伺服系统与变频器应用技术2(2)
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第三单元 直流伺服控制 （2） —— 直流调压调速技术
直流调压调速技术
直流调压调速技术是工程应用中最主要的调速方式，该调速 方式需要有专门的、连续可调的直流电源供电。常用的可控直 流电源有以下三种：
旋转变流 机组
静止可控 整流器
直流斩波器、 脉宽调制变换器
用交流电动机拖动直流发电机，以获得可调的直流电压 （G-M系统）
2.3 晶闸管直流调速系统
晶闸管直流调速系统就是利用晶闸管可控整流器获得可调的直流 电压的系统。主要由主回路和控制回路组成，如图2-11所示：
UR
ES
+ -
Uf
速度 调节器
IR
E1
+ If -
电流调 节器
触发脉冲 发生器
电流反馈
速度反馈
晶闸管 整流器
电流检测
编码器
电机
图2-11 直流伺服电动机晶闸管调速系统
Page 17
图2-19锯齿波脉宽调制器原理图
LOGO
2.4 脉宽调制（PWM）直流调速系统
2.4.2 直流脉宽调制原理
图2-19锯齿波脉宽调制器原理图
Page 18
图3-19中，加在运算放大器反相输入端上的有三
个输入信号，一个输入信号是锯齿波调制信号Usa， 由锯齿波发生器提供，其频率是主电路所需的开关调
3b
5c
a
a)
u b)
b
2c
4a
6b
①
②③④
⑤⑥
1
3
5
1
120°
b ωt
3
ωt
c) d) 5
6
2
4
6
2
4
ωt
60° 120°
180°
1 1 33
551133
ωt
60°
6 22 60°
446
6 2 24
ωt
图2-13 主回路波形
LOGO
2.3 晶闸管直流调速系统
2.3.1 主回路
结论：
因此，只要改变可控硅触发角（即改变导通角），就能改变可控硅的整流输出电压，从 而改变直流伺服电机的转速。触发脉冲提前来，增大整流输出电压；触发脉冲延后来，减小 整流输出电压。
Page 6
LOGO
2.3 晶闸管直流调速系统
2.3.1 主回路
2.工作原理：
如图2-12所示为由大功率晶闸管构成的三相 全控桥式调压电路，工作波形如图2-13所示。
Ⅰ
Ⅱ
K
M
1 35
8
1
1
2
0
U
-
A
U
D
B C
M
M
K
M
+
462
7 91 1
图2-12 晶闸管三相全控桥式调压电路
Page 7
u
α
c 1a
调制波发生器
Un(s)+
Ufv(s)
速度 调节器
Ufi(s)
电流 UC
调节器
脉宽 Id(s) PWM
Hale Waihona Puke Baidu调制器
电流截止负反馈
TA M
Page 15
TG
电压负反馈
图2-18 PWM直流调速系统
LOGO
2.4 脉宽调制（PWM）直流调速系统
2.4.2 直流脉宽调制原理
直流脉宽调制是利用电子开关，将直流电源电压转换成为一定频率的方波脉冲电压， 然后再通过对方波脉冲宽度的控制来改变供电电压大小与极性，从而达到对电动机进行变 压调速的一种方法。
常用的脉宽调制器按调制信号不同分为锯齿波脉宽调制器、三角波脉宽调制器、由多 谐振荡器和单稳态触发电路组成的脉宽调制器和数字脉宽调制器等几种。
Page 16
LOGO
2.4 脉宽调制（PWM）直流调速系统
2.4.2 直流脉宽调制原理
下面以锯齿波脉宽调制器为例来说明脉宽调制原理。 锯齿波脉宽调制器是一个由运算放大器和几个输入信号组成的电压比较器，如图2-19 所示。
2.3 晶闸管直流调速系统
2.3.2 控制回路
PI控制器模拟电路如图3-14所示：
输入、输出信号波形如图2-15所示：
输出电压为：
图2-14 PI控制器电路
UexKpUin1I Uindt （2-16）
式中，Kp——比例系数， K p
R1 R0
τI——积分时间常数， I R0C1
图2-15 PI控制器信号波形
Page 5
LOGO
2.3 晶闸管直流调速系统
2.3.1 主回路
晶闸管调速系统主回路主要是晶闸管整流放大装置。 1.作用：
将电网的交流电变为直流并整流； 将调节回路的控制功率放大，得到较大电流与较高电压以驱动电动机； 在可逆控制电路中，电动机制动时，把电动机运转的惯性机械能转变成电
能并反馈回交流电网。 晶闸管整流调速装置的接线方式有单相半桥式、单相全控式、三相半波、三相半 控桥和三相全控桥式等。
利用静止的可控整流器(如晶闸管可控整流器)，获得可 调的直流电压。（V-M系统）
用恒定直流电源或不可控整流电源供电，利用直流斩波 器或脉宽调制变换器产生可变的平均电压。
LOGO
直流调压调速技术
本讲主要内容 • 2.3 晶闸管直流调速系统 • 2.4 脉宽调制（PWM）直流调速系统
Page 4
LOGO
Page 14
LOGO
2.4 脉宽调制（PWM）直流调速系统
2.4.1 PWM直流调速系统构成
对直流调速系统而言，一般动、静态性能较好的调速系统都采用双闭环控制系统，因 此，对直流脉宽调速系统，我们也将以双闭环为例予以介绍。
直流脉宽调速系统的原理如图3-18所示，由主回路和控制回路两部分组成。与晶闸管 调速系统比较，速度调节器和电流调节器原理一样，不同的是脉宽调制器和功率放大器。
Page 10
LOGO
2.3 晶闸管直流调速系统
2.3.2 控制回路
PI控制器特点： 响应快 静差小 提高系统稳定性 应用广泛
Page 11
LOGO
2.3 晶闸管直流调速系统
2.3.2 控制回路
2. 触发脉冲发生器 功能：是向晶闸管门极提供所需的触发信号，并能根据控制要求使晶闸管可靠
导通，实现整流装置的控制。 常见的电路形式： 单结晶体管触发电路 正弦波触发电路 锯齿波触发电路
Page 8
LOGO
2.3 晶闸管直流调速系统
2.3.2 控制回路
控制回路主要由电流调节回路（内环）、速度调节回路（外环）和触发脉冲发 生器等组成。
1. PI控制器 为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用PI控制器，所以 对于系统来说，PI调节器是系统核心。
Page 9
LOGO
Page 12
LOGO
2.3 晶闸管直流调速系统
2.3.3 晶闸管调速系统特点
1. 调速性能好 2. 抗干扰能力强 3. 抑制电网波动 4. 启、制动及加、减速性能好
Page 13
LOGO
2.4 脉宽调制（PWM）直流调速系统
序言
所谓脉冲宽度调制（Pluse Width Modulation，简称为PWM）技术，就是把 恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变 平均输出平均电压的大小。
直流调压调速技术
直流调压调速技术是工程应用中最主要的调速方式，该调速 方式需要有专门的、连续可调的直流电源供电。常用的可控直 流电源有以下三种：
旋转变流 机组
静止可控 整流器
直流斩波器、 脉宽调制变换器
用交流电动机拖动直流发电机，以获得可调的直流电压 （G-M系统）
2.3 晶闸管直流调速系统
晶闸管直流调速系统就是利用晶闸管可控整流器获得可调的直流 电压的系统。主要由主回路和控制回路组成，如图2-11所示：
UR
ES
+ -
Uf
速度 调节器
IR
E1
+ If -
电流调 节器
触发脉冲 发生器
电流反馈
速度反馈
晶闸管 整流器
电流检测
编码器
电机
图2-11 直流伺服电动机晶闸管调速系统
Page 17
图2-19锯齿波脉宽调制器原理图
LOGO
2.4 脉宽调制（PWM）直流调速系统
2.4.2 直流脉宽调制原理
图2-19锯齿波脉宽调制器原理图
Page 18
图3-19中，加在运算放大器反相输入端上的有三
个输入信号，一个输入信号是锯齿波调制信号Usa， 由锯齿波发生器提供，其频率是主电路所需的开关调
3b
5c
a
a)
u b)
b
2c
4a
6b
①
②③④
⑤⑥
1
3
5
1
120°
b ωt
3
ωt
c) d) 5
6
2
4
6
2
4
ωt
60° 120°
180°
1 1 33
551133
ωt
60°
6 22 60°
446
6 2 24
ωt
图2-13 主回路波形
LOGO
2.3 晶闸管直流调速系统
2.3.1 主回路
结论：
因此，只要改变可控硅触发角（即改变导通角），就能改变可控硅的整流输出电压，从 而改变直流伺服电机的转速。触发脉冲提前来，增大整流输出电压；触发脉冲延后来，减小 整流输出电压。
Page 6
LOGO
2.3 晶闸管直流调速系统
2.3.1 主回路
2.工作原理：
如图2-12所示为由大功率晶闸管构成的三相 全控桥式调压电路，工作波形如图2-13所示。
Ⅰ
Ⅱ
K
M
1 35
8
1
1
2
0
U
-
A
U
D
B C
M
M
K
M
+
462
7 91 1
图2-12 晶闸管三相全控桥式调压电路
Page 7
u
α
c 1a
调制波发生器
Un(s)+
Ufv(s)
速度 调节器
Ufi(s)
电流 UC
调节器
脉宽 Id(s) PWM
Hale Waihona Puke Baidu调制器
电流截止负反馈
TA M
Page 15
TG
电压负反馈
图2-18 PWM直流调速系统
LOGO
2.4 脉宽调制（PWM）直流调速系统
2.4.2 直流脉宽调制原理
直流脉宽调制是利用电子开关，将直流电源电压转换成为一定频率的方波脉冲电压， 然后再通过对方波脉冲宽度的控制来改变供电电压大小与极性，从而达到对电动机进行变 压调速的一种方法。
常用的脉宽调制器按调制信号不同分为锯齿波脉宽调制器、三角波脉宽调制器、由多 谐振荡器和单稳态触发电路组成的脉宽调制器和数字脉宽调制器等几种。
Page 16
LOGO
2.4 脉宽调制（PWM）直流调速系统
2.4.2 直流脉宽调制原理
下面以锯齿波脉宽调制器为例来说明脉宽调制原理。 锯齿波脉宽调制器是一个由运算放大器和几个输入信号组成的电压比较器，如图2-19 所示。
2.3 晶闸管直流调速系统
2.3.2 控制回路
PI控制器模拟电路如图3-14所示：
输入、输出信号波形如图2-15所示：
输出电压为：
图2-14 PI控制器电路
UexKpUin1I Uindt （2-16）
式中，Kp——比例系数， K p
R1 R0
τI——积分时间常数， I R0C1
图2-15 PI控制器信号波形
Page 5
LOGO
2.3 晶闸管直流调速系统
2.3.1 主回路
晶闸管调速系统主回路主要是晶闸管整流放大装置。 1.作用：
将电网的交流电变为直流并整流； 将调节回路的控制功率放大，得到较大电流与较高电压以驱动电动机； 在可逆控制电路中，电动机制动时，把电动机运转的惯性机械能转变成电
能并反馈回交流电网。 晶闸管整流调速装置的接线方式有单相半桥式、单相全控式、三相半波、三相半 控桥和三相全控桥式等。
利用静止的可控整流器(如晶闸管可控整流器)，获得可 调的直流电压。（V-M系统）
用恒定直流电源或不可控整流电源供电，利用直流斩波 器或脉宽调制变换器产生可变的平均电压。
LOGO
直流调压调速技术
本讲主要内容 • 2.3 晶闸管直流调速系统 • 2.4 脉宽调制（PWM）直流调速系统
Page 4
LOGO
Page 14
LOGO
2.4 脉宽调制（PWM）直流调速系统
2.4.1 PWM直流调速系统构成
对直流调速系统而言，一般动、静态性能较好的调速系统都采用双闭环控制系统，因 此，对直流脉宽调速系统，我们也将以双闭环为例予以介绍。
直流脉宽调速系统的原理如图3-18所示，由主回路和控制回路两部分组成。与晶闸管 调速系统比较，速度调节器和电流调节器原理一样，不同的是脉宽调制器和功率放大器。
Page 10
LOGO
2.3 晶闸管直流调速系统
2.3.2 控制回路
PI控制器特点： 响应快 静差小 提高系统稳定性 应用广泛
Page 11
LOGO
2.3 晶闸管直流调速系统
2.3.2 控制回路
2. 触发脉冲发生器 功能：是向晶闸管门极提供所需的触发信号，并能根据控制要求使晶闸管可靠
导通，实现整流装置的控制。 常见的电路形式： 单结晶体管触发电路 正弦波触发电路 锯齿波触发电路
Page 8
LOGO
2.3 晶闸管直流调速系统
2.3.2 控制回路
控制回路主要由电流调节回路（内环）、速度调节回路（外环）和触发脉冲发 生器等组成。
1. PI控制器 为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用PI控制器，所以 对于系统来说，PI调节器是系统核心。
Page 9
LOGO
Page 12
LOGO
2.3 晶闸管直流调速系统
2.3.3 晶闸管调速系统特点
1. 调速性能好 2. 抗干扰能力强 3. 抑制电网波动 4. 启、制动及加、减速性能好
Page 13
LOGO
2.4 脉宽调制（PWM）直流调速系统
序言
所谓脉冲宽度调制（Pluse Width Modulation，简称为PWM）技术，就是把 恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变 平均输出平均电压的大小。