直流电动机的PWM调速ppt课件

《直流电动机的PWM调速ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《直流电动机的PWM调速ppt课件（62页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、直流电动机的PWM调速系统无锡职院数控设备教研室无锡职院数控设备教研室1上节回顾 从从图图中中可可以以看看出出，接接入入直直流流电电源源以以后后，电电刷刷A为为正正极极性性，电电刷刷B为为负负极极性性。电电流流从从正正电电刷刷A经经线线圈圈ab、cd，到到负负电电刷刷B流流出出。根根据据电电磁磁力力定定律律，在在载载流流导导体体与与磁磁力力线线垂垂直直的的条条件件下下，线线圈圈每每一一个个有有效效边边将将受受到到一一电电磁磁力力的的作作用用。电电磁磁力力的的方方向向可可用用左左手手定定则则判判断断，伸伸开开左左手手，掌掌心心向向着着N极极，4指指指指向向电电流流的的方方向向，与与4指指垂垂直直

2、的的拇拇指指方方向向就就是是电电磁磁力力的的方方向向。在在图图示示瞬瞬间间，导导线线ab与与dc中中所所受受的的电电磁磁力力为为逆逆时时针针方方向向，在在这这个个电电磁磁力力的的作作用用下下，转转子子将将逆逆时针旋转即图中时针旋转即图中S的方向。的方向。直流电机工作原理直流电机工作原理 随随着着转转子子的的转转动动，线线圈圈边边位位置置互互换换，这这时时要要使使转转子子连连续续转转动动则则应应使使线线圈圈边边中中的的电电流流方方向向也也加加以以改改变变要要进进行行换换向向。由由于于换换向向器器与与静静止止电电刷刷的的相相互互配配合合作作用用，线线圈圈不不论论转转到到何何处处，B刷刷h始始终终与

3、与运运动动到到N极极下下的的线线圈圈边边相相接接触触，而而电电极极A始始终终与与运运动动到到S极极下下的的线线圈圈边边相相接接触触这这就就保保证证了了电电流流总总是是经经电电刷刷经经N极极下下导导体体流流入入，再再沿沿S极极导导体体经经电电刷刷B流流出出。因因而而电电磁磁力力和和电电磁磁转矩的方向始终保持不变，使电机沿逆时针方向连续转动。转矩的方向始终保持不变，使电机沿逆时针方向连续转动。2他激式直流电机的种类他激式直流电机的种类串励串励并励并励他励他励3永磁式直流伺服电机永磁式直流伺服电机结构结构直流伺服电机构成直流伺服电机的电源特点直流伺服电机的类型4直流电机的基本方程直流电机的基本方程静

4、态方程静态方程静态方程是指电机稳态下的机械平衡方程，电压平衡方程。Ia5直流电机的机械特性方程直流电机的机械特性方程式中 n 转 速（r/m i n）；U a 电 枢 电 压（V）；I a 电 枢 电 流（A）；Ra 电枢回路总电阻（）；励 磁 磁 通（W b）；Ce 由电机结构决定的电动势常数。6他励直流电动机的调速电力拖动系统的调速电力拖动系统的调速:1)机械调速机械调速;2)电气调电气调速速他励电动机的转速公式：电气调电气调速速方法：方法：1 1）调压调速；）调压调速；2 2）电枢回路串电阻调速；）电枢回路串电阻调速；3 3）调磁调速）调磁调速。7他励直流电动机的调速调速调速指标指标：1

5、、调速范围、调速范围D：2、静差率（相对稳定性）、静差率（相对稳定性）%：指负载变化时，转速变化的程度，转速变化小，稳定性好。%越小，相对稳定性越好；%与机械特性硬度和n0有关。8他励直流电动机的调速D与%相互制约：越小，越小，D D越小，相对稳定性越好；越小，相对稳定性越好；在保证一定的在保证一定的指标的前提下，要扩大指标的前提下，要扩大D D，须减少须减少nn，即提高机械特性的硬度。即提高机械特性的硬度。9他励直流电动机的调速3、调速的平滑性、调速的平滑性：在一定的调速范围内，调速的级数越多，调速在一定的调速范围内，调速的级数越多，调速越平滑。相邻两级转速之比，为平滑系数越平滑。相邻两级转

6、速之比，为平滑系数：越接近1，平滑性越好，当 时，称为无级调速，即转速可以连续调节。调速不连续时，级数有限，称为有级调速。4、调速的经济性、调速的经济性：主要指调速的投资、运行主要指调速的投资、运行效率及维修费用等。效率及维修费用等。10他励直流电动机的调速1、电枢回路串电阻调速、电枢回路串电阻调速nTemTLRan0nNA0ABn1Ra+Rs1n2Ra+RS2CRS1RS2tt=0n1nNIaNianian11他励直流电动机的调速优点：电枢串电阻调速设备简单，操作方便。缺点：2）低速时特性曲线斜率大，静差率大，所以转速的相对稳定性差；3）轻载时调速范围小，额定负载时调速范围一般为D2；4）损

7、耗大，效率低，不经济。对恒转矩负载，调速前、后因增通不变而使Tem和Ia不变，输入功率不变，输出功率却随转速的下降而下降，减少的部分被串联电阻消耗了。1）由于电阻只能分段调节，所以调速的平滑性差；12他励直流电动机的调速2、降低电压调速、降低电压调速TemTLAABC 降压调速过程与电枢串电阻调速过程相似，调速过程中转速和电枢电流（或转矩）随时间变化的曲线也相似。13他励直流电动机的调速优点优点：1）电源电压能够平滑调节，可实现无级电源电压能够平滑调节，可实现无级调速。调速。2）调速前后的机械特性的斜率不变，硬调速前后的机械特性的斜率不变，硬度较高，负载变化时稳定性好度较高，负载变化时稳定性好

8、。3）无论轻载还是负载，调速范围相同，无论轻载还是负载，调速范围相同，一般可达一般可达 D=2.512。4）电能损耗较小电能损耗较小。缺点缺点：需要一套电压可连续调节的直流电源需要一套电压可连续调节的直流电源。14他励直流电动机的调速3、减弱磁通调速、减弱磁通调速ABTemTLACtt=0n15他励直流电动机的调速优点：由于在电流较小的励磁回路中进行调节，因而控制方便，能量损耗小，设备简单，调速平滑性好。弱磁升速后电枢电流增大，电动机的输入功率增大，但由于转速升高，输出功率也增大，电动机的效率基本不变，因此经济性是比较好。缺点：机械特性的斜率变大，特性变软；转速的升高受到电动机换向能力和机械强

9、度的限制，升速范围不可能很大，一般 D2；为了扩大调速范围，通常把降压和弱磁两种调速方法结合起来，在额定转速以上，采用弱磁调速，在额定转速以下采用降压 调速。16恒转矩调速方式 电机长期运行时，电枢电流应小于额定值 IN，而电磁转矩 Te=Km I。在调压调速范围内，励磁磁通不变，容许的输出转矩也不变，称作“恒转矩调速方式恒转矩调速方式”。17恒功率调速方式 在弱磁调速范围内，转速越高，磁通越弱，容许输出转矩减小，而容许输出转矩与转速的乘积则不变，即容许功率不变，为“恒功率调速方式恒功率调速方式”。18两种调速方式TeNnNnmax变电压调速弱磁调速UNUPPTeUnO两种调速方式19 三种调

10、速方法的性能与比较u 改变电阻只能有级调速；u 减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，在基速以上作小范围的弱磁升速。u 调压调速能在较大的范围内无级平滑调速。由于串电阻调速和弱磁调速都会使直流他励电机的机械特性变软，所以在实际应用中我们通常采用的是变电压调速。20用晶闸管触发整流用晶闸管触发整流整流电路实现电枢整流电路实现电枢电压可调，从而达电压可调，从而达到改变电机转速的到改变电机转速的目的。目的。这就是所谓的电这就是所谓的电源源电动机调速电动机调速系统（系统（VM）系统，它属于开系统，它属于开环系统。环系统。21而由已知条件并设系统电流连续，则其额定转速下而由已知条件并设系统电流连续，

11、则其额定转速下的转速降为：的转速降为：例：某电源例：某电源电动机直流调速系统，已知电机的额定电动机直流调速系统，已知电机的额定转速为转速为n=1000r/minn=1000r/min，额定电流，额定电流I IN N=305A=305A，主回路电阻，主回路电阻R=0.18R=0.18，CeCeN N=0.2=0.2，若要求电动机调速范围若要求电动机调速范围D=20D=20，s sn n5%5%，则该调速系统是否能满足要求？则该调速系统是否能满足要求？解：如果要满足解：如果要满足D=20D=20，Sn5%Sn三角波电压，输出正的电压三角波电压，输出正的电压（2）控制信号电压）控制信号电压三角波电压

12、，输出负的电压三角波电压，输出负的电压 三角波电压的峰值三角波电压的峰值（3）脉冲分配电路）脉冲分配电路 根据功率转换电路工作方式，即大功率晶体管的导根据功率转换电路工作方式，即大功率晶体管的导通次序，对通次序，对PWM调制变换信号进行适当的逻辑变换，分调制变换信号进行适当的逻辑变换，分配给基极驱动电路以满足功率转换电路方式配给基极驱动电路以满足功率转换电路方式“通通”、“断断”时序的脉冲电压。时序的脉冲电压。（4）基极驱动电路）基极驱动电路 对脉冲分配电路提供的脉冲进行前置功率放大，使对脉冲分配电路提供的脉冲进行前置功率放大，使之激励功率转换电路的大功率晶体管。之激励功率转换电路的大功率晶体

13、管。43（5 5）保护电路）保护电路 设置过电流、过电压、欠电压保护电路，一旦方式设置过电流、过电压、欠电压保护电路，一旦方式上述情况发生时，中断功率转换电路，有时候对大功率上述情况发生时，中断功率转换电路，有时候对大功率晶体管的局部发热和电动机的温升进行监控，以提供过晶体管的局部发热和电动机的温升进行监控，以提供过热保护。热保护。44 PWMPWM驱动装置控制原理驱动装置控制原理 当控制信号电压增加时，它与固定频率的三当控制信号电压增加时，它与固定频率的三角波相比较，产生一个宽度与控制信号电压成正角波相比较，产生一个宽度与控制信号电压成正比例的调制脉冲电压，经脉冲变换分配使基极驱比例的调制脉

14、冲电压，经脉冲变换分配使基极驱动电路激励主电路大功率晶体管的正向导通时间动电路激励主电路大功率晶体管的正向导通时间增加，则电动机两端的平均电压增加，电动机转增加，则电动机两端的平均电压增加，电动机转速上升至控制信号电压所要求的数值。速上升至控制信号电压所要求的数值。45三、三、PWMPWM驱动装置控制的特点驱动装置控制的特点1）优点：（1）大功率可控器件少，线路简单（2）调速范围宽（3）快速性好（4）电流波形系数好，附加损耗小（5）功率因数高2）缺点：（1）单向导电性，不能回馈电网（2）电磁干扰（3）过载能力差（4）基极驱动电路的触发电路复杂46双极晶体管脉宽调制（双极晶体管脉宽调制（PWMP

15、WM）的直流调速方式的直流调速方式 由双极晶体管脉宽调制（由双极晶体管脉宽调制（PWMPWM）器供电的直流）器供电的直流调速电路有多种形式，主要分为不可逆与可逆两调速电路有多种形式，主要分为不可逆与可逆两大类。大类。47不可逆调速 Us为直流电源电压，C为滤波电容器，VT为功率开关器件，VD为续流二极管，M 为直流电动机，VT 的栅极由脉宽可调的脉冲电压系列Ug驱动。48UsIdUd49可逆调速 在简单的不可逆电路中电流不能反向，因而没在简单的不可逆电路中电流不能反向，因而没有反向运行能力，只能作单向运行。需要反向运行有反向运行能力，只能作单向运行。需要反向运行时，就必须为反向电流提供电流通路

16、。时，就必须为反向电流提供电流通路。正向反向正向反向50脉宽调制（脉宽调制（PWMPWM）调制变换器）调制变换器构成的电源供电系统构成的电源供电系统 PWMPWM变换器的直流电源通常由交流电网经不可变换器的直流电源通常由交流电网经不可控的二极管整流器产生，并采用大电容控的二极管整流器产生，并采用大电容C C滤，以获滤，以获得恒定的直流电压，电容得恒定的直流电压，电容C C同时对感性负载的无功同时对感性负载的无功功率起储能缓冲作用。功率起储能缓冲作用。51Id(s)-+-脉宽脉宽调制器调制器速度速度调节器调节器电流电流调节器调节器PWM电压负反馈电压负反馈调制波发生器调制波发生器电流截止负反馈电

17、流截止负反馈Ufi(s)Ufv(s)UK双极晶体管脉宽调制的直流调速系统框图MTATATGUn(s)52直流电机的控制方法直流电机的控制方法单片机单片机工业工业PC可编程控制器可编程控制器53机机床床在在加加工工过过程程中中、需需要要按按不不同同的的加加工工要要求求，调调整整主主轴轴的的转转速速、进进给给速速度度。为为保保证证工工件件表表面面质质量量和和精精度度求求调调速速系系统统调调速速稳稳定定能能迅迅速速消消除除扰扰动动(主主要要是是负负载载和和电电枢枢电电压压波波动动)而而引引起起的的转转速速波波动动。要要求求系系统统具具有有足足够够的的动动态态稳稳定定性性和和快快速速性性，使使起起动动

18、、制制动、调速过程平稳迅速。动、调速过程平稳迅速。电机调速系统的作用电机调速系统的作用54直流电机调速系统直流电机调速系统开环调速系统电机调速系统的基本结构电机调速系统的基本结构1控制驱动电机机械速度控制55直流电机调速系统直流电机调速系统速度负反馈闭环调速系统（半闭环）电机调速系统的基本结电机调速系统的基本结2控制驱动电机机械测量速度控制56直流伺服电机控制系统速度负反馈闭环调速系统的结构右图为一数控机床进给部件中的电机调速系统接线图它是一个速度负反馈闭环调速系统电机调速系统实例电机调速系统实例_1 (A)控制驱动电源电源电机57直流电机调速系统直流电机调速系统速度负反馈闭环调速系统（闭环）电机调速系统的基本结电机调速系统的基本结3控制驱动电机机械测量速度控制58直流伺服电机控制系统直流伺服电机控制系统速度负反馈闭环控制系统的结构位置速度双闭环控制系统的结构电机调速系统的基本结电机调速系统的基本结4控制1控制2驱动测量1电机机械测量2位置控制59电机调速系统实例电机调速系统实例2驱动系统驱动系统伺服伺服电机电机CNC系统系统 机床本体机床本体传感器传感器CNC中的伺服系统中的伺服系统60系统实例系统实例数控系统数控系统+驱动单元驱动单元+伺服电机伺服电机61系统实例系统实例62