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直流伺服电机速度控制单元的调速控制方式

2016-11-02 浏览量 86

直流伺服电机速度控制单元的调速控制方式

调速的概念有两个方面的含义：

（1) 改变电机转速：当指令速度变化时，电机的速度随之变化，并希望以最快的加减速达到新的指令速度值；
（2) 当指令速度不变化时，电机的速度保持稳定不变。
为调节电机转速和方向，需对直流电压的大小和方向进行控制，如何控制？
直流伺服电机速度控制单元的作用：将转速指令信号转换成电枢的电压值，达到速度调节的目的。
直流电机速度控制单元常采用的调速方法：晶闸管（可控硅）调速系统；晶体管脉宽调制（PWM）调速系统。

1、晶闸管调速系统

晶闸管调速系统

在交流电源电压不变的情况下，当改变控制电压Un* 时，通过控制电路和晶闸管主电路改变直流电机的电枢电压Ud，得到控制电压Un*所要求的电机转速。电机的实际电压Un作为反馈与Un*进行比较，形成速度环，达到改善电机运行时的机械特性的目的。
晶闸管调速系统主电路采用大功率晶闸管。大功率晶闸管的作用：
（1）整流。将电网交流电源变为直流；将调节回路的控制功率放大，得到较高电压与较大电流以驱动电机。
（2）逆变。在可逆控制电路中，电机制动时，把电机运转的惯性能转变为电能，并回馈给交流电网，实现逆变。
为了对晶闸管进行控制，必须设有触发脉冲发生器，以产生合适的触发脉冲。该脉冲必须与供电电源频率及相位同步，保证晶闸管的正确触发
主回路由大功率晶闸管构成的三相全控桥式反并接可逆电路，分成二大部分（Ⅰ和Ⅱ），每部分内按三相桥式连接，二组反并接，分别实现正转和反转。

各有一个可控硅同时导通，形成回路。为了保证合闸后两个串联的晶闸管能够同时导通或电流截止后再导通，必须对共阳极组的1个晶闸管和共阴极组的1个晶闸管同时发出触发脉冲。
2、PWM调速控制系统
原理：利用大功率晶体管的开关作用，将直流电压转换成一定频率的方波电压，加到直流电动机的电枢上；通过调整控制方波脉冲宽度来改变电枢的平均电压，从而调节电机的转速。

PWM调速控制系统

控制电压、电枢电压和电流波形

（a）原理图　　　　　　　（b）控制电压、电枢电压和电流波形
直流电机电压的平均值

其中，T为脉冲周期，Ton为导通时间
特点：控制电路简单，不需附加关断电路，开关特性好。广泛应用中、小功率直流伺服系统。
1）PWM系统的组成

USr——速度指令转化过来的直流电压；
U△——三角波；
USC——脉宽调制器的输出（USr+U△）；
Ub——调制器输出的经脉冲分配、由基极驱动转换过来的脉冲电压。
控制回路：速度调节器、电流调节器、固定频率振荡器及三角波发生器、脉宽调制器和基极驱动电路组成。
区别：与晶闸管调速系统比较，速度调节器和电流调节器原理一样。不同的是脉宽调制器和功率放大器。
2）PWM系统的脉宽调制器
作用：将电压量转换成可由控制信号调节的矩形脉冲，为功率晶体管的基极提供一个宽度可由速度指令信号调节的脉宽电压。
组成：调制信号发生器（三角波和锯齿波两种）和比较放大器。
3、全数字直流调速系统
在全数字直流调速系统中，仅功率转换组件和执行组件的输入信号和输出信号为模拟信号，其余的信号都为数字信号，由计算机通过算法实现。
计算机的计算速度很高，在几毫秒内可以计算出电流环和速度环的输入、输出数值，产生控制方波的数据，从而控制电机的转速和转矩。全数字调速的特点是离散化，即在每个采样周期给出一次控制数据。
在一个采样周期内，计算机要完成一次电流环和速度环的控制数据的计算和输出，对电机的转速和转矩控制一次。

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