直流電動(dòng)機(jī)pwm控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)-在線(xiàn)瀏覽
2024-08-09 03:45本頁(yè)面
【正文】 、欠壓保護(hù)電路, 另外還有過(guò)壓吸收電路。關(guān)鍵詞：脈沖寬度調(diào)制,開(kāi)關(guān) ,直流調(diào)速系統(tǒng) ,雙閉環(huán)控制，基極驅(qū)動(dòng)，不可控整流 1系統(tǒng)內(nèi)容簡(jiǎn)介直流電機(jī)由于具有速度控制容易，啟、制動(dòng)性能良好，且在寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速等特點(diǎn)而在冶金、機(jī)械制造、輕工等工業(yè)部門(mén)中得到廣泛應(yīng)用。勵(lì)磁控制法控制磁通，其控制功率雖然小，但低速時(shí)受到磁飽和的限制，高速時(shí)受到換向火花和換向器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制。所以常用的控制方法是改變電樞端電壓調(diào)速的電樞電壓控制法。但這種傳統(tǒng)的調(diào)壓調(diào)速方法效率低。其基本原理是用改變電機(jī)電樞(定子)電壓的接通和斷開(kāi)的時(shí)間比(占空比)來(lái)控制馬達(dá)的速度，在脈寬調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)電機(jī)通電時(shí)，其速度增加；電機(jī)斷電時(shí)，其速度減低。利用數(shù)字輸出對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種有效技術(shù)，尤其是在對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制方面，可大大節(jié)省能量。模擬控制電路有以下缺陷:模擬電路容易隨時(shí)間漂移，會(huì)產(chǎn)生一些不必要的熱損耗，以及對(duì)噪聲敏感等。 PWM調(diào)速方案的優(yōu)越性自從全控型電力電子器件問(wèn)世以后，就出現(xiàn)了采用脈沖寬度調(diào)制的高頻開(kāi)關(guān)控制方 式，形成了脈寬調(diào)制變換器—直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，PWM的H型屬于調(diào)壓調(diào)速，PWM的H橋能實(shí)現(xiàn)大功率調(diào)速；國(guó)內(nèi)的超大功率調(diào)速還要依靠可控硅實(shí)現(xiàn)可控整流來(lái)實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的調(diào)壓調(diào)速。與VM系統(tǒng)相比在很多方面有較大的優(yōu)越性：1） 主電路線(xiàn)路簡(jiǎn)單，需用的功率器件少。 3） 低速性能好，穩(wěn)態(tài)精度高，調(diào)速范圍寬，可達(dá)1:20000左右。5） 功率開(kāi)關(guān)器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，通道損耗小，當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率適中時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗也不大，因而裝置效率高。由于由以上優(yōu)點(diǎn)直流PWM系統(tǒng)應(yīng)用日益廣泛，特別在中、小容量的高動(dòng)態(tài)性能中。為達(dá)到更好的機(jī)械特性要求，一般直流電動(dòng)機(jī)都是在閉環(huán)控制下運(yùn)行。 PWM方式是在大功率開(kāi)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(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間t，改變占空比，達(dá)到控制目的。這是一個(gè)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。 SG1731是電壓型控制芯片,利用電壓反饋的方法控制PWM信號(hào)的占空比,整個(gè)電路成為雙極點(diǎn)系統(tǒng)的控制問(wèn)題,簡(jiǎn)化了補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)。為了獲得良好的動(dòng)、靜態(tài)品質(zhì)，調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了校正。2系統(tǒng)概述 調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成 本系統(tǒng)主要有信號(hào)發(fā)生電路、PWM速度控制電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等幾部分組成。在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串級(jí)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。為了獲得良好的動(dòng)、靜態(tài)品質(zhì)，調(diào)節(jié)器均采用PI調(diào)節(jié)器并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了校正。主電路部分采用了以GTR為可控開(kāi)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)。圖1是直流PWM系統(tǒng)原理框圖。核心部分是脈沖功率放大器和脈寬調(diào)制器。 圖1 直流電動(dòng)機(jī)PWM系統(tǒng)原理圖 直流電動(dòng)機(jī)的脈寬調(diào)制的工作原理直流無(wú)刷電機(jī)由電動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)子位置傳感器和電子開(kāi)關(guān)線(xiàn)路三部分組成。在應(yīng)用實(shí)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(kāi)關(guān)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。3600范圍內(nèi)，兩兩相差1200安裝，共安裝三個(gè)。開(kāi)關(guān)電路采用三相橋式接線(xiàn)方式。因此，這種裝置又稱(chēng)為“開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置”。 圖2 PWM控制示意圖電壓平均值Uas可用下式表示： Uas= ton由式（11）可見(jiàn)，改變開(kāi)關(guān)接通時(shí)間ton和開(kāi)關(guān)周期T的比例也即改變脈沖的占空比，電動(dòng)機(jī)兩端電壓的平均值也隨之改變，因而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速得到了控制。如圖3所示。同一組中的兩只GTR同時(shí)導(dǎo)通，同時(shí)關(guān)斷，且兩組晶體管之間可以是交替的導(dǎo)通和關(guān)斷。欲使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，則使控制電壓為負(fù)即可。 圖3雙極式H型 PWM變換電路圖4 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(shí) 波形 (f) E 時(shí)波形設(shè)矩形波的周期為T(mén)，正向脈沖寬度為，并設(shè)λ=/T為占空比。雙極式PWM變換器的優(yōu)點(diǎn)：電流一定連續(xù)；可使電機(jī)在四象限中運(yùn)行；電動(dòng)機(jī)停止時(shí)有微振電流，能消除正、反向時(shí)的靜摩擦死區(qū)；低速時(shí)，每個(gè)晶體管的驅(qū)動(dòng)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)20000左右。該控制電路包括脈寬調(diào)制電路，基極驅(qū)動(dòng)電路，變換電路，三相橋式不可控整流電路等脈寬調(diào)速系統(tǒng)所需的電路。該芯片內(nèi)有三角波發(fā)生器、偏差信號(hào)放大器、比較器和橋式功放等電路。它具有外觸發(fā)保護(hù)、死區(qū)調(diào)節(jié)和正負(fù)100mA電流的輸出能力；其振蕩頻率為100350kHZ可調(diào)，適用于單極性PWM控制。由RS觸發(fā)器、比較器A4與A500uA的雙向恒流源和外接電容CT組成三角波振蕩器。1腳和8腳接正、負(fù)門(mén)檻電壓，為比較器AA5提供正、負(fù)門(mén)檻電壓，以與三角波進(jìn)行比較。若改變偏差放大器輸入的誤差信號(hào)，即可改變其脈寬，也即輸出脈寬與誤差信號(hào)成正比。SG1731具有關(guān)斷控制功能。這種功能可用對(duì) （1） +。（3） 基片“地”（10腳）必須聯(lián)到最低點(diǎn)位處。用不同類(lèi)別的主開(kāi)關(guān)其功率驅(qū)動(dòng)電路也不同，本系統(tǒng)采用GTR功率晶體管的光電耦合驅(qū)動(dòng)電路。據(jù)分壓原理可知，即使干擾電壓的幅度較大，但饋送到光電耦合器輸入端的雜訊電壓會(huì)很小，只能形成很為弱的電流，由于沒(méi)有足夠的能量而不能使二極管發(fā)光，從而被抑制掉了。（3） 光電耦合器可起到很好的安全保障作用，即使當(dāng)外部設(shè)備出現(xiàn)故障，甚至輸入信號(hào)線(xiàn)短接時(shí)，也不會(huì)損壞儀表。（4） 光電耦合器的回應(yīng)速度極快，其回應(yīng)延遲時(shí)間只有10us左右，適于對(duì)應(yīng)速度要求很高的場(chǎng)合。（2）當(dāng)用光電耦合器來(lái)隔離輸入輸出通道時(shí)，必須對(duì)所有的信號(hào)全部隔離，使得被隔離的兩邊沒(méi)有任何電氣上的聯(lián)系，否則這種隔離是沒(méi)有意義的。它是一個(gè)智能接口，其輸入與TTL電平及COMOS電平均兼容，其輸入信號(hào)與輸出信號(hào) 之間的延遲時(shí)間可人為調(diào)節(jié)。且電路自身的設(shè)計(jì)保證了這一電流值可以通過(guò)增加一個(gè)或幾個(gè)外部晶體管加以放大。同樣，反向基極電流也可以通過(guò)增加一個(gè)或幾個(gè)外部晶體管加以放大。在晶體管導(dǎo)通過(guò)程中，該處理器監(jiān)控晶體管的集射結(jié)飽和降壓和晶體管的集電極電流，同時(shí)也監(jiān)控本集成塊工作的正負(fù)電源電壓和芯片的工作溫度。此外，在電力晶體管導(dǎo)通過(guò)程中，若發(fā)生任一非正常情況，UAA4002 能存儲(chǔ)并保存任何故障信息直到結(jié)束導(dǎo)通為止，這樣就 免了任何可導(dǎo)致晶體
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