電機(jī)驅(qū)動(dòng)與調(diào)速控制的伺服電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)課件

1、1第 48 講項(xiàng)目7 典型調(diào)速系統(tǒng)任務(wù)18 典型直流調(diào)速系統(tǒng)情景3 SG1731控制的伺服電機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 教學(xué)目標(biāo) 1、熟悉SG1731芯片 2、掌握SG1731控制的伺服電機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 教學(xué)重點(diǎn) SG1731芯片 教學(xué)難點(diǎn) SG1731控制的伺服電機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 教學(xué)方法 探究式、演示、情境交融、啟發(fā)互動(dòng)式教學(xué)法教學(xué)手段 多媒體教學(xué)、動(dòng)畫演示教學(xué)作業(yè)布置 作業(yè)題7-32教學(xué)過程： 項(xiàng)目7 典型調(diào)速系統(tǒng)任務(wù)18 典型直流調(diào)速系統(tǒng)情景3 SG1731控制的伺服電機(jī)調(diào)速系統(tǒng) PWM控制系統(tǒng)已發(fā)展到控制電路集成化階段。 下面介紹美國Silicon general公司生產(chǎn)的新型SG1731型PWM集成電路構(gòu)成

2、的PWM速度伺服系統(tǒng)。 1、SG1731芯片簡介 SG1731是直流電動(dòng)機(jī)PWM控制用單片IC，也可用于液壓PWM控制。 如圖7-16所示。3 SG1731芯片能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)象限的脈寬調(diào)制，內(nèi)置三角波發(fā)生器、誤差運(yùn)算放大器、比較器及橋式功放電路等。 它把一個(gè)直流電壓與三角波疊加形成脈寬調(diào)制方波，加到橋式功放電路上輸出。 其PWM比較器外部可編程，其輸出電路為帶有續(xù)流二極管的全橋圖騰柱（Totem Pole，TTL推挽電路），與電平兼容的封鎖端子在低電平時(shí)輸出驅(qū)動(dòng)器呈高阻狀態(tài)。圖7-16 SG1731的管腳排列和內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖4 （1）管腳接法及其功能 16、9腳接電源Us（3.515V），用于芯片

3、的控制電路。 14、11腳接電源Uo（2.522V），用于橋式功放電路。 比較器A1、A2，雙向恒流源及外接電容C組成三角波發(fā)生器，其振蕩頻率f由C和外供正負(fù)參考電壓2u+、2u-（2腳和7腳）決定： （u= 2u+ 2u）。 A3為偏差放大器，3腳為正相輸入端，4腳為反相輸入端，5腳為輸出端。 A4、A5為比較器，外加電壓UT 、UT 為正負(fù)門檻電壓。 15腳為關(guān)斷控制端，輸入端低電平時(shí)封鎖。 10腳為芯片片基，6腳外接電容后接地。5 （6）PTC起動(dòng)器 圖3-22 用PTC起動(dòng)的單相異步電動(dòng)機(jī) PTC起動(dòng)器又稱半導(dǎo)體起動(dòng)器，具有正溫度系數(shù)的熱敏電阻器件，具有在陶瓷原料中摻入微量稀土元素?zé)Y(jié)

4、后制成的半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)。它具有隨溫度的升高而電阻值增大的特點(diǎn)，有著無觸點(diǎn)開關(guān)的作用。 PTC元件與起動(dòng)繞組串聯(lián)，電機(jī)起動(dòng)時(shí)，PTC元件的溫度較低，電阻值較小，可近似為通路。電機(jī)起動(dòng)電流很大（正常運(yùn)轉(zhuǎn)電流的5-7倍），PTC元件在大電流作用下溫度升高達(dá)臨界溫度(約100oC)，元件的電阻值增大至幾十千歐，使電流難以通過，可近似為斷路。此時(shí)，與之串聯(lián)的起動(dòng)繞組相當(dāng)于斷路，而運(yùn)行繞組繼續(xù)使電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行。 6 3、單相交流電動(dòng)機(jī)的工作原理 單相異步電動(dòng)機(jī)的主繞組通入單相交流電，產(chǎn)生強(qiáng)弱和方向像正弦交流電作周期性變化的脈動(dòng)磁場。 為使電動(dòng)機(jī)能自動(dòng)起動(dòng)，定子鐵心槽里嵌放兩個(gè)繞組（主繞組和輔助繞組），輔助

5、繞組與主繞組在定子鐵心槽中相差90電角度。 圖3-23 脈動(dòng)磁場 圖3-24 電容式電動(dòng)機(jī)接線7 為使兩相繞組中的電流有一個(gè)相位差，可在輔助繞組中串接電容、電阻進(jìn)行移相。 下面以輔助繞組串入電容的單相電動(dòng)機(jī)為例，如圖3-24所示。 輔助繞組WA與電容C串聯(lián)后同主繞組WM并聯(lián)，再接入電源。 電動(dòng)機(jī)接通電源時(shí)，因輔助繞組電路為容性（電容量應(yīng)足夠大），故電流iA超前電源電壓一定角度，而主繞組電路為感性，故電流iM滯后電源電壓一個(gè)角度。 只要電容器選擇適當(dāng)，就能使iM滯后iA90。 相位差90的兩個(gè)電流iM和iA分別通入空間相差90電角度的兩個(gè)繞組，將產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場。 轉(zhuǎn)子在該旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，獲得

6、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩而旋轉(zhuǎn)。8圖3-25 單相電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場 4、單相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法 （1）串電抗器調(diào)速 在電動(dòng)機(jī)的電源線路中串聯(lián)起分壓作用的電抗器來調(diào)節(jié)電抗值，從而改變電動(dòng)機(jī)兩端的電壓，達(dá)到調(diào)速目的。 串電抗器調(diào)速結(jié)構(gòu)簡單、容易調(diào)整調(diào)速比，但耗材多、體積大。9 （2）SG1731芯片的功能 1）電源工作范圍極寬，控制電源為3.515V，驅(qū)動(dòng)電源為2.522V。 2）支持單、雙電源：輸出極可提供100mA、32V的正、反向驅(qū)動(dòng)電流。 3）三角波頻率的可調(diào)范圍：100350kHz，三角波的峰一峰調(diào)整范圍為110V，振蕩定時(shí)電容的取值范圍為200pF2.5F。 4）誤差放大器的轉(zhuǎn)換速率高，典型值為15V

7、/s，單位增益帶寬為1MHz。 5）有死區(qū)調(diào)節(jié)功能：誤差為零時(shí)，調(diào)節(jié)UT的大小，可在輸出端得到相位相差180o的初始脈沖。 6）有關(guān)斷控制保護(hù)功能：管腳(15)端低電平(TTL電平兼容)作用時(shí)，輸出級(jí)晶體管就瞬時(shí)地被強(qiáng)制到截止?fàn)顟B(tài)。這種功能可用來對(duì)系統(tǒng)提供各種保護(hù)。10 2、SG1731組成的伺服電機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 圖7-17 SG1731組成的PWM伺服電機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 11 SG1731的12腳、13腳可輸出100mA的電流，圖中電流調(diào)節(jié)器由SG1731偏差放大器外接RC構(gòu)成PI調(diào)節(jié)器。 系統(tǒng)原理與雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)類似。 SM為直流永磁伺服電機(jī)，精度高、響應(yīng)快、調(diào)速范圍寬、力矩波動(dòng)小、線性好、過載

8、能力強(qiáng)，是自動(dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)算裝置中廣泛應(yīng)用的一種執(zhí)行元件。 直流永磁式伺服電動(dòng)機(jī)的供電電路是4個(gè)雙極晶體管（V1V4）構(gòu)成H型電路，4個(gè)二極管為續(xù)流，H型電路由22V電源供電。 測速發(fā)電機(jī)TG與SM同軸聯(lián)接，電位器RP調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速反饋電壓Ufn，轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)與給定信號(hào)比較后由功放將差值放大引至芯片的4腳。SM的電流通過反相調(diào)節(jié)器引至3腳。 12 15V電源電壓分別經(jīng)電阻R1、R2、R3和R4、R5、R6分別產(chǎn)生2V+、2V和UT。適當(dāng)選擇其阻值，可得所需電壓值。 15V電源經(jīng)0.1F的電容器接地，是為旁路從電源傳入的干擾信號(hào)。 當(dāng)伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速由于某種原因變化時(shí)，例如機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩增加，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，通過測速發(fā)電機(jī)檢測出來的轉(zhuǎn)速反饋電壓Ufn下降，使偏差放