直流電機(jī)調(diào)速原理

1、5.45.4直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控制及速度控制 一、直流伺服電動(dòng)機(jī)一、直流伺服電動(dòng)機(jī) 二、直流伺服電動(dòng)機(jī)的速度控制二、直流伺服電動(dòng)機(jī)的速度控制數(shù)控技術(shù)數(shù)控技術(shù) 一、直流伺服電動(dòng)機(jī)一、直流伺服電動(dòng)機(jī) 伺服電動(dòng)機(jī)是指能夠精密地控制伺服電動(dòng)機(jī)是指能夠精密地控制其位置的一種電動(dòng)機(jī)。直流伺服電其位置的一種電動(dòng)機(jī)。直流伺服電動(dòng)機(jī)是伺服電動(dòng)機(jī)的一種。動(dòng)機(jī)是伺服電動(dòng)機(jī)的一種。1. 1. 直流伺服電動(dòng)機(jī)分類(lèi)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)直流伺服電動(dòng)機(jī)分類(lèi)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)無(wú)槽轉(zhuǎn)子直流伺服電動(dòng)機(jī)無(wú)槽轉(zhuǎn)子直流伺服電動(dòng)機(jī)空心杯轉(zhuǎn)子直流伺服電動(dòng)機(jī)空心杯轉(zhuǎn)子直流伺服電動(dòng)機(jī)印刷繞組直流伺服電動(dòng)機(jī)印刷繞組直流伺服電動(dòng)機(jī)后三種直流伺服電動(dòng)機(jī)

2、為小慣量直流伺服電動(dòng)機(jī)。后三種直流伺服電動(dòng)機(jī)為小慣量直流伺服電動(dòng)機(jī)。永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)5.4 5.4 直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控制直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控制直流伺服電動(dòng)機(jī)的組成直流伺服電動(dòng)機(jī)的組成 電動(dòng)機(jī)本體電動(dòng)機(jī)本體 主要由機(jī)殼、定子主要由機(jī)殼、定子磁極和轉(zhuǎn)子組成。磁極和轉(zhuǎn)子組成。 檢測(cè)部件檢測(cè)部件 有高精度的測(cè)速發(fā)電有高精度的測(cè)速發(fā)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器以及脈沖編碼器等機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器以及脈沖編碼器等 特點(diǎn)特點(diǎn) 小慣量直流伺服電動(dòng)機(jī)小慣量直流伺服電動(dòng)機(jī) 慣量小慣量小，響應(yīng)速度快，但過(guò)載能力低，響應(yīng)速度快，但過(guò)載能力低 永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩大，慣量大，穩(wěn)定性好，調(diào)速范圍永磁直流伺服電動(dòng)

3、機(jī)轉(zhuǎn)矩大，慣量大，穩(wěn)定性好，調(diào)速范圍寬。寬。 但有電刷，限制速度的提高（但有電刷，限制速度的提高（10001500r/min10001500r/min）。）。5.4 5.4 直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控制直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控制直流伺服電動(dòng)機(jī)的組成直流伺服電動(dòng)機(jī)的組成 電動(dòng)機(jī)本體電動(dòng)機(jī)本體 主要由機(jī)殼、定子主要由機(jī)殼、定子磁極和轉(zhuǎn)子組成。磁極和轉(zhuǎn)子組成。 檢測(cè)部件檢測(cè)部件 有高精度的測(cè)速發(fā)電有高精度的測(cè)速發(fā)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器以及脈沖編碼器等機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器以及脈沖編碼器等 特點(diǎn)特點(diǎn) 小慣量直流伺服電動(dòng)機(jī)小慣量直流伺服電動(dòng)機(jī) 慣量小慣量小，響應(yīng)速度快，但過(guò)載能力低，響應(yīng)速度快，但過(guò)載能力低 永磁直流伺服電

4、動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩大，慣量大，穩(wěn)定性好，調(diào)速范圍永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩大，慣量大，穩(wěn)定性好，調(diào)速范圍寬。寬。 但有電刷，限制速度的提高（但有電刷，限制速度的提高（10001500r/min10001500r/min）。）。5.4 5.4 直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控制直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控制2. 2. 直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理與調(diào)速方法直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理與調(diào)速方法 (1) (1) 工作原理工作原理 與一般直流電動(dòng)機(jī)的工作原理相同，是建立在電與一般直流電動(dòng)機(jī)的工作原理相同，是建立在電磁力和電磁感應(yīng)基礎(chǔ)上的。磁力和電磁感應(yīng)基礎(chǔ)上的。 如圖（如圖（a a）所示，直流電流從電刷）所示，直流電流從電刷 A A 流

5、入，經(jīng)過(guò)線圈流入，經(jīng)過(guò)線圈abcdabcd，從，從電刷電刷 B B 流出，載流導(dǎo)體流出，載流導(dǎo)體abab和和cdcd受到電磁力的作用，使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)受到電磁力的作用，使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。針轉(zhuǎn)動(dòng)。 當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到如圖（當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到如圖（b b）所示的位置，電刷）所示的位置，電刷 A A 和換向片和換向片2 2接觸，電接觸，電刷刷 B B 和換向片和換向片1 1接觸，直流電流從電刷接觸，直流電流從電刷 A A 流入，在線圈中的流動(dòng)流入，在線圈中的流動(dòng)方向是方向是dcbadcba，從電刷，從電刷 B B 流出。流出。 外加的電源是直流的，外加的電源是直流的，但由于電刷和換向片的作但由于電刷和換向片的作用，在

6、線圈中流過(guò)的電流用，在線圈中流過(guò)的電流是交流的，其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩是交流的，其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的方向卻是不變的。的方向卻是不變的。5.4 5.4 直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控制直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控制(2) (2) 直流伺服電機(jī)的速度控制原理直流伺服電機(jī)的速度控制原理 MEaUuf 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)子回路的電勢(shì)平衡方程：轉(zhuǎn)子回路的電勢(shì)平衡方程： U U Ea+ Ra IaEa+ Ra Ia式中式中 RaRa轉(zhuǎn)子回路電阻轉(zhuǎn)子回路電阻( ( ) ) Ia Ia轉(zhuǎn)子回路電流轉(zhuǎn)子回路電流(A)(A)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)EaEa可由下式求得可由下式求得 Ea EaCenCen 式中式中 CeCe電機(jī)械常數(shù)

7、電機(jī)械常數(shù) 勵(lì)磁磁通勵(lì)磁磁通(Wb)(Wb) n n電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)(r/min)TeCtIa5.4 5.4 直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控制直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控制電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩Te(Nm)Te(Nm)為為 Te TeCTIaCTIa 式中式中 CTCT轉(zhuǎn)矩系數(shù)，是電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)。轉(zhuǎn)矩系數(shù)，是電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)。所以可得電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速所以可得電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速2eaeTRTC CeUCnn0n n 式中式中 n0n0理想空載轉(zhuǎn)速理想空載轉(zhuǎn)速 n n轉(zhuǎn)速降落轉(zhuǎn)速降落 根據(jù)上式可知，根據(jù)上式可知，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)有三種調(diào)速方法他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)有三種調(diào)速方法，即，即改變外加改變外加電壓

8、、改變勵(lì)磁磁通及改變轉(zhuǎn)子回路電阻調(diào)速電壓、改變勵(lì)磁磁通及改變轉(zhuǎn)子回路電阻調(diào)速。5.4 5.4 直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控制直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控制2eaeTRTC CeUCnn0n 根據(jù)上式：勵(lì)磁磁通不可變，只有二種調(diào)速方法，而改變轉(zhuǎn)子根據(jù)上式：勵(lì)磁磁通不可變，只有二種調(diào)速方法，而改變轉(zhuǎn)子回路電阻一般不能滿(mǎn)足要求，通常回路電阻一般不能滿(mǎn)足要求，通常采用改變轉(zhuǎn)子回路外加電壓采用改變轉(zhuǎn)子回路外加電壓的調(diào)的調(diào)速方法。速方法。 這種調(diào)速方法是從額定電壓往下降低轉(zhuǎn)子電壓，即從額定轉(zhuǎn)速這種調(diào)速方法是從額定電壓往下降低轉(zhuǎn)子電壓，即從額定轉(zhuǎn)速向下調(diào)速。該種調(diào)速方法屬向下調(diào)速。該種調(diào)速方法屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，機(jī)

9、械特性是一組斜率不變，機(jī)械特性是一組斜率不變的平行直線，特性比較硬，且調(diào)速范圍寬。另外，這種調(diào)速方法是的平行直線，特性比較硬，且調(diào)速范圍寬。另外，這種調(diào)速方法是用減小輸入功率來(lái)減小輸出功率的，所以具有比較好的經(jīng)濟(jì)性。用減小輸入功率來(lái)減小輸出功率的，所以具有比較好的經(jīng)濟(jì)性。 永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法5.4 5.4 直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控制直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控制3. 3. 永磁直流伺服電機(jī)的工作特性永磁直流伺服電機(jī)的工作特性 對(duì)于永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)，由于其伺服系統(tǒng)的要求，已經(jīng)不能對(duì)于永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)，由于其伺服系統(tǒng)的要求，已經(jīng)不能簡(jiǎn)單地用電壓、電流、轉(zhuǎn)數(shù)等參數(shù)描

10、述其性能，而需要用一些特簡(jiǎn)單地用電壓、電流、轉(zhuǎn)數(shù)等參數(shù)描述其性能，而需要用一些特性曲線對(duì)其性能做全面描述。性曲線對(duì)其性能做全面描述。 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩速度特性曲線速度特性曲線 從圖中可以得出，從圖中可以得出，伺服電動(dòng)機(jī)的工作區(qū)域伺服電動(dòng)機(jī)的工作區(qū)域被溫度極限線、轉(zhuǎn)速極被溫度極限線、轉(zhuǎn)速極限線、換向極限線、轉(zhuǎn)限線、換向極限線、轉(zhuǎn)矩極限線以及瞬時(shí)換向矩極限線以及瞬時(shí)換向極限線劃分成三個(gè)區(qū)域極限線劃分成三個(gè)區(qū)域。瞬時(shí)換向瞬時(shí)換向極限線極限線轉(zhuǎn)速極限轉(zhuǎn)速極限線線轉(zhuǎn)矩極限線轉(zhuǎn)矩極限線換向極限線換向極限線溫度極限線溫度極限線05001000150020004000600080001000012000T/(Ncm)

11、n/(r/min)5.4 5.4 直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控制直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控制 區(qū)域?yàn)檫B續(xù)工作區(qū)區(qū)域?yàn)檫B續(xù)工作區(qū), , 在該區(qū)域中，轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的任意組合都可在該區(qū)域中，轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的任意組合都可長(zhǎng)期連續(xù)工作。長(zhǎng)期連續(xù)工作。 區(qū)域?yàn)閿嗬m(xù)工作區(qū)區(qū)域?yàn)閿嗬m(xù)工作區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)，電動(dòng)機(jī)只能根據(jù)負(fù)載周期曲，在該區(qū)域內(nèi)，電動(dòng)機(jī)只能根據(jù)負(fù)載周期曲線所決定的允許工作時(shí)間線所決定的允許工作時(shí)間 tR tR 和斷電時(shí)間和斷電時(shí)間 tF tF 作間歇工作。作間歇工作。 區(qū)域?yàn)榧铀俸蜏p區(qū)域?yàn)榧铀俸蜏p速區(qū)域速區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)，在該區(qū)域內(nèi)，電動(dòng)機(jī)只能用于加，電動(dòng)機(jī)只能用于加速或減速，工作一段速或減速，工作一段極短的時(shí)間。

12、極短的時(shí)間。瞬時(shí)換向瞬時(shí)換向極限線極限線轉(zhuǎn)速極限轉(zhuǎn)速極限線線轉(zhuǎn)矩極限線轉(zhuǎn)矩極限線換向極限線換向極限線溫度極限線溫度極限線05001000150020004000600080001000012000T/(Ncm)n/(r/min)5.4 5.4 直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控制直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控制 負(fù)載周期曲線負(fù)載周期曲線 表示在滿(mǎn)足機(jī)械所需轉(zhuǎn)矩而又確保電動(dòng)機(jī)不過(guò)熱，允許電動(dòng)機(jī)表示在滿(mǎn)足機(jī)械所需轉(zhuǎn)矩而又確保電動(dòng)機(jī)不過(guò)熱，允許電動(dòng)機(jī)的工作時(shí)間的工作時(shí)間. . 圖中各條曲線為不同的過(guò)載倍圖中各條曲線為不同的過(guò)載倍數(shù)曲線數(shù)曲線. . 橫坐標(biāo)為工作時(shí)間橫坐標(biāo)為工作時(shí)間tR (min)tR (min)，縱，縱

13、坐標(biāo)為加載周期比。坐標(biāo)為加載周期比。 d dtRtR(tR(tR十十tF) (tF) () )過(guò)載倍數(shù)過(guò)載倍數(shù): : tmd tmd負(fù)載轉(zhuǎn)矩連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩. . 5.4 5.4 直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控制直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控制選用直流伺服電動(dòng)機(jī)的原則：選用直流伺服電動(dòng)機(jī)的原則：(1) (1) 當(dāng)機(jī)床在無(wú)切削運(yùn)行時(shí)，在整個(gè)速度范圍內(nèi)，其負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)在當(dāng)機(jī)床在無(wú)切削運(yùn)行時(shí)，在整個(gè)速度范圍內(nèi)，其負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)在電動(dòng)機(jī)連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩范圍以?xún)?nèi)。電動(dòng)機(jī)連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩范圍以?xún)?nèi)。(2) (2) 最大切削轉(zhuǎn)矩的倍數(shù)設(shè)定最大切削轉(zhuǎn)矩的倍數(shù)設(shè)定( (工作載荷百分比和工作時(shí)間工作載荷百分比和工作時(shí)間) )應(yīng)在

14、電應(yīng)在電動(dòng)機(jī)的載荷特性所規(guī)定的范圍內(nèi)。動(dòng)機(jī)的載荷特性所規(guī)定的范圍內(nèi)。瞬時(shí)換向瞬時(shí)換向極限線極限線轉(zhuǎn)速極限轉(zhuǎn)速極限線線轉(zhuǎn)矩極限線轉(zhuǎn)矩極限線換向極限線換向極限線溫度極限線溫度極限線05001000150020004000600080001000012000T/(Ncm)n/(r/min)(3) (3) 在加減速時(shí)，應(yīng)當(dāng)工作在在加減速時(shí)，應(yīng)當(dāng)工作在加減速工作區(qū)內(nèi)。在加減速加減速工作區(qū)內(nèi)。在加減速時(shí)，慣性轉(zhuǎn)矩的大小取決于時(shí)，慣性轉(zhuǎn)矩的大小取決于加速度的大小和負(fù)載慣量的加速度的大小和負(fù)載慣量的大小，而加速度的大小又取大小，而加速度的大小又取決于希望的加速時(shí)間。決于希望的加速時(shí)間。(4) (4) 負(fù)載慣量

15、對(duì)電動(dòng)機(jī)靈敏度負(fù)載慣量對(duì)電動(dòng)機(jī)靈敏度和快速移動(dòng)時(shí)間有很大影響，和快速移動(dòng)時(shí)間有很大影響，負(fù)載慣量通常不大于電動(dòng)機(jī)負(fù)載慣量通常不大于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子慣量的三倍。轉(zhuǎn)子慣量的三倍。5.4 5.4 直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控制直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控制二、直流伺服電動(dòng)機(jī)的速度控制二、直流伺服電動(dòng)機(jī)的速度控制1. 1. 晶閘管調(diào)速系統(tǒng)晶閘管調(diào)速系統(tǒng) 利用晶閘管的單向?qū)щ娍煽匦?，輸出可控制的電壓；利用可控利用晶閘管的單向?qū)щ娍煽匦裕敵隹煽刂频碾妷?；利用可控硅整流器提供直流電源；通過(guò)改變晶閘管觸發(fā)角，改變外加電壓，硅整流器提供直流電源；通過(guò)改變晶閘管觸發(fā)角，改變外加電壓，從而達(dá)到調(diào)速的目的。從而達(dá)到調(diào)速的目的。 常采

16、用兩種速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)：常采用兩種速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)： 晶閘管調(diào)速系統(tǒng)晶閘管調(diào)速系統(tǒng) 晶體管脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)。晶體管脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)。5.4 5.4 直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控制直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控制例例 典型的雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)工作原理典型的雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)工作原理 速度反饋的閉環(huán)系統(tǒng)速度反饋的閉環(huán)系統(tǒng) 由速度調(diào)節(jié)器對(duì)電動(dòng)機(jī)的速度誤差進(jìn)行由速度調(diào)節(jié)器對(duì)電動(dòng)機(jī)的速度誤差進(jìn)行調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) 電流反饋環(huán)節(jié)電流反饋環(huán)節(jié) 由電流調(diào)節(jié)器對(duì)電樞回路引起的滯后進(jìn)行補(bǔ)償由電流調(diào)節(jié)器對(duì)電樞回路引起的滯后進(jìn)行補(bǔ)償，抑制主回路電流的變化，抑制主回路電流的變化5.4 5.4 直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控制直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控制2. PWM2. PW

17、M脈寬調(diào)制原理與系統(tǒng)脈寬調(diào)制原理與系統(tǒng) 晶體管脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)晶體管脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)(PWM)(PWM)的調(diào)速性能優(yōu)于晶閘管調(diào)速的調(diào)速性能優(yōu)于晶閘管調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速性能；而且，功率晶體管的功率、耐壓等都已有很大系統(tǒng)的調(diào)速性能；而且，功率晶體管的功率、耐壓等都已有很大提高，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的直流進(jìn)給伺服系統(tǒng)中多采用晶體管脈寬調(diào)提高，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的直流進(jìn)給伺服系統(tǒng)中多采用晶體管脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)。制調(diào)速系統(tǒng)。原理：原理： 利用脈寬調(diào)制器，將直流電壓轉(zhuǎn)換成某一頻率的矩形波電利用脈寬調(diào)制器，將直流電壓轉(zhuǎn)換成某一頻率的矩形波電壓，加到直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路兩端，通過(guò)對(duì)矩形波脈沖寬度的壓，加到直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路兩

18、端，通過(guò)對(duì)矩形波脈沖寬度的控制，改變轉(zhuǎn)子回路兩端的平均電壓，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制，改變轉(zhuǎn)子回路兩端的平均電壓，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。的目的。調(diào)速系統(tǒng)的組成：調(diào)速系統(tǒng)的組成：由控制電路、主回路及功率整流電路三部分組由控制電路、主回路及功率整流電路三部分組成。其中控制電路由速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器和脈寬調(diào)制器（包成。其中控制電路由速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器和脈寬調(diào)制器（包括固定頻率振蕩器、調(diào)制信號(hào)發(fā)生器、脈寬調(diào)制及基極驅(qū)動(dòng)電路括固定頻率振蕩器、調(diào)制信號(hào)發(fā)生器、脈寬調(diào)制及基極驅(qū)動(dòng)電路）組成。）組成。系統(tǒng)的核心部分是主回路和脈寬調(diào)制器。系統(tǒng)的核心部分是主回路和脈寬調(diào)制器。5.4 5.4 直流伺

19、服電動(dòng)機(jī)及速度控制直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控制PWM PWM 直流調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖直流調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖速度調(diào)節(jié)器速度調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器脈寬調(diào)制脈寬調(diào)制基極驅(qū)動(dòng)基極驅(qū)動(dòng)主主回回路路整流整流u-+振蕩器振蕩器電流反饋電流反饋-UsrTGUsf+-+MTGUsf5.4 5.4 直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控制直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控制(1) (1) 主回路主回路 即脈寬調(diào)制式開(kāi)關(guān)功率放大器。即脈寬調(diào)制式開(kāi)關(guān)功率放大器。 開(kāi)關(guān)功率放大器通常有兩種形式，即開(kāi)關(guān)功率放大器通常有兩種形式，即T T形和形和H H形。在形。在PWMPWM直流直流調(diào)速系統(tǒng)中，多采用調(diào)速系統(tǒng)中，多采用H H形開(kāi)關(guān)功率放大器作為主回路

20、。形開(kāi)關(guān)功率放大器作為主回路。 H H形開(kāi)關(guān)功率放大器形開(kāi)關(guān)功率放大器 由由四個(gè)大功率開(kāi)關(guān)管和四個(gè)續(xù)流二極管構(gòu)成橋式電路四個(gè)大功率開(kāi)關(guān)管和四個(gè)續(xù)流二極管構(gòu)成橋式電路。 有有單極性和雙極性?xún)煞N工作方式單極性和雙極性?xún)煞N工作方式。5.4 5.4 直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控制直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控制 單極性單極性H H形開(kāi)關(guān)電路形開(kāi)關(guān)電路 單極性開(kāi)關(guān)電路，將兩個(gè)相位相反的脈沖信號(hào)分別加在單極性開(kāi)關(guān)電路，將兩個(gè)相位相反的脈沖信號(hào)分別加在VT1VT1、VT2VT2管的基極，管的基極，VT3VT3管的基極加截止控制電壓，管的基極加截止控制電壓，VT4VT4管的基極加飽管的基極加飽和導(dǎo)通電壓。和導(dǎo)通電壓。 在在

21、0t0tt1 t1區(qū)間區(qū)間，VT1VT1管飽和導(dǎo)通，管飽和導(dǎo)通，VT2VT2管截止，由于管截止，由于VT4VT4管處管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)兩端于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)兩端A A、B B間電壓為間電壓為EdEd。 在在t1tt1tT T區(qū)間區(qū)間，VT1VT1管截止，管截止，由于由于VT3VT3管始終處于截止?fàn)顟B(tài)，電管始終處于截止?fàn)顟B(tài)，電動(dòng)機(jī)兩端動(dòng)機(jī)兩端A A、B B間電壓為間電壓為0 0。轉(zhuǎn)子繞。轉(zhuǎn)子繞組電感能量沿組電感能量沿VT4VT4、VD2VD2通道釋放通道釋放，維持轉(zhuǎn)子繞組電流繼續(xù)流通。，維持轉(zhuǎn)子繞組電流繼續(xù)流通。要使要使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，只要將，只要將VT3VT3管基極加飽和導(dǎo)通

22、電壓，管基極加飽和導(dǎo)通電壓，VT4VT4管加管加截止電壓即可。截止電壓即可。5.4 5.4 直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控制直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控制 雙極性雙極性H H形開(kāi)關(guān)電路形開(kāi)關(guān)電路 給給VT3VT3、VT4VT4管基極也加脈沖控制電壓，并且保證管基極也加脈沖控制電壓，并且保證ub1ub1ub4ub4，ub2ub2ub3ub3ub1ub1，就變成雙極性工作方式。，就變成雙極性工作方式。 在在0t0tt1 t1區(qū)間區(qū)間，VT1VT1、VT4VT4管飽和導(dǎo)通，電源電壓管飽和導(dǎo)通，電源電壓EdEd加在電動(dòng)加在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的A A、B B端、即端、即uABuABEdEd。 在在t1tt1t

23、T T區(qū)間區(qū)間，VT2VT2、VT3VT3管飽和導(dǎo)通，電源電壓管飽和導(dǎo)通，電源電壓EdEd加在電加在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的B B、A A端，即端，即uABuABEdEd。 當(dāng)當(dāng)t1 t1T/2T/2時(shí)時(shí)，加在，加在A A、B B兩端的平兩端的平 均電壓大于零，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。均電壓大于零，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。 當(dāng)當(dāng)t1 t1T/2T/2時(shí)時(shí)，加在，加在A A、B B兩端的平兩端的平 均電壓小于零，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。均電壓小于零，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。 當(dāng)當(dāng)t1 t1T/2T/2時(shí)時(shí)，加在，加在A A、B B兩端的平兩端的平 均電壓等于零，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。均電壓等于零，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。5.4 5.4 直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控

24、制直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控制(2) (2) 脈寬調(diào)制器脈寬調(diào)制器 作用作用 產(chǎn)生脈沖寬度可由控制信號(hào)調(diào)節(jié)的脈沖電壓?？刂菩盘?hào)為產(chǎn)生脈沖寬度可由控制信號(hào)調(diào)節(jié)的脈沖電壓?？刂菩盘?hào)為來(lái)自電流調(diào)節(jié)器的電壓信號(hào)，是由來(lái)自電流調(diào)節(jié)器的電壓信號(hào)，是由CNCCNC裝置插補(bǔ)器輸出的速度指令裝置插補(bǔ)器輸出的速度指令轉(zhuǎn)化而來(lái)的。轉(zhuǎn)化而來(lái)的。 組成組成 主要由調(diào)制信號(hào)發(fā)生器和比較放大器組成。主要由調(diào)制信號(hào)發(fā)生器和比較放大器組成。 調(diào)制信號(hào)發(fā)生器調(diào)制信號(hào)發(fā)生器 調(diào)制信號(hào)發(fā)生器通過(guò)自激振蕩的原理產(chǎn)生三角波或者鋸齒波。調(diào)制信號(hào)發(fā)生器通過(guò)自激振蕩的原理產(chǎn)生三角波或者鋸齒波。作為比較放大器的比較電壓作為比較放大器的比較電壓u u

25、 。 比較放大器比較放大器 三角波電壓三角波電壓u u 與速度控制指令電壓與速度控制指令電壓ueruer比較后送入運(yùn)算放大器。比較后送入運(yùn)算放大器。運(yùn)算放大器輸出電壓的頻率與基準(zhǔn)三角波電壓的頻率一致，輸運(yùn)算放大器輸出電壓的頻率與基準(zhǔn)三角波電壓的頻率一致，輸出電壓的脈沖寬度取決于速度控制指令電壓出電壓的脈沖寬度取決于速度控制指令電壓ueruer?？梢?jiàn)運(yùn)算放大。可見(jiàn)運(yùn)算放大器的輸出是一個(gè)脈寬調(diào)制波，經(jīng)放大后與主回路四個(gè)功率開(kāi)關(guān)器的輸出是一個(gè)脈寬調(diào)制波，經(jīng)放大后與主回路四個(gè)功率開(kāi)關(guān)管的基極相接。管的基極相接。5.4 5.4 直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控制直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控制三角波發(fā)生器三角波發(fā)生器比較

26、放大器比較放大器u u 三角波三角波指令電壓指令電壓u uereru ub1b1u ub2b2u ub3b3u ub4b45.4 5.4 直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控制直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控制三角波發(fā)生器三角波發(fā)生器比較放大器比較放大器脈脈寬寬調(diào)調(diào)制制波波形形圖圖5.4 5.4 直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控制直流伺服電動(dòng)機(jī)及速度控制 脈寬調(diào)制電路的工作原理脈寬調(diào)制電路的工作原理 當(dāng)控制指令電壓當(dāng)控制指令電壓ueruer0 0時(shí)，比較放大器輸出時(shí)，比較放大器輸出ub1ub1、ub2ub2、ub3ub3、ub4ub4的正負(fù)半波脈沖寬度相等。前半周期，的正負(fù)半波脈沖寬度相等。前半周期，VT1VT1、VT3VT3管飽和導(dǎo)通管飽和導(dǎo)通，VT2VT2、VT4VT4管截止；后半周期，管截止；后半周期，VT2VT2、VT4VT4管飽和導(dǎo)通，管飽和導(dǎo)通，VT1VT1、VT3VT3管截止。顯然，不會(huì)有電流流過(guò)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組，管截止。顯然，不會(huì)有電流流過(guò)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組，uABuAB0 0。 當(dāng)當(dāng)ueruer0 0時(shí)，時(shí)，ub1ub1、ub2ub2為為(u