2-1直流调速解读.ppt

第二章 交、直流调速原理与系统设计 §2-1 直流电机调速原理与系统设计 §2-2 单片机控制直流电机调速系统设计 §2-3 交流电机调速原理与系统设计 §2-1 直流电机调速原理与系统设计 A为工作点，负载转矩T在T1～T2之间变化时，转速将在n1和n2间波动，影响产品质量。这就要求既能调速又能控速（速度稳定）。 调速的性能指标 1.调速范围D =nmax/nmin,即电机在额定负载下最高转速nmax 与最低转速nmin之比，又称为速比。 2.静差度S（速度的稳定性）用来衡量转速随负载变化的程度。它表示在额定负载下的转速降落△ne与理想空载转速n0之比，即 3.调速的平滑性用两个相邻转速之比φ表示：φ＝ni/ni-1 ，无级调速φ≈1。 4.调速的经济性 直流电动机的速度控制 U——电枢电压 I——电枢电流 φ——励磁磁通 Ra——电枢电阻 E——电动势 T——转矩 Ke ，Kt——由电机结构决定的电动势常数和转矩常数 改变电枢电阻Ra只能有级变速；改变励磁磁通φ虽能平滑调速，但调速范围不大，只在基速以上作小范围升速。直流调速系统往往以变压调速（调节电枢供电电压U）为主。 在一定负载转矩TL下，加上UN、U1、U2、U3、…时对应转速na、nb、nc、nd、…。 电压为U1时，工作在b点，转速nb；电压由U1突升至UN时，电流突增至Ig, ，转矩突增至Tg, 工作点由b点到g点；因Tg﹥TL, 加速，E增加，I减少，转矩减少，由g点向a点移动，直到T=TL，工作在新的稳定转速na。 二、数显开关型直流电机驱动电路设计原理 在一般焊接机构中，小功率直流电动机如送丝电机、拖动电机的调速系统一般都采用SCR—M系统。 一般的可控硅调速系统电枢电压为50Hz或100Hz脉动电压，其速比很难超过10 ，调速范围窄，并且系统的动态特性差，调速精度不高，低速运行不稳，使焊机的适应性受到限制。 设计的新型驱动电路——高频开关电源型调速系统，电枢电压为几千Hz几万Hz脉动电压，采用由PWM调速、光电测速的PID自动调节系统，转速稳定、调速范围宽、调速精度高，且速度采用数字指示并可预调。同时，该电源具有体积小、重量轻、成本低、适应性强等优点。 （一）电机调速系统 （二）速度反馈系统 （三）PID自动调节系统 （四）速度数字显示 （一）电机调速系统 主电路 电枢绕组的供电以3524 PWM脉宽调制器、MOSFET开关管和LCD组成的开关电源。 激磁绕组110V的供电为两只二极管组成的半波整流电源。 （一）电机调速系统 主控制电路 采用3524 PWM脉宽调制器，通过改变时标电阻Rt和时标电容Ct可改变振荡频率f=1/RtCt，所用开关频率为20KHz。占空比随Vk提高而增大，11和14两端并联输出，占空比范围为0—100%。5脚接过流检测信号，过流时关断MOSFET，停止电枢绕组的供电。 脉宽调制部分电路 脉宽调制器SG3524和SG3525原理图。组成：基准电压源、振荡器、误差放大器、PWM比较器及锁存器、分相器、欠压锁定、输出级、软起动及关断电路。 电路波形 （二）速度反馈系统 频率电压转换器的设计计算 (三)PID自动调节系统 调速系统采用PID调节器，即比例——积分——微分自动调节系统。由于不同使用条件的负载特性不同，因此按照对象特性未知条件，采用闭环试验方法，确定调节器的整定参数。 因调节器的精度较高，给定电压Vg和反馈电压Vf几乎相等。试验表明，两者相差在2%以内。 PID部分设计计算 (四)速度数字显示原理 速度反馈电压Vf正比于实际速度，Vf经分压后接入数字电压表，由LED数码管显示，直接读出实际速度。 通过继电器控制，K断开，继电器J不通，给定电压接入电压表，显示预调速度，此时真实的给定电压为0，电机不转；K闭合，继电器J接通，给定电压接入PID自动调节系统，反馈电压接入电压表，显示实际速度。 速度数值可以是电机转速，也可以直接显示送丝速度或焊接速度数值。 （五）性能试验 针对额定电压为110V的直流电机S569，设计了驱动电路。 实验表明，在电压上下波动30％时，速度非常平稳。一般电压波动范围不会超出±20％。在电网电压正常波动范围内，该开关电源均能保证运转平稳。 * * * * * * 一、直流电动机的速度控制方法 速度调节则是在某一特定的负载下，靠人为改变机械特性而得