机械电气控制(第5章直流伺服系统)课件.ppt

* 5.8 脉冲宽度调制调速系统(简称PWM) 所谓脉冲宽度调速，是利用脉冲宽度调制器对大功率晶体管开关放大器的开关时间进行控制，将直流电压转换成某一频率的方波电压，加到直流电动机的电枢两端，通过对方波脉冲宽度的控制，改变电枢两端的平均电压，从而达到调节电动机转速的目的。 * 加在电枢上的电压平均值为 δ＝τ/T，称为导通角。 导通角大，平均电压值高，电动机转速快；导通角小，平均电压值低，电动机转速慢。 当开关周期T不变时只要改变导通时间τ，即可改变导通角δ，从而改变电动机转速。 * 图中的二极管是续流二极管。 当K断电时，电枢绕组产生感应电动势可以通过续流二极管泄放，对系统起保护作用。 * 直流脉宽调调制的基本原理 周期不变 周期不变 脉宽 脉宽 脉宽 脉宽 平均直流电压 脉冲宽度正比代表速度F值的直流电压 U ωt * PWM 系统的脉宽调制 硬件电路调脉宽 * * 开关功率放大器 主回路：可逆H型双极式PWM 开关功率放大器 电路图: 由四个大功率晶体管 （GTR）T 1 、T 2 、T 3 、T4 及四个续流二极管组成的桥 式电路。 H型： 又分为 双极式、单极 式和受限单极 式三种。 Ub1、 Ub2、Ub3 Ub4 –为调制器 输出，经脉冲 分配、基极驱 动转换过来的 脉冲电压。分 别加到T1 、T2、 T3 、T4的基极。 Ub3 Ub4 Ub1 Ub2 US A B D1 D2 D3 D4 M T1 T2 T4 T3 t US -US Ud UAB O t Ub1 Ub 4 Ub2 Ub3 O O t t t1 T id id1 id2 id1 id2 O O O O O t1 t3 T t2 t3 t1 Ub1、Ub 4 Ub2、Ub 3 Ud UAB id t t t t id1 id1 id4 id2 id3 id4 id2 * 工作原理： T1 和T4 同时导通和关断，其基极驱动电压Ub1= Ub4。T2和T3同 时导通和关断，基极驱动电压Ub2= Ub3 –Ub1。以正脉冲较宽为例， 既正转时。 负载较重时： ①电动状态：当0≤t ≤ t1时， Ub1、Ub4为正， T1 和T4 导通；Ub2、Ub3 为负， T2和T3截止。电机端电压UAB=US，电枢电流id= id1，由US→ T1 → T4 → 地。 ②续流维持电动状态：在t1 ≤t ≤ T时， Ub1、Ub4为负， T1 和T4截止； Ub2、Ub3 变正，但T2和T3并不能立即导通，因为在电枢电感储能的 作用下，电枢电流id= id2，由D2→ D3续流，在D2、 D3 上的压降使T2 、 T3的c-e极承受反压不能导通。 UAB=-US。接着再变到电动状态、续流 维持电动状态反复进行，如上面左图。 负载较轻时： ③反接制动状态，电流反向：② 状态中，在负载较轻时，则id小，续流 电流很快衰减到零，即t =t2 时（见上面右图），id=0。在t2 ～ T 区段， T2 、T3 在US 和反电动势E的共同作用下导通，电枢电流反向，id= id3 由US→ T3 → T2 → 地。电机处于反接制动状态。 ④电枢电感储能维持电流反向：在T ～ t3区段时，驱动脉冲极性改变， T2 、T3截止，因电枢电感维持电流， id= id4，由D4→ D1。 * ⑤电机正转、反转、停止： 由正、负驱动电压脉冲宽窄而定。 当正脉冲较宽时，既t1 T/2，平均电流为正，电机正转； 当正脉冲较窄时，既t1 T/2 ，平均电流为负，电机反转； 如果正、负脉冲宽度相等，t1=T/2 ，平均电流为零，电机停转。 ⑥电机速度的改变： 电枢上的平均电流越大，转速越高。它是由驱动电压脉冲宽度 决定的。 ⑦双极性： 由以上分析表明： 可逆H型双极式PWM开关功率放大器，无论负载是重还是轻、电机 是正转还是反转，加在电枢上的电压极性在一个开关周期内，都在 US和 –US之间变换一次，故称为双极性。 * 脉宽调制（PWM）调速系统（闭环）1）系统的组成及特点 ? 速度调节器 ? 电流调节器 脉宽调节 振荡器 M G 电流反馈 U～ usr us f 整流 功放 * （2）PWM调速系统的特点 ①频带宽、频率高: 晶体管“结电容”小，开关频率