发表于：2010/4/17 9:17:40
#0楼
作为能方便进行无级调速且有着良好调速特性的有刷直流电动机，20世纪80年代起随着科技的进步，交流调速(变频)、元刷直流电动机迅速发展，有逐渐取代有刷直流调速之趋势。但是由于有刷直流调速有其独特的优良性能，直到现在尚未被全部取代。有刷直流电动机调速范围宽，很容易做到l：20(例如：60～1 200 r／min)；调速特陛硬，成本低(电机、电路)。其缺点是电刷需经常更换，维护较为麻烦。有刷直流调速电动机又分为普通直流电动机和伺服电动机。直流伺服系统广泛应用于轧钢、造纸机、金属切削机床等许多领域的自动控制系统中，它能在较大范围内实现精度、速度和位置控制。所以要求系统性能高的场合都广泛地使用直流伺服系统。因此，设计成本低、性能可靠的直流伺服系统仍然很重要。
1调压调速原理
直流电动机的速度与加在电枢上的端电压Uo成正比。
端电压的计算公式如下：
关管导通时间与周期的比值。α的变化范围为O≤α≤1。由此式可知，当电源电压Uv不变的情况下，电枢端电压Uo的平均值取决于占空比α的大小，改变α值就可以改变端电压的平均值，从而达到调速目的。
2直流伺服电动机驱动电路
直流伺服电动机驱动电路有两种基本形式：其一为使用品闸管构成移相调压；其二为使用大功率管，可以是双极型三极管，可以是功率场效应管，也可以是IGBT管(输入端为MOS而输出端是双极型管)。本系统使用的是第一种。
该电路由以下五部分组成。
2.1整流电路
整流电路如图2所示。一条整流电路是由D8、D9、SCRl、SCR2组成的单相半控桥式可控整流(可自零到最大无级调压，这里是O～200V)，SCRl及SCR2是由来自“T”可变占空比的方波进行移相触发的。
20 V、50 Hz的交流电经整流桥整流时，若4个桥臂的元件均为二极管，则整流后的直流电压应为220×O.9=198V，且无法调节。当然这种电源驱动直流伺服电机是不能调速的(这种电机的转速是与其驱动电压成正比的)。若将桥的2个桥臂的元件换为单相晶闸管即SCR1和SCR2后，当其控制投加上脉冲电压时，就会随着脉冲电压的早晚改变晶闸管的导通状态。当G不加脉冲则SCR不导通，桥便不能整流，输出电压为O，电机停转。若G在一个周期开始就加上脉冲，则SCR将会在全周期内导通，这时相当于桥使用了4个二极管，电就能得到整流的最高电压198 V。如果我们设法控制SCR的G极在一个周期内加脉冲的早晚，就能得到不同的整流输出电压。
如图3所示。
当矩形脉冲的占空比变小时，SCR导通角变小，此时输出电压变低(矩形波的占空比=脉宽／周期)。
另一条整流电路是由D11、D12、D8、D9(重复使用)来完成的。整流后得到的198 V直流脉动电压再经R27、R28、R29三个电阻降压和稳压(图2)得到20 V的稳压脉动电压用来供给scR移相脉冲的同步电压，然后该脉动电压再经滤波后得到较为纯净的直流用作控制电路的电源。
2.2移相脉冲
Q3(PNP)管的基极接到未经滤波的20 V脉动电压后在IC4的反同端产生一组锯齿波。而IC4的同相端接入了控制直流电压，这一电压与反向端比较(IC4实际是一个电压比较器)就可在IC4的输入端产生一个与主整流器正弦波同步的可改变脉宽的触发电压。当同相端输入电压愈高时，输出端输出的脉宽越高，这就使SCR较早导通。相反，同相端输入电压较低，输出端输出脉宽变窄，SCR导通变晚，当然输出主电压将随之发生改变，从而起到调速作用。电路工作原理如图4所示。
2 3速度给定电流正反馈及电压负反馈
若只考虑电机调速，不考虑电机的运转特性，只要在IV4的同相端加一个可调的直流电压即可。但是这时的给定速度只有在电机负载是恒定的输入电压(主回路)是稳定的前提条件下才是稳定的。否则电机转速会随着负载的加大、输入电压的降低而降低，反之会升高。这种情况我们称之为电机特性太软。而在一般情况下，希望电机具备硬特性：一旦设定电机转速后，在电机允许的最大负荷范围内无论负荷如何变化，或输入电压在允许范围内有所变化，电机转速均应基本保持不变。要达到此目的主要靠电路中的电流反馈(使用电流取样电阻)，如图4所示。当电机负载升高时，电机电流升高，电阻上的压降升高。取样信号经R6送到IC2的同相端进行放大后，传到IC3与转速给定信号混合，经过R17传给IC4的同相端进行前述的移相触发。
IC3是一个放大器，转送自P4接口的给定信号通过R11进入IC3运放的同向端，即构成了同向放大(即进入的+信号升高输出信号也升高若干倍)。与此同时，另一路电流信号通过Rp5、R8也加到IC3的同向端，也就是电流信号与给定信号两者叠加，其中有一个升高输出就会升高。这就起到了正反馈的作用。
当电机负荷加大时，电流必然加大，取样电阻上的压降随之加大，直到使IC3的输出上升、IC4输出矩形波的占空比变大，使SCR在设定不变的情况下导通角提前，也就是使整流桥的输出电压升高，从而能够保持转速不变(准确地说是变化大为减小，此类电路能做到转速保持±5％)。当电机运行中电源电压发生变化时特别是升高时，必然会使电机转速升高，为此，该电路设计了电压负反馈用来防止转速度因电源电压的升高而升高。由电压取样分压取得的电压信号经R33加到IC3反相输入端，当该信号电压升高时会使IC3输出端下降，从而稳定了SCR的导通时刻，稳定了输出电压，稳定了电机转速。
2.4过流保护
当负荷因某些原因突然变大超过了电机的额定值日寸，电流取样电阻上的压降随之变大，这个信号送入比较器，并与限流设定值进行比较。一旦超过设定值，输出低电平。将IC4同相端拉低，也就是使移相脉冲波变窄，主电压降低，电机速度大幅度降低，起到了保护电机的作用。
2.5其他辅助电路
于开机瞬间使给定电压经Rp6和C12的延时功能来完成的。当连续开关机时，常由于C12的存电尚未放完而失去延时作用，这就不能完成缓起动功能。为此设置了关机放电电路。该电路是在关机瞬间C12的存电尚未放完，通过C13放电使Q2导通，C12存电放完。
3 结语
将上述的控制系统及示波器、速度测定仪接入系统中实验，可以观察到电动机的转速在不同负载、不同速度下稳定运行。输出不同的占空比，电机的输出速度不同，占空比由0～1之间变化，电机的转速由0变化到正向最大。本设计实现的直流电机控制电路成本低，大大简化了外围电路，而且结构简单、控制方便、使用安全。本系统现已制成板卡，可方便地接入调速系统中，已成功用于金相抛光机系列产品中，司使其速度误差在±O 3％以内。现已销售200余台，产品质量跟踪结果中没有调速系统的问题，其可靠性现已在生产实践中得到充分验证。
临海市东茂电气有限公司 专业生产 步进电机、步进电机驱动器 、无刷电机、 无刷电机驱动器械、控制板、CNC控制箱、配电盘、温控模块主机等 联系人：张先生 电话：0576-85155520 网址：http://www.tonman.com
1调压调速原理
直流电动机的速度与加在电枢上的端电压Uo成正比。
端电压的计算公式如下：
关管导通时间与周期的比值。α的变化范围为O≤α≤1。由此式可知，当电源电压Uv不变的情况下，电枢端电压Uo的平均值取决于占空比α的大小，改变α值就可以改变端电压的平均值，从而达到调速目的。
2直流伺服电动机驱动电路
直流伺服电动机驱动电路有两种基本形式：其一为使用品闸管构成移相调压；其二为使用大功率管，可以是双极型三极管，可以是功率场效应管，也可以是IGBT管(输入端为MOS而输出端是双极型管)。本系统使用的是第一种。
该电路由以下五部分组成。
2.1整流电路
整流电路如图2所示。一条整流电路是由D8、D9、SCRl、SCR2组成的单相半控桥式可控整流(可自零到最大无级调压，这里是O～200V)，SCRl及SCR2是由来自“T”可变占空比的方波进行移相触发的。
20 V、50 Hz的交流电经整流桥整流时，若4个桥臂的元件均为二极管，则整流后的直流电压应为220×O.9=198V，且无法调节。当然这种电源驱动直流伺服电机是不能调速的(这种电机的转速是与其驱动电压成正比的)。若将桥的2个桥臂的元件换为单相晶闸管即SCR1和SCR2后，当其控制投加上脉冲电压时，就会随着脉冲电压的早晚改变晶闸管的导通状态。当G不加脉冲则SCR不导通，桥便不能整流，输出电压为O，电机停转。若G在一个周期开始就加上脉冲，则SCR将会在全周期内导通，这时相当于桥使用了4个二极管，电就能得到整流的最高电压198 V。如果我们设法控制SCR的G极在一个周期内加脉冲的早晚，就能得到不同的整流输出电压。
如图3所示。
当矩形脉冲的占空比变小时，SCR导通角变小，此时输出电压变低(矩形波的占空比=脉宽／周期)。
另一条整流电路是由D11、D12、D8、D9(重复使用)来完成的。整流后得到的198 V直流脉动电压再经R27、R28、R29三个电阻降压和稳压(图2)得到20 V的稳压脉动电压用来供给scR移相脉冲的同步电压，然后该脉动电压再经滤波后得到较为纯净的直流用作控制电路的电源。
2.2移相脉冲
Q3(PNP)管的基极接到未经滤波的20 V脉动电压后在IC4的反同端产生一组锯齿波。而IC4的同相端接入了控制直流电压，这一电压与反向端比较(IC4实际是一个电压比较器)就可在IC4的输入端产生一个与主整流器正弦波同步的可改变脉宽的触发电压。当同相端输入电压愈高时，输出端输出的脉宽越高，这就使SCR较早导通。相反，同相端输入电压较低，输出端输出脉宽变窄，SCR导通变晚，当然输出主电压将随之发生改变，从而起到调速作用。电路工作原理如图4所示。
2 3速度给定电流正反馈及电压负反馈
若只考虑电机调速，不考虑电机的运转特性，只要在IV4的同相端加一个可调的直流电压即可。但是这时的给定速度只有在电机负载是恒定的输入电压(主回路)是稳定的前提条件下才是稳定的。否则电机转速会随着负载的加大、输入电压的降低而降低，反之会升高。这种情况我们称之为电机特性太软。而在一般情况下，希望电机具备硬特性：一旦设定电机转速后，在电机允许的最大负荷范围内无论负荷如何变化，或输入电压在允许范围内有所变化，电机转速均应基本保持不变。要达到此目的主要靠电路中的电流反馈(使用电流取样电阻)，如图4所示。当电机负载升高时，电机电流升高，电阻上的压降升高。取样信号经R6送到IC2的同相端进行放大后，传到IC3与转速给定信号混合，经过R17传给IC4的同相端进行前述的移相触发。
IC3是一个放大器，转送自P4接口的给定信号通过R11进入IC3运放的同向端，即构成了同向放大(即进入的+信号升高输出信号也升高若干倍)。与此同时，另一路电流信号通过Rp5、R8也加到IC3的同向端，也就是电流信号与给定信号两者叠加，其中有一个升高输出就会升高。这就起到了正反馈的作用。
当电机负荷加大时，电流必然加大，取样电阻上的压降随之加大，直到使IC3的输出上升、IC4输出矩形波的占空比变大，使SCR在设定不变的情况下导通角提前，也就是使整流桥的输出电压升高，从而能够保持转速不变(准确地说是变化大为减小，此类电路能做到转速保持±5％)。当电机运行中电源电压发生变化时特别是升高时，必然会使电机转速升高，为此，该电路设计了电压负反馈用来防止转速度因电源电压的升高而升高。由电压取样分压取得的电压信号经R33加到IC3反相输入端，当该信号电压升高时会使IC3输出端下降，从而稳定了SCR的导通时刻，稳定了输出电压，稳定了电机转速。
2.4过流保护
当负荷因某些原因突然变大超过了电机的额定值日寸，电流取样电阻上的压降随之变大，这个信号送入比较器，并与限流设定值进行比较。一旦超过设定值，输出低电平。将IC4同相端拉低，也就是使移相脉冲波变窄，主电压降低，电机速度大幅度降低，起到了保护电机的作用。
2.5其他辅助电路
于开机瞬间使给定电压经Rp6和C12的延时功能来完成的。当连续开关机时，常由于C12的存电尚未放完而失去延时作用，这就不能完成缓起动功能。为此设置了关机放电电路。该电路是在关机瞬间C12的存电尚未放完，通过C13放电使Q2导通，C12存电放完。
3 结语
将上述的控制系统及示波器、速度测定仪接入系统中实验，可以观察到电动机的转速在不同负载、不同速度下稳定运行。输出不同的占空比，电机的输出速度不同，占空比由0～1之间变化，电机的转速由0变化到正向最大。本设计实现的直流电机控制电路成本低，大大简化了外围电路，而且结构简单、控制方便、使用安全。本系统现已制成板卡，可方便地接入调速系统中，已成功用于金相抛光机系列产品中，司使其速度误差在±O 3％以内。现已销售200余台，产品质量跟踪结果中没有调速系统的问题，其可靠性现已在生产实践中得到充分验证。
临海市东茂电气有限公司 专业生产 步进电机、步进电机驱动器 、无刷电机、 无刷电机驱动器械、控制板、CNC控制箱、配电盘、温控模块主机等 联系人：张先生 电话：0576-85155520 网址：http://www.tonman.com
