【正文】 是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，加在電樞上的電壓極性在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，都在 US和 –US之間變換一次，故稱(chēng)為雙極性。 3/9/2023 （ 4） PWM調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn) ①頻帶寬、頻率高 : 晶體管“結(jié)電容”小，開(kāi)關(guān)頻率遠(yuǎn)高于可控（ 50Hz)， 可達(dá) 210KHz?？焖傩院?。 ②電流脈動(dòng)小 : 由于 PWM調(diào)制頻率高，電機(jī)負(fù)載成感性對(duì)電流脈動(dòng) 由平滑作用，波形系數(shù)接近于 1。 ③電源的功率因數(shù)高 : SCR系統(tǒng)由于導(dǎo)通角的影響，使交流電源的波形畸 變、高次諧波的干擾，降低了電源功率因數(shù)。 PWM 系統(tǒng)的直流電源為不受控的整流輸出，功率因數(shù)高。 ④動(dòng)態(tài)硬度好 : 校 正瞬態(tài)負(fù)載擾動(dòng)能力強(qiáng)，頻帶寬，動(dòng)態(tài)硬度高。 3/9/2023 ⑴ N、 M—n 特 性，低速恒轉(zhuǎn)矩，高速恒功率。 ⑵ 良好的加、減速及換向功能。 ⑶ 過(guò)載能力， 150%（額定電流的 ）。 ⑷ 大的調(diào)速范圍。 ⑸ 準(zhǔn)停、同步、恒線速度控制功能。 速度控制單元：沒(méi)有位置控制，只是速度控制系統(tǒng)。 速度比較調(diào)節(jié) 電流比較調(diào)節(jié) 移相觸發(fā)脈沖及 方向控制 可控硅整流器 電機(jī) 激磁電 壓反饋 電流調(diào)解電壓相位變換 脈沖發(fā)生器方向控制 整流器 ~ ~ 激磁電流設(shè)定 速度 指令 速度反饋 電流反饋 調(diào)壓控制部分 調(diào)磁控制部分 ⅹ 電流 反饋 圖 直流主軸伺服系統(tǒng) 3/9/2023 組成： 調(diào)壓部分 — 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，在額定轉(zhuǎn)速以下調(diào)速。 調(diào)磁部分 — 恒功率調(diào)速，在額定轉(zhuǎn)速以上調(diào)速。 調(diào)壓： 一般采用晶閘管調(diào)速系統(tǒng)，同直流進(jìn)給系統(tǒng)一樣。包括 速度環(huán)、電流環(huán)、可控硅整流主回路等。 調(diào)磁： ◆ 主軸電機(jī)為它激式直流電機(jī)，激磁繞組與電樞繞組 無(wú)直接關(guān)系，需由另一直流電源供電。 ◆ 激磁回路由激磁電流設(shè)定電路，電樞電壓反饋電路、及 激磁反饋電路三者的比較輸出信號(hào)，經(jīng)電流調(diào)節(jié)、觸發(fā) 脈沖發(fā)生器等，控制激磁電流的大小，完成恒功率調(diào)速。 調(diào)磁部分的電壓反饋的作用： 它激直流主軸電機(jī)，調(diào)壓、調(diào)磁是分開(kāi)獨(dú)立工作的。在 額定轉(zhuǎn)速以下用改變電調(diào)電樞端電壓調(diào)速，此時(shí)調(diào)磁不 工作只是維持額定的磁場(chǎng)，用電壓反饋?zhàn)餍盘?hào)，限制激 磁電流反饋。 當(dāng)電樞端電壓達(dá)到額定值時(shí)，可以調(diào)磁， 使電機(jī)轉(zhuǎn)速在高速段調(diào)整。 3/9/2023 交流進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度控制 由電機(jī)學(xué)知，交流電機(jī)轉(zhuǎn)速公式： 式中： f – 定子電源頻率 p – 磁激對(duì)數(shù) S – 轉(zhuǎn)差率 ns – 定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速 n– 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 ? ?s1p f60n 1 ?? 異步電機(jī) 變頻 – 用于籠型電機(jī) 調(diào)壓 :定子電壓 電磁磚差離合器 調(diào)阻 :轉(zhuǎn)子電組 串級(jí)調(diào)速 交 – 直 – 交 交 – 交 交 – 直 – 交 交 – 交 變轉(zhuǎn) 差率 變頻 變頻 同步電機(jī) 交流電動(dòng)機(jī) ssnnns ??由此可知調(diào)速方法： （ ） （ ） 3/9/2023 對(duì)于進(jìn)給系統(tǒng)常使用交流同步電機(jī)，該電機(jī)沒(méi)有轉(zhuǎn)差率，電機(jī)轉(zhuǎn)速公式變?yōu)椋? pfn 160?從式中可以看出：只能用變頻調(diào)速，并且是有效方法。 變頻調(diào)速的主要環(huán)節(jié)是為交流電機(jī)提供變頻、變壓電源的變頻器，變頻器分為： ● 交 –直 –交變頻器 分電壓型和電流型。電壓型先將電網(wǎng)的交流 電經(jīng)整流器變?yōu)橹绷?，再?jīng)逆變器變?yōu)轭l率和電壓都可變的交 流電壓。電流型是切換一串方波，方波電流供電，用于大功率。 ● 交 –交變頻器 該變頻器沒(méi)有中間環(huán)節(jié)，直接將電網(wǎng)的交流電 變?yōu)轭l率和電壓都可變的交流電。 目前對(duì)于中小功率電機(jī)，用得最多的是電壓型交 –直 –交變頻器。 （ SPWM）變壓變頻器 ⑴基本概念 1964年德國(guó)人率先提出脈寬調(diào)制變頻思想，把通訊系統(tǒng)中的 （ ） 3/9/2023 調(diào)制技術(shù)應(yīng)用于交流變頻器。調(diào)制方法很多，目前用得最多的是正弦 脈寬調(diào)制。還有空間電壓矢量 PWM、最優(yōu) PWM、預(yù)測(cè) PWM、隨機(jī) PWM、規(guī)則采樣數(shù)字化 PWM等等。 SPWM交 –直 –交變壓變頻器的原理框圖如下： M 3～ UI UR ～ UR–整流器 固定電壓不可控整流器，常采用六個(gè)二級(jí)管橋式整流器 結(jié)構(gòu)將交流變?yōu)橹绷鳎妷悍挡蛔儭? 為逆變器的供電。 UI –逆變器 由六個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件組成，常采用大功率晶體管。其控 制極（大功率晶體管 GTR為基極 ）輸入由基準(zhǔn)正弦波（由速度指 令轉(zhuǎn)化過(guò)來(lái)的）和三角波疊加出來(lái)的 SPWM調(diào)制波（等幅、不等 寬的矩形脈沖波） ，使這些大功率晶體管按一定規(guī)律導(dǎo)通、截止， 輸出一系列功率級(jí)等效于正弦交流電的可變頻變壓的等幅、不等 寬的矩形脈沖電壓波，即功率級(jí) SPWM電壓，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。 功率開(kāi)關(guān)器件還可采用：可關(guān)斷晶閘管 GTO、功率場(chǎng)效應(yīng)晶 體管 MOSFET、絕緣門(mén)極晶體管 IGBT等。 圖 SPWM交 –直 –交變壓變頻器 3/9/2023 ⑵ 正弦脈寬調(diào)制原理 （以單相為例） 正弦脈寬調(diào)制 （ SPWM）波形 : 與正弦波等效的一系列等幅不等 寬的矩形脈沖波，如右下圖所示。 u ωt ωt u O O a) b) ① 等效原理 ：把 正弦分 成 n 等分，每一區(qū)間的面 積用與其相等的等幅不等 寬的矩形面積代替。 正弦的正負(fù)半周均如此 處理。 圖 正弦脈寬調(diào)制原理 3/9/2023 ② SPWM控制波的生成 :正弦波 —三角波調(diào)制 、方波 —三角波調(diào)制。 方波發(fā)生器（帶正反饋比較又有RC積分） 三角波發(fā)生器 （積分器） 三角波與基準(zhǔn) 正弦波疊加 （比較器） SPWM控制波 基準(zhǔn)正弦波 (由速度指令轉(zhuǎn)化過(guò)來(lái)的 ) VD1 調(diào)制波 載波 u ut u1: ut u1 u0 O O O t t t RF R R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 VD2 VD3 VD4 C 1 C 2 U0 (ua、 ub、 uc ) t O + + + ut: 圖 SPWM控制波的生成 3/9/2023 uAB 50Hz SPWM D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 T1 T2 T3 T4 T5 T6 ua ua ub ub uc uc u1 u2 u3 ut u1 ut ud ua ω1t ω1t ω1t ω1t ω1t ω1t uA0 uB0 uC0 逆變器輸出 A相等效正弦 脈寬電壓波 逆變器輸出 B相等效正弦 脈寬電壓波 逆變器輸出 C相等效正弦 脈寬電壓波 逆變器輸出線電壓等效正弦脈寬電壓波 u1:由 F轉(zhuǎn)換來(lái)的 ut 改變調(diào)制波的頻率、幅值，就可改變最終輸出 ： 變頻變壓的交流電壓 主回路： 左半部：整流器 右半部：逆變器 圖 SPWM調(diào)制主回路及波形圖 3/9/2023 ：速度環(huán)、電流環(huán) SPW電路、功放電路 檢測(cè)反饋電路 校正 補(bǔ)償 乘法器 SPWM 功率 放大 速度反 饋信號(hào) 轉(zhuǎn)子位置 檢測(cè)電路 電流信號(hào) 處理電路 傳感器信號(hào)處理電路 傳感器 MS 3~ 電流 比較 速度 比較 電流 傳感 + + U(t) 圖 交流進(jìn)給伺服電機(jī)的速度控制系統(tǒng) 圖 3/9/2023 SPWM的控制方法： ⑴ 模擬控制 原始的控制方法； ⑵ 數(shù)字控制 ① 微機(jī)存儲(chǔ)事先算好的 SPWM數(shù)據(jù)表格，由指令調(diào)出，或通過(guò)軟 件實(shí)時(shí)生成。 ② 專(zhuān)用集成芯片 ③ 單片機(jī)微處理器直接帶有 SPWM信號(hào)產(chǎn)生功能，并有其輸出端 口，如 809 8XC196MC。 去主回路 三極管基極 u/f 分頻 u/f 分頻 基準(zhǔn)正弦波產(chǎn)生 比較器 SPWM 比較 疊加 ui 壓 /頻變換、 分頻器 正弦邏輯 三角波邏輯 指令 比較器 比較器 脈沖 分配 三角波發(fā)生器 圖 SPWM控制波電路原理圖 3/9/2023 SPWM變壓變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)： ，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)； 。使電網(wǎng)功率因數(shù)提高； ，動(dòng)態(tài)相應(yīng)不受中間環(huán)節(jié)影響； 。 3/9/2023 交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：交流感應(yīng)異步電機(jī) 調(diào)速方法很多，變頻調(diào)速是最適用的方法，主要有： 壓頻（ u/f）調(diào)速 矢量變換控制調(diào)速 在電機(jī)調(diào)速時(shí)，希望保持每極磁通為額定值。 磁通過(guò)弱 — 沒(méi)有充分利用鐵心，是一種浪費(fèi)。 磁通過(guò)強(qiáng) — 使鐵心飽和，產(chǎn)生過(guò)大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)因繞 組過(guò)熱燒毀電機(jī)。 交流異步電機(jī)中 ， 磁通是定子和轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)合成產(chǎn)生的，所 以不能單獨(dú)調(diào)頻。 三相異步電機(jī)定子每相電動(dòng)勢(shì)的有效值為： Eg = ≈ u1 （ u1 定子相電壓） 式中 f1 — 定子頻率（ Hz）； N1 — 定子電動(dòng)繞組串聯(lián)匝數(shù)； Kn1 — 基波繞組系數(shù)； Φm — 每 極氣隙磁通量 （ ） 3/9/2023 由上式可知 Φm ≈ Eg / f1 或 Φm ≈ u1 / f1 頻壓協(xié)調(diào)控制 ：在降低頻率調(diào)速時(shí)，必須降低電壓，才能保持 Φm 不變。 1)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 交流異步電機(jī)轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式