技術(shù)答疑

文:2017年第二期

【問(wèn)題01】  FANUC 0i MateC 數(shù)控系統(tǒng)與模擬主軸如何連接?

【解答】
   這里的模擬主軸一般為通用變頻器,如三菱A700變頻器或西門子MM440變頻器。如圖1所示是FANUC 0i MateC數(shù)控系統(tǒng)與模擬主軸三菱A700變頻器的連接。
圖1 Fanuc系統(tǒng)與三菱變頻器的連接
   該數(shù)控系統(tǒng)與主軸相關(guān)的系統(tǒng)接口有:
   (1)JA40:模擬量主軸三菱A700變頻器的速度信號(hào)接口(0-10V),CNC輸出的速度信號(hào)(0-10V)與變頻器的模擬量頻率設(shè)定端連接,控制主軸電機(jī)的運(yùn)行速度。
   (2)JA7A:串行主軸/主軸位置編碼器信號(hào)接口,當(dāng)主軸為串行主軸時(shí),與主軸變頻器的JA7B連接,實(shí)現(xiàn)主軸模塊與CNC系統(tǒng)的信息傳遞;當(dāng)主軸為模擬量主軸時(shí),該接口又是主軸位置編碼的主軸位置反饋接口FANUC Oi Mate主軸相關(guān)參數(shù)如表1所示。
表1 FANUC Oi Mate主軸相關(guān)參數(shù)
【問(wèn)題02】永磁式交流同步伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速—轉(zhuǎn)矩曲線含義是什么?
【解答】
  永磁式交流同步伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速—轉(zhuǎn)矩曲線如圖2所示。曲線分為連續(xù)工作區(qū)和斷續(xù)工作區(qū)兩部分。在連續(xù)工作區(qū)內(nèi),速度與轉(zhuǎn)矩的任何組合,都可以連續(xù)工作。連續(xù)工作區(qū)的劃分有兩個(gè)條件:一是供給電機(jī)的電流是理想的正弦波;二是電機(jī)工作在某一特定的溫度下。斷續(xù)工作區(qū)的極限,一般受到電機(jī)的供電限制。交流電機(jī)的機(jī)械特性一般要比直流電機(jī)硬。另外,斷續(xù)工作區(qū)較大時(shí),有利于提高電機(jī)的加、減速能力,尤其是在高速區(qū)。
圖2 永磁式交流同步電機(jī)工作特性曲線
I連續(xù)工作區(qū);Ⅱ斷續(xù)工作區(qū)永磁式交流同步電機(jī)的缺點(diǎn)是起動(dòng)難。這是由于轉(zhuǎn)子本身的慣量、定子與轉(zhuǎn)子之間的轉(zhuǎn)速差過(guò)大,使轉(zhuǎn)子在起動(dòng)時(shí)所受的電磁轉(zhuǎn)矩的平均值為零所致,因此電機(jī)難以啟動(dòng)。解決的辦法是在設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)法減小電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,或在速度控制單元中采取先低速后高速的控制方法。

【問(wèn)題03】 FANUC系統(tǒng)α系列電源模塊該如何連接?

【解答】
    FANUC系統(tǒng)α系列電源模塊的連接,如圖3所示。
【問(wèn)題04】 永磁式交流同步電機(jī)的磁場(chǎng)定向關(guān)系
是怎么確定的?
【解答
  永磁式交流同步電機(jī)的磁場(chǎng)定向關(guān)系示意圖如圖4所示,永磁轉(zhuǎn)子的磁通Φr與定子磁通向量Φs的合成向量為Φ,Φr為常數(shù),與Φs保持同步旋轉(zhuǎn),Φr和Φs正交時(shí)產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩。由于電流和磁通是同方向的,去掉繞組的有效匝數(shù)因素,可求出定子電流矢量的幅值Is,定子電流矢量的方向與Φs同向。轉(zhuǎn)子的位置角θ可由裝在轉(zhuǎn)子軸上的檢測(cè)裝置測(cè)出。Is、θ和定子三相電流ia、ib、ic的關(guān)系可由下式求出
相差120°相位角的定子電流的正弦函數(shù)值a、b、c可直接由檢測(cè)裝置測(cè)得的θ角算出
定子電流的幅值Is可由速度給定值U*n和速度反饋值Un之差由速度調(diào)節(jié)器求得,再用式(1)由Is和a、b、c計(jì)算出ia、ib、ic,用以控制永磁式交流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和速度。

圖4 永磁式交流電機(jī)磁場(chǎng)定向關(guān)系示意圖

【問(wèn)題05】 永磁式交流伺服電機(jī)速度、電流雙環(huán)SPWM控制系統(tǒng)原理是怎么實(shí)現(xiàn)的?

【解答】

    如圖5所示為永磁式交流伺服電機(jī)速度、電流雙環(huán)SPWM控制系統(tǒng)的原理圖,速度給定值U*n與由測(cè)速發(fā)電機(jī)檢測(cè)的實(shí)際速度值Un之差是速度調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào),速度調(diào)節(jié)器的輸出便是與轉(zhuǎn)矩成正比的定子電流幅值I*
s,這個(gè)電流幅值與正弦函數(shù)值a、c相乘,得到三相定子電流給定值中的兩相i*a和i*c。i*a、i*c與A、C相的實(shí)測(cè)電流ia、ic相減,并經(jīng)電流調(diào)節(jié)器后,得到U*a、U*c正弦信號(hào),由于定子三相電流之和為零,ia+ib+ic=0所以U*b可由U*a、U*c求得。U*a、U*b、U*c經(jīng)三角波調(diào)制后作為逆變器的基極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。電機(jī)啟動(dòng)時(shí),系統(tǒng)得到一個(gè)階躍信號(hào)U*n,由于此時(shí)的Un為零,因而使速度調(diào)節(jié)器處于飽和狀態(tài),輸出飽和電流I*s,在電機(jī)轉(zhuǎn)速為零時(shí),仍然有最大轉(zhuǎn)矩,這時(shí)θ=0,a=0、c=0.866,因此可計(jì)算出i*a=0、i*c=0.866I*s,在這個(gè)電流作用下產(chǎn)生U*a、U*b、U*c,使電機(jī)啟動(dòng),隨著電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng),θ值不斷變化,使ia、ic產(chǎn)生正弦波。由于θ值是檢測(cè)出的轉(zhuǎn)子角度值,因此,ia、ic是跟蹤轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的正弦波。正弦波上各點(diǎn)的值可由硬件給出,也可由計(jì)算機(jī)算出。速度環(huán)的輸出是定子電流的幅值I*s,穩(wěn)態(tài)時(shí)若速度給定值U*n不變,I*s也不變,這樣就與直流電機(jī)速度環(huán)的控制方法完全一樣了。

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