图5-4 晶闸管放大倍数测定接线图
用电动机的激励绕组作为负载，按图5-4接线，在触发器上加一个可调的直流电压，用万用表测出触发器的输入电压Uc和相应的整流器输出电压Ud，画出Uc和
Ud的特性曲线，在工作点附近取一个增量，则
KS?Ud1?Ud2
UC1?UC2试验测得：KS?30
参考文献：
1．陈伯时．电力拖动自动控制系统——运动控制系统（第 3 版）．机械工业出版社，2003
2．顾谷绳. 电机及拖动基础——第四版 （上、下册） 机械工业出版社，2009
3．黄俊，王兆安．电力电子技术（第 4 版）机械工业出版社，2009 4．直流电机调速系统 倪忠远 机械工业出版社， 1996
伺服驱动系统
数控机床中的伺服驱动系统取代了传统机床的机械传动，是数控机床的重要特征之一，因此在一定意义上，伺服驱动系统的性能和可靠性决定了整台数控机床的性能和可靠性。位置伺服驱动系统是由驱动系统与ＣＮＣ 系统中的位置控制部分构成的。数控机床的驱动系统主要有两种：主轴驱动系统和进给驱动系统。从作用看，前者控制机床主轴旋转运动，后者控制机床各坐标的进给运动。不论
是主轴驱动系统还是进给驱动系统，从电气控制原理来分都可分为直流驱动和交流驱动系统。直流驱动系统在２０世纪７０年代初至８０年代中期占据主导地位，这是由于直流电动机具有良好的调速性能，输出力矩大，过载能力强，精度高，控制原理简单，易于调整等。
随着微电子技术的迅速发展，加之交流伺服电动机材料、结构及控制理论有了突破性的进展，又推出了交流驱动系统，标志着新一代驱动系统的开始。由于交流驱动系统保持了直流驱动系统的优越性，而且交流电动机维护简单，便于制造，不受恶劣环境影响，所以目前直流驱动系统已逐步被交流驱动系统所取代。 一、主轴驱动系统
数控机床要求主轴在很宽的范围内转速连续可调，恒功率范围宽。当要求机床有螺纹加工功能、准停功能和恒线速加工等功能时，就要对主轴提出相应的速度控制和位置控制要求。 １．直流主轴驱动系统
由于直流调速性能的优越性，直流主轴电动机在数控机床的主轴驱动中得到广泛应用，主轴电动机驱动多采用晶闸管调速的方式。 （１） 工作原理
数控机床直流主轴电动机由于功率较大，且要求正、反转及停止迅速，故驱动装置通常采用三相桥式反并联逻辑无环流可逆调速系统，这样在制动时，除了缩短制动时间外，还能将主轴旋转的机械能转换成电能送回电网。
１） 主电路图６－９为三相桥式反并联逻辑无环流可逆调速系统的主电路，逻辑无环流可逆系统是利用逻辑电路，使一组晶闸管在工作时，另一组晶闸管的触发脉冲被封锁，从而切断正、反两组晶闸管之间流通的电流。图６－１０为逻辑无环流可逆系统的四象限运行示意图。其工作原理如下：正组晶闸管ＶＴ１提供电动机顺时针驱动（正转）的电枢电流Ｉｄ，若速度指令由正变负，即电动机由正转到反转过程中，正组晶闸管进入有源逆变状态，将电感储能逆变回送电网。由于此时逆变是发生在原来工作着的桥路上，故称为本桥逆变，此时仍处于电动机运行状态，因而电枢电流迅速衰减。当Ｉｄ回到零时，命令级电路使正组晶闸管ＶＴ１ 完全封锁，此时正、反组晶闸管均被封锁，电动机作惯性运转。在一个安全周期后，反组晶闸管ＶＴ２ 接通，进入有源逆变状态，电
动势Ｅ 大于电枢电压Ｕｄ ，通过反组晶闸管ＶＴ２，机械能由电动机送回电网，电动机运行在发电制动状态，转速很快下降至零。由于此时逆变发生在原来封锁的桥路上，因而称为它桥逆变。如果反组在开放时处于整流状态，其整流电压与电动机电动势串联，形成电动机的电源反接制动，电流冲击很大。为此在反组开放前，在电流调节器的输入端加上一个从逻辑电路来的电压，习惯上称为推β环节，加入推β环节后，反组一开始就是发电制动，从而避免了反接制动造成的电流冲击，保证电动机从正转到反转过程中，电枢电流正向平稳下降至零再反向
平稳上升。当逆时针驱动（反转）时，晶闸管ＶＴ２ 作为整流器，晶闸管ＶＴ１ 作为逆变器，运行情况同正转，因此可四象限运行。
命令级电路的作用是防止正、反向两组晶闸管同时导通，它要检测电枢电路的电流是否到达零值，判别旋转方向命令，向逻辑电路提供正组或反组晶闸管允许开通信号，这两个信号是互斥的，由逻辑电路保证不同时出现。逻辑电路必须保证系统满足下述条件：
① 只允许向一组晶闸管提供触发脉冲。
图６－９ 三相桥式反并联逻辑无环流可逆调速系统主电路
② 只有当工作的那一组晶闸管断流后才能撤销其触发脉冲，以防止晶闸管处于逆变状态时，未断流就撤销触发脉冲，以致出现逆变颠覆现象，造成故障。 ③ 只有当原先工作的那一组晶闸管完全关断后，才能向另一组晶闸管提供触发脉冲，以防止出现过大的电流。
④ 任何一组晶闸管导通时，要防止晶闸管输出电压与电动机电动势方向一致，导致电压相加，使瞬时电流过大。逻辑无环流可逆调速系统除了用于数控机床直流主轴电动机的驱动外，还可用于功率较大的直流进给伺服电动机。
２） 控制电路直流主轴电动机控制电路采用电流反馈和速度反馈的双闭环调速系统，其中内环是电流环，外环是速度环。主轴电动机为他励式直流电动机，励磁绕组与电枢绕组无连接关
系，由另一路直流电源供电。图６－１１为ＦＡＮＵＣ 直流主轴电动机驱动控制示意图。磁场控制电路由励磁电流设定回路、电枢电压反馈回路及励磁电流反馈回路组成，电枢电压与电枢电压经比较后控制励磁电流。以ＦＡＮＵＣ 直流主轴电动机为例，当电枢电压低于２１０Ｖ，电枢反馈电压低于６．２Ｖ 时，磁场控制回路中电枢电压反馈相当于开路不起作用，只有励磁电流反馈起作用，维持励磁电流不变，实现调压调速；当电枢电压高于２１０Ｖ，电枢反馈电压.高于６．２Ｖ 时，励磁电流反馈相当于开路不起作用，而引入电枢反馈电压。随着电枢电压的稍许提高，调节器对磁场电流进行弱磁升速，使转速上升。这样，通过速度指令，电动机转速从最小值到额定值对应电动机电枢的调压调速，实现恒转矩控制；从额定值到最大值对应电动机励磁电流减小的调磁调速，实现恒功率控制。
（２） 工作特点
图６－１０ 逻辑无环流可逆系统的四象限运行示意图
图６－１１ ＦＡＮＵＣ直流主轴电动机驱动控制示意图
直流主轴驱动装置双闭环调速系统以速度调节器的输出作为电流调节器的给定信号来控制电动机的电流和转矩。其优点在于：可以根据速度指令的模拟电压信号与实际转速反馈电压的差值及时控制电动机的转矩，以便尽快地使电动机的转速达到给定值；而当转速接近给定值时，又能使电动机的转矩自动地减小，这样可以避免过大的超调，保证转速稳态无静差。当系统受到外界干扰时，电流环能迅速做出抑制干扰的响应，保证系统具有最佳的加速和制动的时间特性。
另外，双闭环调速系统以速度调节器的输出作为电流调节器的输入给定值，速度调节器的输出限幅值就限定了电流环中的电流。在电动机起动或制动过程中，电动机转矩和电枢电流急剧增加，使电动机以最大转矩加速，转速直线上升。当电动机的转速达到给定值时，速度调节器的输出从限幅值降下来，作为电流调节器的输入给定值使电枢电流降下来，随之电动机的转矩也将下降，开始减速。当电动机的转速小于负载转矩时，电动机又会加速直到重新回到速度给定值。因此双闭环直流调速系统对主轴的快速起停、保持稳定运行等功能是很重要的。 例题６－３ 某加工中心采用直流主轴电动机、逻辑无环流可逆调速系统。起动时有“咔、咔”的冲击声，电动机换向片上有轻微的火花，起动后，无明显的异常现象；用Ｍ０５ 指令使主轴停止运转时，换向片上出现强烈的火花，同时伴有“叭、叭” 的放电声，随即交流回路的保险丝熔断。火花的强烈程度与电动机的转速有关，转速越高，火花越大，起动时的冲击声也越明显。用急停方式停止主轴，换向片上没有任何火花。 分析：
该机床的主轴电动机有两种制动方式： （１） 电阻能耗制动，只用于急停。
（２） 回馈制动用于正常停机。主轴直流电动机驱动系统是一个逻辑无环流可逆控制系统，任何时候不允许正、反两组晶闸管同时工作，制动过程为“本桥逆变—电流为零—它桥逆变制