计算机与交流伺服驱动器相联

图 14-12 交流伺服电动机计算机控制系统

（ 2 ）变频调速器在数控机床上的应用

表 14-7 典型机床主轴的概略要求规格

车床 加工中心 铣床、钻床 磨床

调速范围 1 ： 100~200 1 ： 100~200 1 ： 100 1 ： 2

速度精度（ % ）0.2 0.2 5 5

矢量控制 矢量控制 V/F 控制 V/F 控制

加减速性能 有要求（ 2~4s ） 有要求（ 1~3s ） 无特别要求 无特别要求

4 象限运转 需要 需要 不需要 不需要

特殊功能 定向 定向 不需要 不需要

适用变频器的种类 部分为通用变频器，部分为专用变频器 专用变频器 一般为通用变频器，高级机床

为专用变频器 通用变频器

任务学习 3 　矢量变换的 SPWM 变频器

1 ．矢量控制的概念

图 14-13 矢量控制原理（ a ）直流电动机模型（ b ）三相异步电动机两相静止与旋转模型（ c ）矢量控制坐标变换

Φm

ia

im

× km

Φm

im

im

um ua

ia

负载

++

-

T

-

im

ia

itiβ

ua

umut

uβM

Tβ

αθ

+

+

++

-

---ω1　

i

A

C

B T

M

θ

θ

ω1　it

im

矢量控制是把交流电动机解析成与直流电动机一样，根据磁场及其正交的电流的乘积就是转矩的这一基本原理，从理论上将电动机定子侧电流分解成建立磁场的励磁分量和产生转矩的转矩分量的两个正交矢量来处理，然后分别进行控制，故称矢量控制。

2 ．矢量控制原理

矢量变换控制的 SPWM调速系统，是将通过矢量变换得到相应的交流电动机的三相电压控制信号，作为 SPWM系统的给定基准正弦波，即可实现对交流电动机的调速。

微型计算机

运算

滤波A/D

TG M3～

ACRSMWM

K/PASRUP

Uf

M＋＋

＋

＋

－－

图 14-14 微机矢量控制 SPWM 变频调速系统框图

i1i1

θ

ω1ωs

ω

iq

id

U V W

矢量变换调速系统的主要特性：

1 ）速度控制精度和过渡过程响应时间与直流电动机大致相同，调速精度可达到±0.1%。

2 ）自动弱磁控制与直流电动机调速系统相同，弱磁调速范围为 4:1 。

3 ）过载能力强，能承受冲击负载、突然加减速和突然可逆运行；能实现四象限运行。

4 ）信能良好的矢量控制的交流调速系统比直流调速系统效率高约 2%，不存在直流电机火花问题。