CN2359833Y - 低压永磁交流伺服装置 - Google Patents

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张进
张建迪
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XINXING DONGFANG AUTOMATIC CONTROL SYSTEM CO Ltd BEIJING
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XINXING DONGFANG AUTOMATIC CONTROL SYSTEM CO Ltd BEIJING
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Abstract

本实用新型涉及一种低压永磁交流伺服装置,其特征在于:它包括:操纵台1、双向稳定器2、电子管放大器3、速度调节器4、相位发生器5、电流调节器6、比较器7、三角波发生器8、SPWM生成器9、功率放大电路10、电流相位变换器11、电动机12、光电编码器13。它主要适用车载低压环境及数控机床、工业机器人等民用对速度及位置控制要求较高的场合。

Description

低压永磁交流伺服装置
本实用新型涉及自动控制电力拖动领域，尤其涉及一种低压永磁交流伺服装置。
目前，车载拖动系统主要采用电机扩大机，液压及高压交流伺服技术。
电机扩大机由拖动电动机和扩大机组成，是一个电功率放大器，它把控制信号放大，驱动电机带动执行机构工作。
液压系统主要由液力增压器，动力缸和补油箱三部分组成。国内普遍使用上述两种技术。
而高压交流伺服技术在国外应用较多。诸如：德国西门子、日本法那科公司等都比较成熟地使用高压交流伺服技术，对于低压永磁交流伺服技术的使用，不论在民用还是车载都尚属空白。
本实用新型主要解决了在许多特定场合(车载)低压电源供电情况下，对执行机构速度和位置控制精度要求较高的问题。例如：在数控机床、工业机器人对速度及位置控制要求较高的场合，本项技术很好地解决了目前应用的扩大机及液压驱动方式下的噪音大、速度慢，精度差、维护困难、可靠性低等弱点。本实用新型的目的就是要取代扩大机及液压系统，提供一种低压永磁交流伺服装置，实现电气传动。
本实用新型的具体解决方案为：一种低压永磁交流伺服装置，其特征在于：它包括：操纵台1、双向稳定器2、晶体管放大器3、速度调节器4、相位发生器5、电流调节器6、比较器7、三角波发生器8、SPWM生成器9、功率放大电路10、电流相位变换器11、电动机12、光电编码器13，其中，操纵台1、双向稳定器2、晶体管放大器3依次连接，操纵台1、电子管放大器3分别与速度调节器4相连；速度调节器4、相位发生器5、电流调节器6依次连接；电流调节器6、三角波发生器8分别与比较器7相连接；比较器7、SPWM生成器9、功率放大电路10、电动机12、光电编码器13依次连接；电流相位变换器11两端分别连接于相位发生器5和电流调节器6之间，以及功率放大电路10和电动机12之间；光电编码器13的另一端分别连接于相位发生器5，以及晶体管放大器3和速度调节器4之间；电动机12包括：转子14、定子15、反馈元件16，其中转子14由轴17、套筒18、前后端板19、20、钐钴磁极21组成，其中：前端板19靠在轴肩上，套筒18套在轴17上，钐钴磁极21设置在套筒18上，后端板20靠在套筒18和钐钴磁极21的另一端，前后端板19、20将套筒18和钐钴磁极21固定在轴17上。
本实用新型的优点或积极效果为：
1.直接利用车上电源，无须添加变压器。
2.系列化，改变接口可适用于数控机床，工业机器人等民用对速度及位
  置控制要求较高的场合。
3.可靠性高，连续无故障时间达2500小时。本实用新型控制部分设置
  了双重保护，即大功率智能化模块(IPM)自保护，控制电路自保护，
  对短路、断路、过压、欠压、过流、失速、过热、功率器件异常，八
  种故障进行监测保护。电机为永磁无刷结构，抗过载，抗冲击能力强。
  适应车载恶劣环境下工作。
4.比电机扩大机重量轻、体积小、噪音小、而且效率提高很大(从50％
  提高到90％)
5.比液压系统反应快、安全、维护、维修方便、解决了液压系统漏油、
  补油等问题。
下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。
图1表示本实用新型的框图，虚线框内为交流伺服单元。
图2表示本实用新型低压永磁交流伺服电机的剖视图。
图3表示本实用新型速度调节器的框图，其中：Vvcmd：速度指令电压；Vf：速度反馈电压；ER：Vvcmd、Vf PI调节后的误差电压。
图4表示本实用新型正弦波指令信号ER生成电路的框图，ui、vi、wi：三相正弦波指令电压。
图5表示本实用新型电流反馈信号的框图，Fu、Fv、Fw为三相电流反馈信号。
图6表示本实用新型电流环PI调节电路的框图，PWU、PWV、PWW为三相调制信号。
图7表示本实用新型三角波发生电路，TRW为三角波信号。
图8表示本实用新型SPWM生成器的框图，其中：PWA、PWB…PWF为三相逆变功率器件开关信号。
图9表示本实用新型主回路框图。
本实用新型的工作原理：
当操纵台1发出信号Vc1与速度反馈信号Fe合成经速度调节器4进行PI调节后送入相位发生器5与转子相位检测信号合成后，生成三相电流指令信号ui、vi、wi与三相电流反馈信号Fu、Fv、Fw合成后进入电流调节器6，然后在比较器7内与三角波8调制后在9内生成SPWM信号驱动大功率器件IPM所组成的电路10，产生动力信号驱动电动机12旋转。光电编码器13为电机速度、转子位置检测部件，与电动机同轴连接。
当接通稳定器时，操纵台1的信号则需先驱动稳定器2中的电磁铁产生速度信号，经晶体管放大器3放大整形后生成Vc2在与速度反馈信号Fe合成后PI调节后产生一个速度误差信号Er。
一种低压永磁交流伺服装置，其特征在于：它包括：操纵台1、双向稳定器2、电子管放大器3、速度调节器4、相位发生器5、电流调节器6、比较器7、三角波发生器8、SPWM生成器9、功率放大电路10、电流相位变换器11、电动机12、光电编码器13，其中，操纵台1、双向稳定器2、电子管放大器3依次连接，操纵台1、电子管放大器3分别与速度调节器4相连；速度调节器4、相位发生器5、电流调节器6依次连接；电流调节器6、三角波发生器8分别与比较器7相连接；比较器7、SPWM生成器9、功率放大电路10、电动机12、光电编码器13依次连接；电流相位变换器11两端分别连接于相位发生器5和电流调节器6之间，以及功率放大电路10和电动机12之间；光电编码器13的另一端分别连接于相位发生器5，以及电子管放大器3和速度调节器4之间；电动机12包括：转子14、定子15、反馈元件16，其特征在于：转子14由轴17、套筒18、前后端板19、20、钐钴磁极21组成，其中：前端板19靠在轴肩上，套筒18套在轴17上，钐钴磁极21设置在套筒18上，后端板20靠在套筒18和钐钴磁极21的另一端，前后端板19、20将套筒18和钐钴磁极21固定在轴17上。
本实用新型的性能参数：
  额定转矩：12牛·米
  额定电流：97A
  最高转速：3000转/分
  最低转速：1转/分
  工作电压：DC24V
本实用新型的主要特点：
1.采取独特的控制方式，开关频率为：15KHZ的正弦波脉宽调制
  (SPWM)控制方式，提高了系统运行的平稳性及精度，响应特性高。
2.高可靠性：系统内设置了三重保护，即主电路自保护，控制电路自保
  护、大功率模块(IPM)自保护。设置了八种保护状态：即：过流、过
  压、短路、欠压、过热、断路、超速、过载。另外，控制单元的强抗
  电源冲击及电机的强过载能力都体现了系统的高可靠性。
3.采用了全封闭，自冷却无刷交流同步电机，既使在恶劣的环境下使用
  也无须维护。
4.高性能价格比
  系统指标：
 1.控制单元
  额定电流：    97A
  工作电压：    DV24V
  重  量：      15Kg
  环境温度：    -40℃～50℃
 2.电机参数
  最高转速：    3000r/min
  额定转矩：    12N.m
  转子惯量：    0.0048N.M.S2
  额定电流：    97A
  功  率：      1.5KW
  电枢电阻：    0.13Ω
  机械时间常数：0.010S
  热时间常数：  15min
  静摩擦力矩：  0.05N.M
  最大允许电流：150A
  最大转矩：    27N.m
  最大加速度：  21600°/S2
  最大绕组温升：125℃
  重  量：      20kg

Claims (1)

1.一种低压永磁交流伺服装置，其特征在于：它包括：操纵台1、双向稳定器2、电子管放大器3、速度调节器4、相位发生器5、电流调节器6、比较器7、三角波发生器8、SPWM生成器9、功率放大电路10、电流相位变换器11、电动机12、光电编码器13，其中，操纵台1、双向稳定器2、电子管放大器3依次连接，操纵台1、电子管放大器3分别与速度调节器4相连；速度调节器4、相位发生器5、电流调节器6依次连接；电流调节器6、三角波发生器8分别与比较器7相连接；比较器7、SPWM生成器9、功率放大电路10、电动机12、光电编码器13依次连接；电流相位变换器11两端分别连接于相位发生器5和电流调节器6之间，以及功率放大电路10和电动机12之间；光电编码器13的另一端分别连接于相位发生器5，以及电子管放大器3和速度调节器4之间；电动机12包括：转子14、定子15、反馈元件16，转子14由轴17、套筒18、前后端板19、20、钐钴磁极21组成，其中：前端板19靠在轴肩上，套筒18套在轴17上，钐钴磁极21设置在套筒18上，后端板20靠在套筒18和钐钴磁极21的另一端，前后端板19、20将套筒18和钐钴磁极21固定在轴17上。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101589350B (zh) * 2006-12-07 2012-08-22 传感电子公司 用于视频监视系统电动机的低速控制的方法及系统
CN102662332A (zh) * 2012-05-23 2012-09-12 西安交通大学 一种数控机床伺服进给系统扰动负载仿真装置及仿真方法
CN103457536A (zh) * 2013-09-12 2013-12-18 南京欧陆电气传动有限公司 基于电流检测和位置反馈结构的交流伺服驱动器

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