直流伺服電機速度控制單元的調(diào)速控制方式

發(fā)布時間:2023-12-16
調(diào)速的概念有兩個方面的含義:
(1) 改變電機轉(zhuǎn)速:當指令速度變化時,電機的速度隨之變化,并希望以最快的加減速達到新的指令速度值;
(2) 當指令速度不變化時,電機的速度保持穩(wěn)定不變。
為調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速和方向,需對直流電壓的大小和方向進行控制,如何控制?
直流伺服電機速度控制單元的作用:將轉(zhuǎn)速指令信號轉(zhuǎn)換成電樞的電壓值,達到速度調(diào)節(jié)的目的。
直流電機速度控制單元常采用的調(diào)速方法:晶閘管(可控硅)調(diào)速系統(tǒng);晶體管脈寬調(diào)制(pwm)調(diào)速系統(tǒng)。
1、晶閘管調(diào)速系統(tǒng)
在交流電源電壓不變的情況下,當改變控制電壓un* 時,通過控制電路和晶閘管主電路改變直流電機的電樞電壓ud,得到控制電壓un*所要求的電機轉(zhuǎn)速。電機的實際電壓un作為反饋與un*進行比較,形成速度環(huán),達到改善電機運行時的機械特性的目的。
晶閘管調(diào)速系統(tǒng)主電路采用大功率晶閘管。大功率晶閘管的作用:
(1)整流。將電網(wǎng)交流電源變?yōu)橹绷?;將調(diào)節(jié)回路的控制功率放大,得到較高電壓與較大電流以驅(qū)動電機。
(2)逆變。在可逆控制電路中,電機制動時,把電機運轉(zhuǎn)的慣性能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽⒒仞伣o交流電網(wǎng),實現(xiàn)逆變。
為了對晶閘管進行控制,必須設(shè)有觸發(fā)脈沖發(fā)生器,以產(chǎn)生合適的觸發(fā)脈沖。該脈沖必須與供電電源頻率及相位同步,保證晶閘管的正確觸發(fā)
主回路由大功率晶閘管構(gòu)成的三相全控橋式反并接可逆電路,分成二大部分(ⅰ和ⅱ),每部分內(nèi)按三相橋式連接,二組反并接,分別實現(xiàn)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。
各有一個可控硅同時導(dǎo)通,形成回路。為了保證合閘后兩個串聯(lián)的晶閘管能夠同時導(dǎo)通或電流截止后再導(dǎo)通,必須對共陽極組的1個晶閘管和共陰極組的1個晶閘管同時發(fā)出觸發(fā)脈沖。
2、pwm調(diào)速控制系統(tǒng)
原理:利用大功率晶體管的開關(guān)作用,將直流電壓轉(zhuǎn)換成一定頻率的方波電壓,加到直流電動機的電樞上;通過調(diào)整控制方波脈沖寬度來改變電樞的平均電壓,從而調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速。
(a)原理圖?。╞)控制電壓、電樞電壓和電流波形
直流電機電壓的平均值
其中,t為脈沖周期,ton為導(dǎo)通時間
特點:控制電路簡單,不需附加關(guān)斷電路,開關(guān)特性好。廣泛應(yīng)用中、小功率直流伺服系統(tǒng)。
1)pwm系統(tǒng)的組成
usr——速度指令轉(zhuǎn)化過來的直流電壓;
u△——三角波;
usc——脈寬調(diào)制器的輸出(usr+u△);
ub——調(diào)制器輸出的經(jīng)脈沖分配、由基極驅(qū)動轉(zhuǎn)換過來的脈沖電壓。
控制回路:速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、固定頻率振蕩器及三角波發(fā)生器、脈寬調(diào)制器和基極驅(qū)動電路組成。
區(qū)別:與晶閘管調(diào)速系統(tǒng)比較,速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器原理一樣。不同的是脈寬調(diào)制器和功率放大器。
2)pwm系統(tǒng)的脈寬調(diào)制器
作用:將電壓量轉(zhuǎn)換成可由控制信號調(diào)節(jié)的矩形脈沖,為功率晶體管的基極提供一個寬度可由速度指令信號調(diào)節(jié)的脈寬電壓。
組成:調(diào)制信號發(fā)生器(三角波和鋸齒波兩種)和比較放大器。
3、全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)
在全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)中,僅功率轉(zhuǎn)換組件和執(zhí)行組件的輸入信號和輸出信號為模擬信號,其余的信號都為數(shù)字信號,由計算機通過算法實現(xiàn)。
計算機的計算速度很高,在幾毫秒內(nèi)可以計算出電流環(huán)和速度環(huán)的輸入、輸出數(shù)值,產(chǎn)生控制方波的數(shù)據(jù),從而控制電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。全數(shù)字調(diào)速的特點是離散化,即在每個采樣周期給出一次控制數(shù)據(jù)。
在一個采樣周期內(nèi),計算機要完成一次電流環(huán)和速度環(huán)的控制數(shù)據(jù)的計算和輸出,對電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩控制一次。
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