關(guān)鍵詞 經(jīng)濟型數(shù)控 步進電機 驅(qū)動電源“八五”期間我校承擔(dān)了國家重點攻關(guān)課題和重慶市火炬計劃“大功率步進電機細分驅(qū)動電源的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)”經(jīng)過兩年多深入細致的研究與開發(fā)，現(xiàn)已研究成功bs308 、bs312 五細分大功率步進電機驅(qū)動系統(tǒng),電機工作電流為8a、12a 兩軸驅(qū)動，并與重慶巴山儀器廠合作，成功地進行了經(jīng)濟型數(shù)控車床控制系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
1 大功率驅(qū)動源存在問題 80 年代以來，我國開發(fā)研制的經(jīng)濟型數(shù)控車床的控制系統(tǒng)，軟、硬件在應(yīng)用中還存在一些問題。如驅(qū)動系統(tǒng)工作發(fā)熱，可靠性低、燒大功率管、低頻振蕩、矩頻特性差及功能不齊等，成為推廣應(yīng)用經(jīng)濟型數(shù)控車床的難題，也成為大功率驅(qū)動電源產(chǎn)業(yè)化不可逾越的鴻溝。針對以上大功率驅(qū)動電源出現(xiàn)的問題，我們對使用較普遍的110bf 系列、130bf 系列、反應(yīng)式步進電機細分驅(qū)動電源從理論上進行分析研究，建立高頻斬波步進電機伺服驅(qū)動系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。在對數(shù)學(xué)模型進行計算機仿真運行的基礎(chǔ)上，對伺服驅(qū)動系統(tǒng)綜合性能和輸入電壓電流參數(shù)進行分析，得知驅(qū)動系統(tǒng)的輸入電壓、電流值對運行矩頻特性影響較大。如輸入電壓過低，矩頻特性指標(biāo)差，高頻時輸出力矩不夠，滿足不了使用技術(shù)要求；如輸入電壓過高,雖然高頻輸出力矩大，但低頻運行振蕩嚴(yán)重，會直接影響加工精度。
2 大功率步進電機驅(qū)動源低頻振蕩 2.1 倍壓、倍流控制方式 當(dāng)電機運行在低頻加工段時，采用低壓額定電流控制方式，確保加工無低頻振蕩，提高精度；運行在高速大力矩狀態(tài)時，加入倍流倍壓控制,提高輸出力矩。
如當(dāng)步進電機工作頻率在1000hz 以下，工作電壓為130v dc；工作頻率在1000hz 以上，工作電壓為180vdc ，步進電機在高頻運行(如頻率在3000hz 以上) 加倍流。為此采用計算機軟件與電子線路相結(jié)合來完成開關(guān)倍壓和倍流的控制方法。
根據(jù)步進電機運行的頻率，由計算機軟件發(fā)出控制信號，電子線路由光電耦合器隔離傳輸信號，通過集成電路4069 、mc1413 及模塊控制倍流的增加,通過可控硅來控制倍壓的增加。這樣可靠性一下提高許多，存在的高頻力矩不夠、低頻振蕩的問題都圓滿地解決了。另外，當(dāng)電機處于鎖緊狀態(tài)時，由軟件發(fā)出控制信號，電機工作在半電流鎖緊狀態(tài)。
2.2 五細分步進電機驅(qū)動電源 為提高步進電機工作精度，進一步減少低頻振蕩，采用了計算機軟件與電子線路相結(jié)合的方式。即由計算機發(fā)出脈沖信號電子線路來完成步進電機五細分的工作，使原來1 個脈沖信號步進電機走1 大步即0. 75°( 附圖a ) , 精確到1 個脈沖步進電機走5 小步, 即0. 75°÷5 = 0. 15°(附圖b) ，從而大大提高了步進電機的低頻運行精度,進一步減小步進電機低頻振蕩。在普通c620 車床上可確保±2μm 的加工精度。 
3 限電壓、過電流及過熱的保護 在步進電機細分驅(qū)動系統(tǒng)中為了提高驅(qū)動系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、設(shè)計了驅(qū)動電源的“限電壓”、“過熱”及“過電流”保護線路。該線路已申請國家專利。
3.1 限電壓保護 在實際應(yīng)用中，由于我國電網(wǎng)狀況差，工作現(xiàn)場的電壓波動較大，在實際工作中電機低頻運行在80v dc 也能正常工作,所以低壓不作保護。而在外電壓超過額定值百分之20 時，保護線路起作用，但不象傳統(tǒng)的保護線路將驅(qū)動電源切斷，而是使工作電壓穩(wěn)定限制在180v dc 以下。驅(qū)動電源不會因外電壓忽高忽低影響工作。
此工作是由電阻分壓電路在步進電機工作高壓取樣，在運算器lm393 上進行比較，再由光電耦合器進行隔離傳輸，觸發(fā)可控硅控制開關(guān)步進電機工作高壓完成。
3.2 過電流保護 步進電機運行中，大功率管的二次擊穿是一個最頭痛的問題,即使在調(diào)試中稍不注意也會將功率管損壞。為此，設(shè)計了過電流保護線路。當(dāng)驅(qū)動線路出故障或電機相線短路，使某相工作電流瞬間超過額定百分之30 時過電流保護線路起作用。此時過流指示燈亮,將該相輸入控制信號關(guān)閉；通過報警信號線向計算機報警。計算機自動發(fā)出關(guān)斷高壓控制信號，關(guān)斷高壓,避免大功率管燒壞。此保護線路是電路切斷脈沖信號與計算機關(guān)斷工作電源起雙保護作用。 3.3 過熱保護 步進電機驅(qū)動系統(tǒng)的過熱保護是保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。我們設(shè)計的bs308 、bs312 驅(qū)動電源，在室溫40 ℃通風(fēng)正常的情況下，散熱器上的溫度僅在55～65 ℃。當(dāng)發(fā)生意外使散熱風(fēng)機停轉(zhuǎn)或環(huán)境溫度過高時，都會導(dǎo)致驅(qū)動電源散熱器溫度上升，當(dāng)散熱器溫度達到70 ℃時，過熱保護電路將自動關(guān)掉高壓，使功率管工作電流為0 ，電機停轉(zhuǎn),此時過熱指示燈亮。
過熱保護線路是由溫敏電阻在驅(qū)動源散熱器上取得溫度轉(zhuǎn)換后的電壓變化信號，通過運算放大器lm393 進行比較，將所得結(jié)果再通過集成電路mc1413 放大，如果溫度超過標(biāo)準(zhǔn)值，信號將通過光電耦合器，觸發(fā)可控硅關(guān)斷步進電機工作電壓，步進電機停止運行，技術(shù)人員進行及時處理。
4 結(jié)束語 vmosfet 高頻恒流斬波步進電機伺服驅(qū)動技術(shù)是我所多年來開發(fā)研制數(shù)十種驅(qū)動電源的成熟技術(shù)，而近年研制成功的bs308 、bs312 細分驅(qū)動電源又在原來基礎(chǔ)上大大地進了一步。在該驅(qū)動系統(tǒng)中，采用大功率vmos 管和igbt 混合電路，利用vmos 管開關(guān)頻率高的特性，完成斬波工作，而igbt 飽和壓降低，發(fā)熱量小，作相選通控制,這樣驅(qū)動電源效率高，無二次擊穿，可靠性大大提高。
bs308 、bs312 已在航天部重慶巴山儀器廠進行了各種技術(shù)參數(shù)的測試及高低溫老化實驗，整機性能指標(biāo)完全符合標(biāo)準(zhǔn)，并通過鑒定，目前正進行批量生產(chǎn)。 聯(lián)系人：王工 18501531992
|
