西门子6ES7 215-1HG40-0XB0型号介绍

交流电机变频调速系统中的关键部件之一就是逆变器，由于调速的要求，逆变器必须具有频率连续可调、以及输出电压连续可调，并与频率保持一定比例关系等功能。

利用脉冲宽度调制逆变器可实现变频也变压。如图所示，因电压的平均值和占空比成正比，所以在调节频率时，改变输出电压脉冲的占空比，就能同时实现变频和变压。与图1（a）相比，图1（b）所示电压周期增大（频率降低），而占空比减小，故平均电压降低。

采用pwm方法控制逆变管的通、断时，可获得一组幅值相等、宽度相同的矩形脉冲，改变矩形脉冲的宽度可控制其输出电压，改变调制周期可控制其输出频率，同时实现变压和变频。因输出电压波形为矩形波，具有许多高次谐波成分。对电机来说，有用的是电压的基波。为了减少谐波影响，提高电机的运行性能，应采用对称的三相正弦波为三相交流电机供电。

正弦波脉宽调制型逆变器（spwm）的输出端可获一组等幅而不等宽的矩形脉冲波形，来近似等效于正弦电压波。spwm脉宽调制波形，如图2。当正弦值为大值时，脉冲的宽度也大，而脉冲的间隔则小。反之，当正弦值较小时，脉冲的宽度也小，而脉冲的间隔则较大，这样的电压脉冲系列可以使负载电流中的高次谐波成分大大减少。

图1 脉宽调制的输出电压

图2 spwm脉宽调制波的形成

采用数字电路的spwm逆变器，可采用以软件为基础的控制模式。优点是所需硬件少，灵活性好和智能性强。缺点是需要通过计算确定spwm的脉冲宽度，有一定的延时和响应时间。随着高速度、高精度多功能微处理器、微控制器和spwm专用芯片的发展，采用微机控制的数字化spwm技术已占当今pwm逆变器的主导地位。

spwm变频调速系统，其中各部分的功用：

速度给定器：给定信号，控制频率、电压及正反转。

平稳启动回路：使启动加、减速时间可随机械负载设定，以达到软启动的目的。

函数发生器：在输出低频信号时保持电机气隙磁通一定，补偿定子电压降的影响。

电压频率变压器：将电压转换为频率，经分频器、环形计数器产生方波，和经三角波发生器产生的三角波一起送入调制回路。

电压调节器：产生频率和幅度可调的控制正弦波，送入调制回路，送入调制回路，在调制回路中进行spwm变换，产生三相的脉冲宽度调制信号。在基极回路中输出信号至功率晶体管基极，即对spwm的主回路进行控制，实现对永磁交流的变频调速。

电流检测器：过载保护。

1．传动间隙补偿

提高机床传动元件的齿轮、丝杠制造装配精度并采取消除传动间隙的措施，只能减少却不能完全消除传动间隙。

机械传动链在改变运动或旋转方向时，初若干个指令脉冲只能起到消除间隙的作用，造成的空走，而工作台无实际移动，从而产生传动误差。

补偿方法：先测出并存储间隙大小，接收反向位移指令时，先不向步进电机输出反向位移脉冲，而将间隙值转换为脉冲数n，驱动步进电机转动，越过传动间隙，然后按照指令脉冲动作。

2. 螺距误差补偿

传动链中滚珠丝杠螺距的制造误差直接影响机床工作台的位移精度。

补偿方法：设置若干个补偿点，在每个补偿点测量并记录工作台位移误差，确定补偿值并作为控制参数输送给数控装置。

设备运行时，工作台每经过一个补偿点，cnc系统就加入补偿量，补偿螺距误差。

3. 细分线路

细分驱动：将步进电机的一个步距角细分为若干步的驱动方法。

的细分控制从本质上讲是通过对步进电机的定子绕组中电流的控制，使步进电机内部的合成磁场按某种要求变化，从而实现步进电机步距角的细分。一般情况下，合成磁场矢量的幅值决定了电机旋转力矩的大小，相邻两合成磁场矢量的之间的夹角大小决定了步距角的大小。在电机内产生接近均匀的圆形旋转磁场，各相绕组的合成磁场矢量，这就需要在各相绕相中通以正弦电流。

混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。三相混合式步进电机的工作原理十分类似于交流永磁同步。其转子上所用永磁磁铁同样是具有高磁密特性的稀土永磁材料，所以在转子上产生的感应电流对转子磁场的影响可忽略不计。在结构上，它相当于一种多极对数的交流永磁同步电机。由于输入是三相正弦电流，因此产生的空间磁场呈圆形分布，而且可以用永磁式同步电机的结构模型分析三相混合式步进电机的转矩特性。

a.电机定子三相绕组完全对称;

b.磁饱和、涡流及铁心损耗忽略不计;

c.激磁电流无动态响应过程;

以上分析表明，对于三相永磁同步电机，当三相绕组输入相差 120°的正弦电流时，由于在内部产生圆形旋转磁场，电机的输出转矩为恒值。因此，将交流伺服控制原理应用到三相混合式步进电机驱动系统中，输入的220v 交流，经整流后变为直流，再经脉宽调制技术变为三路阶梯式正弦波形电流，它们按固定时序分别流过三路绕组，通过改变驱动器输出正弦电流的频率来改变电机转速，输出的阶梯数确定了每步转过的角度，当角度越小的时候，其阶梯数就越多。当然，步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势，频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率(或速度)的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。

三相混合式步进电机一般把三相绕组连接成星形或者三角形，按照电路基本定理，三相电流之和为零。即iu+iv+iw =0 。所以通常只需产生两相绕组的给定信号，第三相绕组的给定信号可由其它两相求得。同样，只需要对相应两相绕组的实际电流进行采样，第三相绕组的实际电流可根据式求得。

电机是机械十字滑台的动力源，电机通过联轴器与滚珠丝杠相联接，带动丝杠一起旋转，丝杠螺母将旋转运动转换为直线运动，驱动移动平台在直线导轨副上做直线往复运动。

通过伺服电机安装板的过度安装在电机支座上，电机与联轴器组件主要由伺服电机、伺服电机安装板、联轴器和紧固螺钉等组成。如下图所示：

联轴器是用来连接不同机构中的两根轴(主动轴和从动轴)使之共同旋转以传递扔矩的机械零件。在本任务中采用的是梅花形弹性联轴器，它由两个金属爪盘和一个弹性体组成，如下图所示。

增量式编码器是指随转轴旋转的码盘给出一系列脉冲，然后根据旋转方向用计数器对这些脉冲进行加减计数，以此来表示转过的角位移量。增量式光电编码器结构示意图如图1所示。

图1增量式光电码盘结构示意图

光电码盘与转轴连在一起。码盘可用玻璃材料制成，表面镀上一层不透光的金属铬，然后在边缘制成向心的透光狭缝。透光狭缝在码盘圆周上等分，数量从几百条到几千条不等。这样，整个码盘圆周上就被等分成n个透光的槽。增量式光电码盘也可用不锈钢薄板制成，然后在圆周边缘切割出均匀分布的透光槽