张国雄版测控电路PPT测控电路9-1

->励磁磁场控制: (恒功率调速方式)
电动机的转速与磁通Ф（也就是励磁电流）成反比，即当磁通减小时，转速n升 高；反之，则n降低 与此同时，由于电动机的转矩Te是磁通Ф和电枢电流Ia的乘积（即Te=CTФIa）， 电枢电流不变时，随着磁通Ф的减小，其转速升高，转矩也会相应地减小 所以，在这种调速方法中，随着电动机磁通Ф的减小，其转速升高，转矩也会相 应地降低。在额定电压和额定电流下，不同转速时，电动机始终可以输出额定 功率，因此这种调速方法称为恒功率调速
9.2 脉宽调制(PWM)控制电路
9.2.1 脉宽调制控制电路的工作原理
脉宽调制控制电路包括电 压-脉宽变换器和开关式 功率放大器两部分 运算放大器N工作在开环或 正反馈状态，实现把连 续电压信号变成脉冲电 压信号
二极管VD在V关断时为感性 负载RL提供释放电感储 能、形成续流回路
uP
u0 uc R1 R2 RP + N RL ∞ +
ia
M
t
A ub3 V3
B
VD3 2
4 VD4
ub4 V4
a) 电路原理图
b) 电压电流波形
9.2.3 PWM功率转换电路
( 二) H型双极式可逆PWM控制电路
0≤ t <τ期间，V1、V4饱和导通，V2、V3截止，E加在电
枢AB两端，UAB = +E； τ≤t<T期间，V1、V4截止，但V2、V3并不能立即导通，
Ua
0 t

T
E E
t T

占空比；Ua
dia E Ria L ED dt dia 0 Ria L ED dt
平均电压；ED 电动机反电势
在重载(负载力矩大、 ia大)情况下，仅是ia减小， dia 感应电势 L 维持ia>0
dt
9.2.3 PWM功率转换电路

dia E La Ra ia E D dt
dia E La Ra ia E D dt
0 t
t T
9.2.3 PWM功率转换电路
( 二)

H型双极式可逆PWM控制电路
双极式可逆PWM控制电路的可逆性由正、 负脉冲电压的宽窄而定


当正脉冲宽度τ > T/2时，电枢两端的平均电压 为正，电动机正转； 当τ < T/2时，平均电压为负，电动机反转； 当τ = T/2时，平均电压为零，电动机停转。
CD4585
5 6 4 Ec
地址
译码器
&
φ
分频器
CD4520/CC4520为 二进制加计数器， 由两个相同的内同 步4级计数器构成 CD4585为数值比较 器
频率变换
9.2 脉宽调制(PWM)控制电路 9.2.3 PWM功率转换电路

功用

(1)电机驱动 (2)调速
9.2 脉宽调制(PWM)控制电路 9.2.3 PWM功率转换电路
Ud
K1 C
K2
Z
K3
D K4 Ud
K1 C K2
9.1 导电角控制逆变器

在逆变器中，要正常工作必须保持晶闸管之间的可 靠换流 晶闸管的通断，由外加触发电压控制 只要阳极 A 与阴极 K 之间的电流不小于其维持电 流IH触发电压撤消后，仍保持导通
阳极 A 电极 MT2
门极 G
门极 G 电极 MT1 双向晶闸管
9. 连续信号控制电路
脉宽调制控制电路 导电角控制逆变器 变频控制电路
9.2 脉宽调制(PWM)控制电路

脉宽调制(Pulse Width Modulation)控制电路

通常称为PWM控制电路 利用半导体功率晶体管或晶闸管等开关器件的导通和关 断，把直流电压变成一系列幅值相等的电压脉冲

形成一定死区
R9
R8
V3 R10 R13 V1 R14 VD1
a
uo1
RP
R6
b R7
VD2 R15
V5 R16 R17 V4 uo2
V2
迟滞比较器
积分器
R11
R12
R18
三角波发生器
-Ec
9.2 脉宽调制(PWM)控制电路 9.2.2 典型脉宽调制电路
(二)三角波脉宽调制器
uc-uP +1.2V 0 -1.2V uc-uP uc-uP 0 uc uo1 uo1
2015-5-30 9
9. 连续信号控制电路
在数控技术高度发展的今天，为什么还要进行连续信号 控制？ 许多驱动机构还需要连续信号控制，以获得平稳运动
位置控制

位置指令
位置检测
9. 连续信号控制电路


速度调节是控制中的一个重要问题 本章首先研究直流电机的速度调节与控制 然后研究交流电机的驱动、速度调节与控制
uP+uc+u0
t
O
t
O
t
ub τ T t O τ T
ub O τ T
uc 1 1 T 2 u cm

O
t
t
a)uc=0
b)uc>0
c)uc<0
脉宽变化引起RL上平均电压变化
9.2 脉宽调制(PWM)控制电路
9.2.2 典型脉宽调制电路
(一)锯齿波脉宽调制器
Ec R1 uc C3 + R10 4 R 8 CT 7
改善线性
u0
R2
R4 V R6 -
∞
+ ub
NE555 1 C1 TH 6 V TR 5 2
R3
C2 R5
R7
+ N
R8
R9
锯齿波发生器
一定电压放电， 形成锯齿波 电压比较器
9.2 脉宽调制(PWM)控制电路
9.2.2 典型脉宽调制电路
(二)三角波脉宽调制器
R3 C R1 ∞ + - N 1 R2 + VS1 VS2 R4 R5 ∞ + N 2 + uP uc + Ec
EC
uP
u0 uc
+ N RL
电压-脉宽
功率放大
9.2 脉宽调制(PWM)控制电路
9.2.1 脉宽调制控制电路的工作原理
uc>0: 锯齿波过零提
uP uP uP
前，负半波比正半 O 波比宽 u +u +u uc<0: 锯齿波过零的 O 时间后移，正半波 比负半波宽 u
P c 0 b
t
O
t
O
t
uP+uc+u0
9. 连续信号控制电路
伺服电动机的类型 (1)直流电机 需要电刷/不需要电刷 (2)交流电机 控制相对复杂，目前矢量控制理论和技术已较 成熟 (3)步进电机 运动不连续、不平稳

9. 连续信号控制电路
连续控制电路主要指 直流电动机调速 交流电动机调速 功率电源控制中的 导电角控制电路 脉宽调制控制电路 变频控制电路等
9.2.3 PWM功率转换电路
(一)简单的不可逆PWM控制电路

工作原理
+ ED
E加到电动机电枢两端
靠VD1续流
ua, ia
E ua
VD1
M - ia +
C
E
V
ub VD2
Ua ED ia
O
a) 电路原理图
τ
T b) 电流和电压波形
t
9.2.3 PWM功率转换电路
(一)简单的不可逆PWM控制电路

控制电路

控制执行机构运动的电路
(1)电动机； (2)油(气)缸； (3)电磁机构(电磁铁、磁致伸缩)； (4)压电驱动； (5)热驱动； (6)其它(化学、生物、核等)。

常用的执行机构驱动器件





9. 连续信号控制电路

电机是最采用的执行机构驱动器件 (1)可以驱动各种执行器件，用于各种场合； (2)行程大； (3)变速范围大； (4)输出力矩大； (5)控制灵活方便。
D7
D7
PA6
PA5 PA4
7
2
15
12
11
6
8255A
D0 A0 A1 IOR IOW RESET D0 A0 A1 RD WR RESET CS 12 PA3 PA2 PA1 PA0 PC7 10 7 2 15 3
比较器
10 14 1 9 11 6 5 4 3
CD4520
计数器
7 9 15 8 CP
电枢电流ia沿回路经VD2、VD3续流
dia E La Ra ia E D dt
t T
9.2.3 PWM功率转换电路
( 二)

H型双极式可逆PWM控制电路
若电动机的负载较重，即电枢电流ia大，在续流阶段 电流始终为正，则电动机始终工作在电动状态，ia只 流经1、2两支回路，如图中“重载”情况所示 若负载轻，则ia小，续流时电流可能很快衰减到零， 于是V2、V3在电源电压和反电动势的共同作用下导 通，电枢电流反向，沿回路3流通，电动机处于反接 制动状态
ia
M
t
A ub3 V3
B
VD3 2
4 VD4
ub4 V4
a) 电路原理图
b) 电压电流波形
9.2.3 PWM功率转换电路
( 二)

H型双极式可逆PWM控制电路
在t > T时，ub1、ub4变正，但由于电枢反电动势的作用，V1、 V4不能立即导通，ia沿回路经VD4、VD1续流
反向电流ia降至零后，VD4、VD1切断，V1、V4导通。电流ia 流经1、2、3、4四支回路