伺服驱动的硬件组成主要包括以下几个关键部分:
输入电源:
通常为三相交流电源(L1、L2、L3),电压等级有380V和220V等,也有单相220V的交流伺服驱动器。
滤波元件:
Y型接法电容并联于输入电源,用于去除电源的“突波毛刺”(高次谐波),起到交流侧滤波的作用。
整流模块:
三相全桥整流电路,用于将交流电整流成直流电。例如,输入220VAC时,输出为290~300VDC。
直流滤波元件:
电解电容滤波器,用于将波动的直流电变成平滑的直流电。其额定电压通常在400VDC~500VDC之间,容量误差为正负20%。电解电容的正负极端子不能接错,否则可能会损坏。
限流电阻:
如R1,用于滤波电容器的开机充电限流,充电稳定时通过继电器将此电阻器短接。
分压电阻:
如R2、R3,用于检测直流母线电压的高低。通过分压电阻可以设定过压和欠压的报警值。
制动单元:
包括制动电阻R4和一个IGBT开关。当伺服电机制动时,电机运行在发电模式,发的三相电经过IGBT的旁路二极管整流,返回到直流母线上,使直流母线电压升高。当检测直流电压超过一定值时,会发生过压报警。此时,制动电阻通过IGBT开关导通,将直流母线上电解电容多余的电荷以发热的方式消耗掉。
逆变模块:
通常由IGBT组成,用于将直流电逆变成三相交流电,输出给伺服电机。IGBT具有高开关频率(可达150KHZ)、高耐压(可达1200V)和低驱动电压(约为15~20VDC)等特点。
集成功率模块(PIM):
将上述主电路元件(如整流桥、制动单元、IGBT逆变回路、反并联续流二极管、温度传感器等)全部封装在一个模块内,用于小功率的驱动器。
电源板和控制板:
电源板包含主电路回路和控制电路回路的电源元件。
控制板包含DSP、FPGA等处理元件以及一些I/O接口,用于接收和处理控制信号,实现对伺服电机的精确控制。
此外,伺服驱动器的硬件还可能包括其他辅助元件,如连接器、电容器、晶体管、接口器件等,以及用于电流检测的毫欧电阻、电流互感器或霍尔元件等。这些元件共同协作,使得伺服驱动器能够实现对伺服电机的精确、快速和稳定的控制。