直流伺服電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置的功能是將速度指令信號(hào)轉(zhuǎn)換成電樞的電壓值，以達(dá)到調(diào)速目的?，F(xiàn)代直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速設(shè)備通常采用晶閘管（SCR，SCR）調(diào)速系統(tǒng)和晶體管脈寬調(diào)制（PWM）調(diào)速系統(tǒng)。

1.晶閘管調(diào)速系統(tǒng)

1）晶閘管調(diào)速系統(tǒng)主電路

晶閘管速度控制系統(tǒng)使用大功率晶閘管。它具有兩個(gè)功能。一種是將電網(wǎng)中的交流電整流并將其轉(zhuǎn)換為直流電。另一個(gè)在電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)在可逆控制電路中。電機(jī)的慣性性能被轉(zhuǎn)換為電能，并反饋到交流電網(wǎng)以實(shí)現(xiàn)反向。要控制晶閘管，您需要提供一個(gè)觸發(fā)脈沖發(fā)生器以生成適當(dāng)?shù)挠|發(fā)脈沖。晶閘管整流器電路有幾種類型，在數(shù)控機(jī)床中常用的是三相橋式反向并聯(lián)可逆電路。

如圖所示，它是三相橋式反向并聯(lián)可逆電路。它由12個(gè)SCR大功率晶閘管組成，晶閘管分為兩組。 S11至S16是一組，而S21至S26是一組。每一組通過(guò)三相電橋連接，兩組互不平行，分別實(shí)現(xiàn)正向和反向旋轉(zhuǎn)。反向并聯(lián)連接是指兩組逆變器橋以反極性連接并由交流電源供電。每個(gè)晶閘管組都有兩種工作狀態(tài)：換向和逆變器。當(dāng)一組處于換向操作時(shí)，另一組處于逆變器待機(jī)狀態(tài)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)速度降低時(shí)，逆變器組被激活。

三相全控橋式電路的電壓波形如圖所示。如圖所示，晶閘管的觸發(fā)角為π/3。晶閘管以π/3的間隔依次導(dǎo)通，并且電機(jī)每6個(gè)脈沖旋轉(zhuǎn)一次。由于晶閘管以較高的速度觸發(fā)，流過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流幾乎是連續(xù)的。

工作過(guò)程如下。當(dāng)ωt=π/6 +α?xí)r，S11打開，在此之前S16打開。因此，如果A相電壓波形為π/6 +α<ωt<π/6 +α+π/3間隔，則晶閘管S11，S16導(dǎo)通，并且電機(jī)端子連接到A相。和B，所以Ud=UAB。如果ωt=α+π/3 +π/6，則晶閘管S12接通，由于反向偏置（自然或電網(wǎng)整流），電流流經(jīng)S12且S16斷開。此時(shí)，S11和S12接通，并且電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為Ud=UAC。這樣，每隔π/3，另一個(gè)晶閘管就會(huì)導(dǎo)通，并且重復(fù)上述過(guò)程。

從波形圖中可以看到，只要改變觸發(fā)角α的值，就可以改變電動(dòng)機(jī)電壓的輸入值，并且可以改變直流電動(dòng)機(jī)的電樞電流值。進(jìn)行調(diào)整以達(dá)到直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的目的。

在圖中，RW1是速度定位器，速度偏差電壓，Un是速度反饋電壓，ΔUn是反饋偏差電壓，A是比例放大器，Uct是觸發(fā)控制電壓，GT是觸發(fā)可控硅的控制裝置。

系統(tǒng)的操作條件和自動(dòng)速度調(diào)節(jié)過(guò)程如下。

當(dāng)系統(tǒng)以相對(duì)較小的速度設(shè)置電壓運(yùn)行時(shí)，由于電機(jī)暫時(shí)不旋轉(zhuǎn)，因此速度反饋電壓Un=0，反饋偏差電壓ΔUn=，經(jīng)過(guò)放大器后，輸出較大的Uct，并且觸發(fā)輸出α的觸發(fā)角在初始狀態(tài)下從90o減小，并且整流器的輸出電壓在Ud=0時(shí)也上升到某個(gè)較大的值。電壓（電流不超過(guò)允許值）時(shí)間開始工作。隨著速度的增加，反饋電壓Un上升，速度偏差電壓ΔUn下降，Uct相應(yīng)下降，當(dāng)α上升時(shí)，整流器輸出電壓Ud也下降，并且電動(dòng)機(jī)滑差速度也以給定速度下降，即反饋欠電壓接近，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。如前所述，電動(dòng)機(jī)速度可以接近給定速度，偏差的大小與放大倍數(shù)密切相關(guān)。但是，這種系統(tǒng)原則上是有偏差的，因此稱為差速控制系統(tǒng)。

4）晶閘管電源，速度和電流的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

前述具有負(fù)反饋速度的單閉環(huán)速度控制系統(tǒng)實(shí)際上不能在CNC機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)中使用。 CNC機(jī)床中的高要求速度控制系統(tǒng)需要快速啟動(dòng)，制動(dòng)和動(dòng)態(tài)減速。采用雙速閉環(huán)系統(tǒng)，電流一般較小等。

速度電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)如圖所示。為了實(shí)現(xiàn)速度和電流的兩個(gè)反饋分別工作，系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器來(lái)分別調(diào)節(jié)速度和電流，并且在兩者之間實(shí)現(xiàn)了級(jí)聯(lián)。

2.晶體管直流脈寬（PWM）調(diào)速系統(tǒng)

1）晶體管速度控制系統(tǒng)的主電路

開關(guān)功率放大器是脈寬調(diào)制率裝置的主要電路，其結(jié)構(gòu)形式由H型（也稱為電橋型）和T型組成。每個(gè)電路分為單極工作模式和雙極工作模式，各種工作模式可以形成可逆開關(guān)放大電路和不可逆開關(guān)放大電路。

圖為廣泛使用的H型開關(guān)電路的工作原理，該電路是由4個(gè)二極管和4個(gè)功率管組成的橋式回路。直流電源+ Ed由3套全波整流器電源供電。從脈沖寬度調(diào)制器輸出的脈沖波u1，u2，u3，u4被光電隔離器轉(zhuǎn)換成具有與每個(gè)脈沖相同的相位和極性的脈沖信號(hào)U1，U2，U3，U4，并被添加到開關(guān)電源管VT1 。 ?VT4的基礎(chǔ)。如果電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行，則在0tt1的時(shí)間間隔內(nèi)，U2和U3變?yōu)楦唠娖?，并且功率晶體管VT2和VT3導(dǎo)通，這時(shí)在兩端添加電源和+ Ed。用于為電動(dòng)機(jī)供電的電樞電流的方向從電源+ Ed通過(guò)VT3→電動(dòng)機(jī)→VT2→返回到電源。在時(shí)間段t1≤tt2中，U1和U3均處于低電平，VT1和VT3均終止，+ Ed被阻斷。此時(shí)，U2仍處于高電平，此時(shí)，由于電樞電感，電流繼續(xù)在VT2和續(xù)流二極管VD4中循環(huán)。當(dāng)t2≤tt3時(shí)，U2和U3同時(shí)為正，通過(guò)VT2和VT3將+ Ed加到電動(dòng)機(jī)的兩端，電流繼續(xù)流動(dòng)。當(dāng)t3≤tT時(shí)，U2和U4同時(shí)為負(fù)，電源被切斷，U3為正，因此電樞電流流過(guò)VT3和VD1。從主電路獲得的電壓UAB是在+ Ed和O之間變化的脈沖電壓。

雙極和單極原理圖是相同的，但不同之處在于右側(cè)的兩個(gè)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)不同。

2）晶體管直流脈寬調(diào)制（PWM）速度控制系統(tǒng)

（1）直流PWM伺服驅(qū)動(dòng)器的工作原理

PWM驅(qū)動(dòng)單元利用大功率晶體管的開關(guān)特性調(diào)制以固定頻率接通和斷開的固定電壓DC電源，一個(gè)周期的接通和斷開時(shí)間如下：您可以通過(guò)更改直流伺服電機(jī)電樞電壓的“占空比”來(lái)更改平均電壓，從而控制電機(jī)的速度。

圖中顯示了PWM控制的示意圖。可控開關(guān)S每隔一定的時(shí)間重復(fù)開/關(guān)，當(dāng)S為ON時(shí)，電機(jī)U的兩端都通電。為了供給能量，電動(dòng)機(jī)存儲(chǔ)能量，并且當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，停止向電動(dòng)機(jī)的能量供給。當(dāng)開關(guān)S關(guān)斷時(shí)，電樞電感中存儲(chǔ)的能量繼續(xù)使電動(dòng)機(jī)電流通過(guò)續(xù)流二極管VD循環(huán)。

在電動(dòng)機(jī)兩端施加圖中所示的電壓波形，從電動(dòng)機(jī)獲得的平均電壓如下。

有一個(gè)公式。更改噸位和噸位可以更改速度，但這僅在該設(shè)備上可行。該圖是PWM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理的框圖。

在圖中，PWM驅(qū)動(dòng)裝置的控制結(jié)構(gòu)可分為兩部分：功率轉(zhuǎn)換電路和將能量從主功率傳遞到電動(dòng)機(jī)的控制電路。功率轉(zhuǎn)換電路可以是H型和T型功率放大器電路。控制電路通常由基本電路組成，例如恒定頻率波形發(fā)生器，脈寬調(diào)制電路，基本驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路。

當(dāng)三角波電壓UΔ和直流電壓Uk發(fā)送到放大器時(shí)，如果三角波高于控制電壓，則輸出為“空”，反之，輸出為“占空比”，占空比可以通過(guò)改變控制電壓Uk來(lái)改變。輸出波形如圖所示。

脈沖分配電路根據(jù)功率轉(zhuǎn)換電路的工作模式對(duì)V/W轉(zhuǎn)換信號(hào)執(zhí)行適當(dāng)?shù)倪壿嬣D(zhuǎn)換，并將其分配給基本驅(qū)動(dòng)電路，以滿足開/關(guān)定時(shí)脈沖的電壓要求。當(dāng)電源轉(zhuǎn)換電路工作時(shí)。