直流電動(dòng)機(jī)pwm控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2024-11-12 09:20 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 b).反向電動(dòng)運(yùn)行波形 3．單元電路設(shè)計(jì) 3． 1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)電路 3． 1． 1電路原理 在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸 入，電流調(diào)節(jié)器的輸出控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。 電流調(diào)節(jié)器在里面稱作內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在外面稱作外環(huán)，這樣就形成轉(zhuǎn)速、電 流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖如圖 7所示。檢測(cè)部分中 ，采用了霍爾片式電流檢測(cè)裝置對(duì)電流環(huán)進(jìn)行檢測(cè)，轉(zhuǎn)速 15 則是采用了測(cè)速電機(jī)進(jìn)行檢測(cè)。 為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器都采用 PI 調(diào)節(jié)器。 PI 調(diào)節(jié)器的輸出由兩部分組成，第一部分是比例部分，第二部分是積分部分。把比例運(yùn)算電路和積分電路組合起來(lái)就構(gòu)成了比例積分調(diào)節(jié)器，如圖 6所示?？芍? UO=I1R1R0C1 1 ∫ Uidt I1=I0=Ui/R0 U0=R1Ui/R0 R0C1/1∫ Uidt 當(dāng) 突加輸入信號(hào) Ui 時(shí)，開始瞬間電容 C1相當(dāng)于短路，反饋回路中只有電阻 R1，此時(shí)相當(dāng)于比例調(diào)節(jié)器，它可以毫無(wú)延遲地起調(diào)節(jié)作用，故調(diào)節(jié)速度快；而后隨著電容 C1被充電而開始積分， U0線性增長(zhǎng)，直到穩(wěn)態(tài)。 圖 6 PI 調(diào)節(jié)器電路 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速跟隨其給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時(shí)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn) 速無(wú)靜差，對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用，其輸出限幅值決定電機(jī)允許的最大電流。電流調(diào)節(jié)器使電流緊緊跟隨其給定電壓變化，對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起及時(shí)抗擾作用，在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過(guò)程中能夠獲得電動(dòng)機(jī)允許的最大電流，從而加快動(dòng)態(tài) 過(guò)程，當(dāng)電機(jī)過(guò)載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速的自動(dòng)保護(hù)作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動(dòng)恢復(fù)正常。 圖 7轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)電路圖 ASR– 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR– 電流調(diào)節(jié)器 GT– 觸發(fā)裝置 M – 直流電動(dòng)機(jī) TG– 測(cè)速發(fā)電機(jī) TA– 電流互感器 UPE電力電子變換器 Un*轉(zhuǎn)速給定電壓 Un轉(zhuǎn)速反饋電壓 Ui*電流給電壓 Ui電流反饋電壓 圖中，來(lái)自速度給定電位器給定的信號(hào) Un*與速度反饋信號(hào) Un 比較后，偏差為△ Un= Un*Un，送到速度調(diào)節(jié)器 ASR 的輸入端。 速度調(diào)節(jié)器的輸出 Ui*作為電流調(diào)節(jié)器 ACR 的給定信號(hào)，與電流反饋信號(hào) Ui 比較后，偏差為△ Un= Ui*Ui，送到電流調(diào)節(jié)器 ACR 的輸入端，電流調(diào)節(jié)器的輸出 Uct 送到觸發(fā)器，以控制可控整流器，整流器為電動(dòng)機(jī)提供直流電壓 Ud.。 PWM驅(qū)動(dòng)裝置控制電路 PWM kHz 圖 6為 PWM 驅(qū)動(dòng)裝置控制電路框圖。該控制電路包括恒頻波形發(fā)生器、脈寬調(diào)制器、脈沖分配電路等脈寬調(diào)速系統(tǒng)所特有的電路。 圖 8 PWM 驅(qū)動(dòng)裝置控制電路框圖 3． 2． 1恒頻波形發(fā)生器 它的作用是產(chǎn)生頻率 恒定的振蕩信號(hào)作為時(shí)間比較的基準(zhǔn)，其波形可以是三角形波或鋸齒波。 PWM 波由具有輸出的 PWM 控制器產(chǎn)生。 SG1525為單片脈寬調(diào)制型控制器芯片，具有輸出 的基準(zhǔn)穩(wěn)壓電源，誤差放大器、振蕩頻率在 100^ 400kHz范圍內(nèi)的鋸齒波振蕩器、軟啟動(dòng)電路、關(guān)閉電路、脈寬調(diào)制比較器、 RS 寄存器以及保護(hù)電路等。它解決了 PWM電路的集成化問(wèn)題，在實(shí)例中用此芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的調(diào)速。在具體的電路中，首 先對(duì)位置傳感器信號(hào)進(jìn)行整形 ，形成所需要的前后沿很陡，具有一定寬度的波形。經(jīng)微分電路微 分，產(chǎn)生的微分脈沖去觸發(fā)時(shí)基電路 LM555，形成占空比為 2:1的方波，方波頻率約為 200Hzo 此方波頻率計(jì)算公式為 :f= n * p/ 60式中 Y1為電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速 r/min, f 為位置傳感器輸出信號(hào)的頻率、P 為電機(jī)的極對(duì)數(shù)。方波經(jīng)濾波器濾波后，形成直流電壓送人脈寬調(diào)制器，與脈寬調(diào)制器的反饋電壓進(jìn)行比較，利用得到的誤差信號(hào)去控制脈寬調(diào)制器輸出的調(diào)制方波脈沖的寬度變化，即 PWM 輸出脈沖占空比的變化，利用占空比的變化調(diào)整加在電機(jī)電樞繞組上的電壓，改變電壓隨即改變電機(jī)電流，轉(zhuǎn)速依據(jù)電流的大小來(lái)改變。 結(jié)束語(yǔ)：在應(yīng)用實(shí)例中， PWM 對(duì)調(diào)速系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，有如下優(yōu)點(diǎn) :系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定精度等指標(biāo)比較好 。電樞電流的脈動(dòng)量小，容易連續(xù)，而且可以不必外加濾波電抗也可以平穩(wěn)工作 。系統(tǒng)的調(diào)速范圍寬 。使用元件少、線路簡(jiǎn)單。 它的作用是實(shí)現(xiàn)電壓、脈寬的轉(zhuǎn)換（ V/M），即形成 PWM 信號(hào)。 SG1525集成控制器由 R2 和 Rp1分壓給出EA(+)(2引腳 )的系統(tǒng)設(shè)定值電壓。這就要求提供此電壓的基準(zhǔn)電源 VREF 有較高精度。 VREF 受 15引腳 VCC1電源電壓的影響。 VCC1是標(biāo)準(zhǔn)三端集成穩(wěn)壓器的輸入電壓。VREF 是穩(wěn)壓器的輸出電壓 Vcc。低于 7V 或嚴(yán)重欠電壓時(shí)， VREF 的精度值 (5． 1V177。 1% )就得不到保證；為防止EA(+)設(shè)定值電壓波動(dòng)導(dǎo)致系統(tǒng)失控，在器件內(nèi)部設(shè)置有欠壓鎖定功能。出現(xiàn)欠電壓時(shí)，欠電壓鎖定功能使圖 7中 A 端線由低電壓上升為邏輯高電壓．經(jīng)“或”一“或非”門輸出轉(zhuǎn)化為 P1= P2=DCBA=DCB1； P1 =2P=1； P1 和P2的邏輯低電壓使輸出驅(qū)動(dòng)晶體管 T1和 T2 截止， P1和P2的邏輯高電壓使晶體管 T 和 T 的集電極對(duì)地導(dǎo)通?？刂破?11 和 l4引腳的輸出電壓脈沖消失 ( V01=V02 = 0)，功率驅(qū)動(dòng)電路輸出至主開關(guān)管 V 的控制驅(qū)動(dòng)脈沖消失，主開關(guān)管關(guān)斷使直流電機(jī)停轉(zhuǎn)。 欠電壓使 A 端線高電壓傳遞到 T3晶體管基極， T3導(dǎo)通為 8引腳外接電容 C3，提供放電的徑 C3經(jīng) T3發(fā)射極電阻放電為零電壓后，限制了比較器 C 的 PWM 脈沖電壓輸出 ，該脈沖電壓上升為恒定的邏輯高電壓。 PWM 高電壓經(jīng) PWM 鎖存器輸出到 D 端線仍為恒定的邏輯高壓， C3 電容重新充電之前， D 端線的高電壓不會(huì)發(fā)生變化。 D 與 A 同為高電壓．雙重封鎖 V01和 V02為零出欠電壓消失后，欠電壓鎖定功能使 A 恢復(fù)低電壓正常值 ， A 的低電壓使管恢復(fù)截止。 C
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