夏筱筠，胡志陽，霍淑蘭，劉月和

（1.中國科學(xué)院沈陽計(jì)算技術(shù)研究所有限公司 遼寧 沈陽 110168；2.中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 遼寧 沈陽 110043；）

一、引言

電子束焊接技術(shù)是利用高速運(yùn)動(dòng)的電子束流轟擊工件的原理進(jìn)行焊接加工的一種比較精密的焊接技術(shù)。然而，設(shè)計(jì)者多著眼于焊接精度的提高，而忽視起輔助作用的配套裝置，導(dǎo)致焊接的效率沒有實(shí)質(zhì)性的提高，例如現(xiàn)有的直流伺服驅(qū)動(dòng)器存在驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜、驅(qū)動(dòng)裝置本身消耗的功率大等問題。為解決這些不足，設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)簡單、小功率的直流伺服驅(qū)動(dòng)裝置。

二、電子束焊直流伺服驅(qū)動(dòng)裝置的組成及工作原理

該裝置主要由寬范圍供電電源模塊、開關(guān)量模塊、模擬量模塊、功率驅(qū)動(dòng)模塊、使能控制功能模塊、報(bào)警模塊等組成。其部分設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

圖1 驅(qū)動(dòng)整體設(shè)計(jì)框圖

其工作原理是：寬范圍供電電源模塊為其他各功能模塊提供電源，外部信號(hào)通過開關(guān)量模塊與模擬量模塊轉(zhuǎn)換后送入內(nèi)部控制電路部分，最后控制電路輸出指令信號(hào)至功率部分，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。

1.開關(guān)量模塊：

主要由開關(guān)量接口模塊及開關(guān)量數(shù)據(jù)隔離模塊組成，電路圖見圖2。

圖2 開關(guān)量模塊電路圖

其基本功能是接收各種外部裝置或過程的開關(guān)信號(hào)，并通過開關(guān)量數(shù)據(jù)隔離模塊將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電流信號(hào)送入其內(nèi)部的控制電路。開關(guān)量數(shù)據(jù)隔離模塊不但起著信號(hào)轉(zhuǎn)換的作用，同時(shí)還起到了將此接口模塊的外部電路與其內(nèi)部電路在電氣上進(jìn)行隔離，隔離電壓可達(dá)1 500V以上。從而確保了內(nèi)部電路的電氣安全。

2.模擬量模塊：

此部分主要由放大器、調(diào)制器、解調(diào)器、基準(zhǔn)源及擬諧器等組成，框圖如圖3所示。

圖3 模擬量模塊框圖

工作時(shí)，+15V電源連接到擬諧器，使其工作。從而產(chǎn)生頻率為25kHz的載波信號(hào)。通過變壓器耦合，經(jīng)整流和濾波，可完成±10V直流或5kHz的交流瞬態(tài)變化的電壓隔離。

這種直流模擬隔離技術(shù)能完成3 000V的輸入與輸出方式的隔離。為直流伺服在多種復(fù)雜環(huán)境下使用提供了方便。

在輸入電路中，輸入信號(hào)經(jīng)放大器放大后，通過調(diào)制器調(diào)制成載波信號(hào)，再經(jīng)變壓器送入解調(diào)器，以致在輸出端重現(xiàn)輸入信號(hào)。由于解調(diào)信號(hào)要經(jīng)三階濾波器濾波，從而使得輸出信號(hào)中的噪聲和紋波達(dá)到最小，為后級(jí)應(yīng)用電路提供良好的激勵(lì)源。

3.功率驅(qū)動(dòng)模塊：

此部分采用PWM等效脈沖驅(qū)動(dòng)方式，高頻的開關(guān)頻率可達(dá)到22kHz，電流輸出峰值50A，連續(xù)工作功率238W?？沈?qū)動(dòng)無刷DC伺服電機(jī)在直流電壓反饋閉環(huán)模式（即伺服自身電壓閉環(huán)方式）、直流電流輸出電流閉環(huán)方式（即伺服自身輸出電流閉環(huán)方式）、直流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速全閉環(huán)模式、開環(huán)模式下工作。

4.報(bào)警模塊：

具有過流監(jiān)視功能，可實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，驅(qū)動(dòng)器過熱保護(hù)，以及過電壓報(bào)警等功能。當(dāng)功率及功率控制電路發(fā)生異常時(shí)，出現(xiàn)報(bào)警。此時(shí)，直流伺服驅(qū)動(dòng)停止工作，前面板的紅色指示燈長亮。電流限制起作用時(shí)，當(dāng)直流伺服驅(qū)動(dòng)的工作電流大于設(shè)定的極限報(bào)警電流時(shí)，出現(xiàn)報(bào)警。此時(shí)，直流伺服驅(qū)動(dòng)停止工作，前面板的紅色指示燈長亮。

輸出報(bào)警極限電流由10～30A 8擋不同的范圍開關(guān)設(shè)定，如圖4所示。當(dāng)開關(guān)1閉合時(shí)，此時(shí)的極限報(bào)警電流為12A，限流電阻與極限報(bào)警電流對(duì)應(yīng)關(guān)系見表1。

三、電子直流伺服驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1.在寬范圍的交流40～150V的條件下都能正常運(yùn)行。

2.具有左向行駛禁止、右向行駛禁止、終端使能（即“允許”信號(hào)）、運(yùn)行使能、停止運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)備，準(zhǔn)備就緒等各種條件功能。

3.有伺服輸出的電流范圍選擇，輸出報(bào)警極限電流有10～30A 等8擋不同的范圍開關(guān)設(shè)定。

4.伺服系統(tǒng)可選擇直流電壓反饋閉環(huán)模式（即伺服自身電壓閉環(huán)方式）。直流電流輸出電流閉環(huán)方式（即伺服自身輸出電流閉環(huán)方式）。直流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速全閉環(huán)模式。開環(huán)功能工作模式等多種選擇。

圖4 輸出報(bào)警極限電流部分框圖

表1 限流電阻與極限報(bào)警電流對(duì)應(yīng)關(guān)系

四、結(jié)束語

本電子束焊直流伺服驅(qū)動(dòng)裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，成本低等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，輸入輸出的開關(guān)量接口均采用光電隔離技術(shù)來設(shè)計(jì)完成，為直流伺服驅(qū)動(dòng)裝置在多種復(fù)雜環(huán)境下使用提供了方便。

[1]王亞軍.電子束焊加工技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展.中國機(jī)械工程動(dòng)力學(xué)會(huì)第八次全國焊接會(huì)誶論文集,1991.

[2]劉春飛.電子束焊接技術(shù)發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及展望.航天制造技術(shù),2003.

[3]陳伯宇.電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,1998,6.