【文章內(nèi)容簡介】 。）集成控制器產(chǎn)生兩路互補(bǔ)的 PWM 脈沖波形，通過調(diào)節(jié)這兩路波形的寬度來控制 H 電路中的 GTR 通斷時間，便能夠?qū)崿F(xiàn)對電機(jī)速度的控制。為了獲得良好的動、靜態(tài)品質(zhì)，調(diào)節(jié)器采用 PI 調(diào)節(jié)器并對系統(tǒng)進(jìn)行了校正。檢測部分中，采用了霍爾片式電流檢測裝置對電流環(huán)進(jìn)行檢測，轉(zhuǎn)速還則是采用了測速電機(jī)進(jìn)行檢測，能達(dá)到比較理想的檢測效果。 系統(tǒng)構(gòu)成 本系統(tǒng)主要有信號發(fā)生電路、PWM 速度控制電路、電機(jī)驅(qū)動電路等幾部分組成。整個系統(tǒng)上采用了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，如圖 1 所示。在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實行串級連接，即以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出作為 PWM 的控制電壓。從閉環(huán)反饋結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，是內(nèi)環(huán)，按典型Ⅰ型系統(tǒng)設(shè)計；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)在外面，成為外環(huán)，按典型 Ⅱ型系統(tǒng)設(shè)計。為了獲得良好的動、靜態(tài)品質(zhì)，調(diào)節(jié)器均采用 PI 調(diào)節(jié)器并對系統(tǒng)進(jìn)行了校正。檢測部分中，采用了霍爾片式電流檢測裝置對電流環(huán)進(jìn)行檢測，轉(zhuǎn)速還則是采用了測速電10機(jī)進(jìn)行檢測，達(dá)到了比較理想的檢測效果。主電路部分采用了以 GTR 為可控開關(guān)元件、H橋電路為功率放大電路所構(gòu)成的電路結(jié)構(gòu)。PWM 方式是在大功率開關(guān)晶體管的基極上，加上脈沖寬度可調(diào)的方波電壓，控制開關(guān)管的導(dǎo)通時間 t，改變占空比，達(dá)到控制目的。圖 1 是直流 PWM 系統(tǒng)原理框圖。這是一個雙閉環(huán)系統(tǒng)，有電流環(huán)和速度環(huán)。核心部分是脈沖功率放大器和脈寬調(diào)制器?？刂撇糠植捎?SG1525 集成控制器產(chǎn)生兩路互補(bǔ)的 PWM 脈沖波形，通過調(diào)節(jié)這兩路波形的寬度來控制 H 電路中的 GTR 通斷時間，便能夠?qū)崿F(xiàn)對電機(jī)速度的控制。圖 1 直流電動機(jī) PWM 系統(tǒng)原理圖111 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 24Sep2022 Sheet of File: H:\song\MyDesign1\ Drawn By:EA1 EA+23osc4 ct5rt6 ro78 910vo1 11gnd12vcc 13vo2 14vcc115vref 16u1sg1525R1R2R3R4R5R6R7R8R9R10Q1D1D2 D3D4D5C1C2C3C412VF15Vl1RES1MMETERtgMETER12VoCON2C8圖 2 控制電路的原理圖 圖 2 為控制電路的原理圖。圖中，V 為大功率晶體管，C R1 、VD1 為過電壓吸收電路。由 SG1525 集成 PWM 控制器產(chǎn)生的 PWM 信號，經(jīng)驅(qū)動電路隔離放大后，驅(qū)動晶體管。輸出的 PWM 電壓平均值按下式變化，其中的值由 SG1525 定頻調(diào)寬法，即 T1+T2=T 保持一定，使 T1 在 0～T 范圍內(nèi)變化來調(diào)節(jié)。 Ua= Ud??Ud121 系統(tǒng)的直流主回路電源 VD，經(jīng)三相橋式不可控整流濾波電路供電。當(dāng)被流電機(jī)的額定功率較小時，VD 也可由單相橋式不可控整流濾波電路供電。系統(tǒng) 由主開關(guān)器件 V 的 PWM 斬波渡控制 ，在電感 L 左端形成主控回路的 PWM 脈寬可調(diào)控電壓 Ua ，Ua 再經(jīng) LC濾波得到直流電機(jī)兩端的平直直流電壓 Va PWM 驅(qū)動裝置是利用大功率晶體管的開關(guān)特性來調(diào)制固定電壓的直流電源，按一個固定的頻率來接通和斷開，并根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)“接通”與“斷開”時間的長短，通過改12變直流伺服電動機(jī)電樞上電壓的“占比空”來改變平均電壓的大小，從而控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。因此，這種裝置又稱為“開關(guān)驅(qū)動裝置”。 直流電動機(jī)的脈寬調(diào)制的工作原理直流無刷電機(jī)由電動機(jī)、轉(zhuǎn)子位置傳感器和電子開關(guān)線路三部分組成。直流電源通過開關(guān)線路向電動機(jī)定子繞組供電，電動機(jī)轉(zhuǎn)子位置由位置傳感器檢測并提供信號去觸發(fā)開關(guān)線路中的功率開關(guān)元件使之導(dǎo)通或截止，從而控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)動。在應(yīng)用實例中，磁極旋轉(zhuǎn)，電樞靜止，電樞繞組里的電流換向借助于位置傳感器和電子開關(guān)電路來實現(xiàn)。電機(jī)的電樞繞組作成三相，轉(zhuǎn)子由永磁材料制成，與轉(zhuǎn)子軸相連的位置傳感器采用霍爾傳感器。3600 范圍內(nèi)，兩兩相差 1200 安裝，共安裝三個。為了提高電機(jī)的特性，電機(jī)采用二相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)的工作方式。開關(guān)電路采用三相橋式接線方式。PWM 驅(qū)動裝置是利用大功率晶體管的開關(guān)特性來調(diào)制固定電壓的直流電源，按一個固定的頻率來接通和斷開，并根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)“接通”與“斷開”時間的長短，通過改變直流伺服電動機(jī)電樞上電壓的“占比空”來改變平均電壓的大小，從而控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。因此，這種裝置又稱為“開關(guān)驅(qū)動裝置”。 PWM 控制的示意圖如圖 2 所示，可控開關(guān) S 以一定的時間間隔重復(fù)地接通和斷開，當(dāng) S 接通時，供電電源 US 通過開關(guān) S 施加到電動機(jī)兩端，電源向電機(jī)提供能量，電動機(jī)儲能；當(dāng)開關(guān) S 斷開時，中斷了供電電源 US 向電動機(jī)電流繼續(xù)流通。圖 3 PWM 控制示意圖電壓平均值 Uas 可用下式表示： Uas= tonUs/T=αUs （11 ）式中，ton 為開關(guān)每次接通的時間，T 為開關(guān)通斷的工作周期，（即開關(guān)接通時間 ton 和13關(guān)斷時間 toff 之和），α 為占空比，α= ton/T。由式（11 ）可見，改變開關(guān)接通時間 ton 和開關(guān)周期 T 的比例也即改變脈沖的占空比，電動機(jī)兩端電壓的平均值也隨之改變，因而電動機(jī)轉(zhuǎn)速得到了控制。2．3 主回路在系統(tǒng)主電路部分，采用的是以大功率 GTR 為開關(guān)元件、H 橋電路為功率放大電路所構(gòu)成的電路結(jié)構(gòu)。如圖 2 所示。圖中，四只 GTR 分為兩組， 和 為一組， 和1VT42VT為另一組。同一組中的兩只 GTR 同時導(dǎo)通，同時關(guān)斷，且兩組晶體管之間可以是交替3VT的導(dǎo)通和關(guān)斷。欲使電動機(jī) M 向正方向轉(zhuǎn)動，則要求控制電壓 為正，各三極管基極電kU壓波形如圖 3 所示。欲使電動機(jī)反轉(zhuǎn)，則使控制電壓 為負(fù)即可 。k]2[GTR 是一種雙極性大功率高反壓晶體管，它大多用作功率開關(guān)使用,而且 GTR 是一種具有自關(guān)斷能力的全控型電力半導(dǎo)體器件，這一特性可以使各類變流電路的控制更加方便和靈活，線路結(jié)構(gòu)大為簡化。圖 4 雙極式 H 型 PWM 變換電路圖 5 雙極式 PWM 變換電路的電壓、電流波形 （a）,(b) 三極管基極電壓波形 (c) 電樞電壓波形 （d）電樞電流波形 (e) 重負(fù)載時 波形 (f) E 時 波形aiSUai14設(shè)矩形波的周期為 T，正向脈沖寬度為 ，并設(shè) λ= /T 為占空比。則電樞電壓 U 的1t1t平均值 =（2λ1） =（2 /T1） ，并定義雙極性雙極式脈寬放大器的負(fù)載電壓avUS1tSU系數(shù)為 ρ= / =2 /T1avS1t即 =ρ可見，ρ 可在1 到+1 之間變化。雙極式 PWM 變換器的優(yōu)點：電流一定連續(xù)；可使電機(jī)在四象限中運行；電動機(jī)停止時有微振電流，能消除正、反向時的靜摩擦死區(qū)；低速時，每個晶體管的驅(qū)動脈沖仍較寬，有利于保證晶體管可靠導(dǎo)通；低速平穩(wěn)性好，低速范圍可達(dá) 20220 左右。 a).正向電動運行波形15 b).反向電動運行波形3．單元電路設(shè)計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。檢測部分中，采用了霍爾片式電流檢測裝置對電流環(huán)進(jìn)行檢測，轉(zhuǎn)速則是采用了測速電機(jī)進(jìn)行檢測。 為了獲得良好的靜、動態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個調(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。把比例運算電路和積分電路組合起來就構(gòu)成了比例積分調(diào)節(jié)器，如圖 6所示?？芍猆O=I1R1 ∫UidtR0C1I1=I0=Ui/R0U0=R1Ui/R0 R0C1/1∫Uidt當(dāng)突加輸入信號 Ui 時，開始瞬間電容 C1 相當(dāng)于短路，反饋回路中只有電阻 R1，此時相當(dāng)于比例調(diào)節(jié)器，它可以毫無延遲地起調(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，直到穩(wěn)態(tài)。16 圖 6 PI