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技術答疑

文：2017年第二期

【問題01】 FANUC 0i MateC 數控系統(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

該數控系統(tǒng)與主軸相關的系統(tǒng)接口有：

（1）JA40：模擬量主軸三菱A700變頻器的速度信號接口（0-10V），CNC輸出的速度信號（0-10V）與變頻器的模擬量頻率設定端連接，控制主軸電機的運行速度。

（2）JA7A：串行主軸/主軸位置編碼器信號接口，當主軸為串行主軸時，與主軸變頻器的JA7B連接，實現主軸模塊與CNC系統(tǒng)的信息傳遞；當主軸為模擬量主軸時，該接口又是主軸位置編碼的主軸位置反饋接口FANUC Oi Mate主軸相關參數如表1所示。

表1 FANUC Oi Mate主軸相關參數

【問題02】永磁式交流同步伺服電機的轉速—轉矩曲線含義是什么？

【解答】

永磁式交流同步伺服電機的轉速—轉矩曲線如圖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，速度與轉矩的任何組合，都可以連續(xù)工作。連續(xù)工作區(qū)的劃分有兩個條件：一是供給電機的電流是理想的正弦波；二是電機工作在某一特定的溫度下。斷續(xù)工作區(qū)的極限，一般受到電機的供電限制。交流電機的機械特性一般要比直流電機硬。另外，斷續(xù)工作區(qū)較大時，有利于提高電機的加、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的缺點是起動難。這是由于轉子本身的慣量、定子與轉子之間的轉速差過大，使轉子在起動時所受的電磁轉矩的平均值為零所致，因此電機難以啟動。解決的辦法是在設計時設法減小電機的轉動慣量，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。

【問題04】 永磁式交流同步電機的磁場定向關系

是怎么確定的？

【解答】

永磁式交流同步電機的磁場定向關系示意圖如圖4所示，永磁轉子的磁通Φr與定子磁通向量Φs的合成向量為Φ，Φr為常數，與Φs保持同步旋轉，Φr和Φs正交時產生最大轉矩。由于電流和磁通是同方向的，去掉繞組的有效匝數因素，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。轉子的位置角θ可由裝在轉子軸上的檢測裝置測出。Is、θ和定子三相電流ia、ib、ic的關系可由下式求出

相差120°相位角的定子電流的正弦函數值a、b、c可直接由檢測裝置測得的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之差由速度調節(jié)器求得，再用式（1）由Is和a、b、c計算出ia、ib、ic，用以控制永磁式交流電機的轉矩和速度。

圖4 永磁式交流電機磁場定向關系示意圖

【問題05】 永磁式交流伺服電機速度、電流雙環(huán)SPWM控制系統(tǒng)原理是怎么實現的？

【解答】

如圖5所示為永磁式交流伺服電機速度、電流雙環(huán)SPWM控制系統(tǒng)的原理圖，速度給定值U*n與由測速發(fā)電機檢測的實際速度值Un之差是速度調節(jié)器的輸入信號，速度調節(jié)器的輸出便是與轉矩成正比的定子電流幅值Ｉ*

s，這個電流幅值與正弦函數值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相的實測電流ia、ic相減，并經電流調節(jié)器后，得到U*a、U*c正弦信號，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經三角波調制后作為逆變器的基極驅動信號。電機啟動時，系統(tǒng)得到一個階躍信號U*n，由于此時的Un為零，因而使速度調節(jié)器處于飽和狀態(tài)，輸出飽和電流Ｉ*s，在電機轉速為零時，仍然有最大轉矩，這時θ=0，a=0、c=0.866，因此可計算出i*a=0、i*c=0.866Ｉ*s，在這個電流作用下產生U*a、U*b、U*c，使電機啟動，隨著電機的轉動，θ值不斷變化，使ia、ic產生正弦波。由于θ值是檢測出的轉子角度值，因此，ia、ic是跟蹤轉子轉角的正弦波。正弦波上各點的值可由硬件給出，也可由計算機算出。速度環(huán)的輸出是定子電流的幅值Ｉ*s，穩(wěn)態(tài)時若速度給定值U*n不變，Ｉ*s也不變，這樣就與直流電機速度環(huán)的控制方法完全一樣了。