《测控电路09连续信号控制电路课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《测控电路09连续信号控制电路课件（37页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、n控制电路 控制执行机构运动的电路常用的执行机构驱动器件：（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）。第九章第九章 连续信号控制电路连续信号控制电路测控电路09_连续信号控制电路n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。第九章第九章 连续信号控制电路连续信号控制电路测控电路09_连续信号控制电路n连续信号控制电路 将交流信号连续变换成直流信号，或者是直流信号连续变换成交流信号以达到控制目的。n主要指直流电动机
2、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。第九章第九章 连续信号控制电路连续信号控制电路测控电路09_连续信号控制电路n速度调节是控制中的一个重要问题n本章首先研究直流电机的速度调节与控制n然后研究交流电机的驱动、速度调节与控制第九章第九章 连续信号控制电路连续信号控制电路n脉宽调制(Pulse Width Modulation)控制电路，通常称为PWM控制电路，是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，通过控制电压脉冲的宽度以达到变压目的，或者控制电压脉冲宽度和脉冲列的周期以达到变压变频目的的一
3、种变换电路。 9.2 9.2 脉宽调制脉宽调制(PWM)(PWM)控制电路控制电路 n为什么采用脉宽调制,而不用电压调速?(1) 脉宽调制可以用于直流和交流电机调速,还可以与调频相结合，通用性强;(2) 在电机驱动中功率放大器工作在非线性状态，脉宽调制让功率放大器工作在开关状态，可以减小有功功率消耗，获得较高的效率与较好的线性;(3) 让电机始终处在有电状态,对于电机动态特性有利。9.2 9.2 脉宽调制脉宽调制(PWM)(PWM)控制电路控制电路 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
4、V关断时为感性负载RL提供释放电感储能、形成续流回路。9.2.1 9.2.1 脉宽调制控制电路的工作原理脉宽调制控制电路的工作原理 电压-脉宽功率放大+ + +N- -R2R3RPR1RLuPu0ucubECuLV N的反相端输入三个信号：锯齿波或三角波调制信号up,控制电压uc，负偏置电压u0，其作用是在uc=0时通过RP的调节使比较器的输出电压ub为宽度相等的正负方波。 电压-脉宽功率放大+ + +N- -R2R3RPR1RLuPu0ucubECuLV9.2.1 9.2.1 脉宽调制控制电路的工作原理脉宽调制控制电路的工作原理 uc0: 锯齿波过零提前，正半波比负半波窄 uc0tOuPub
5、uP+uc+u0c)uc0 c)uc0 9.2.2 9.2.2 典型脉宽调制电路典型脉宽调制电路n功用功用（1）电机驱动；（2）调速9.2.3 PWM9.2.3 PWM功率转换电路功率转换电路 n分类分类（1）按调制脉冲的极性分：单极式和双极式（2）按载波信号和基准信号的频率之间的关系分： 同步式和异步式 n几个概念：几个概念：（1）可逆和不可逆：可逆就是电机即可正转也可反转；不可逆就是电机只能一个方向转动。（2）反电动势：是电机转动产生的，与转速有关。（3）自感电动势：流过电枢电流变化产生的感应电势。（4）电动：电机转动方向与流过电枢的电流方向相同。（5）制动：电机转动方向与流过电枢的电流方
6、向相反。（6）回馈制动：流过电枢的电流与电机转动方向相反且流入电源，即将能量回馈给电源。 9.2.3 PWM9.2.3 PWM功率转换电路功率转换电路 n工作原理工作原理9.2.3.1 9.2.3.1 简单的不可逆简单的不可逆PWMPWM控制电路控制电路 a） 电路原理图电路原理图VD1M- -ubVD2V+ +iaED+ +ECV V关断时为电关断时为电枢回路提供释枢回路提供释放电感储能形放电感储能形成续流回路成续流回路消除电源在直消除电源在直流供电线路上流供电线路上的谐波电压对的谐波电压对电路的干扰电路的干扰功率开关功率开关当当0 0t t时，时，u ubb为正，为正，V V饱和导饱和导通
7、，电动机两端电压通，电动机两端电压u uaa=E=E；9.2.3.1 9.2.3.1 简单的不可逆简单的不可逆PWMPWM控制电路控制电路 b）电流和电压波形）电流和电压波形tOTiaua,EuaUaEDiaEVD1M- -ubVD2V+ +iaED+ +C电动机平均电动机平均端电压为端电压为：PWMPWM电压的占空比；电压的占空比；改变改变即即可调速可调速。当当ttT T时，时，u ubb为负，为负，V V截止，截止，u uaa=0=0，电动机电枢经二极管，电动机电枢经二极管VD1VD1续流；续流；EEDD电动机反电动势；电动机反电动势；RR、LL电枢电路的电阻和电感电枢电路的电阻和电感9.
8、2.3.1 9.2.3.1 简单的不可逆简单的不可逆PWMPWM控制电路控制电路 n在轻载（负载力矩小、ia小）情况下可能断流n不能反转、不能制动（电流不能反向通过电枢）9.2.3.2 9.2.3.2 制动制动不可逆不可逆PWMPWM控制电路控制电路 主控主控管管辅助辅助管管当0t时：ub1为正，V1饱和导通；ub2为负，V2截止，E加在电动机电枢两端；ia顺着回路1由A流向B；电动机工作在电动状态。当当ttT T时：时：u ub2b2为正为正，u ub1b1为负，为负，V V11截止，与截止，与E E断开，断开，电枢中的自感电动势使电枢中的自感电动势使i iaa沿回路沿回路2 2续流，续流，
9、电动机仍为电动状态，电动机电枢经电动机仍为电动状态，电动机电枢经二极管二极管VDVD11续流；续流；此时，此时，VDVD22使使V2V2继续截止。继续截止。所以，只要所以，只要i iaa在在u ub1b1为负期间不衰减到为负期间不衰减到0 0，电动机始终，电动机始终“ “电动电动” ”状态。状态。9.2.3.2 9.2.3.2 制动制动不可逆不可逆PWMPWM控制电路控制电路 但假如但假如i iaa在在u ub1b1为负的期间内衰减为负的期间内衰减到到0 0，则，则V2V2在在ttT T期间在期间在E EDD和和u ub2b2的共同作用下饱和导通，的共同作用下饱和导通，在外力做功下，在外力做功
10、下，i iaa沿回路沿回路3 3由由B B流流向向A,A,与与E EDD同向，产生能耗制动。同向，产生能耗制动。直到直到t=Tt=T后，后，u ub2b2为负，为负，V2V2截止，在截止，在自感电动势和反电动势的作用下，自感电动势和反电动势的作用下，i iaa沿回路沿回路4 4流动，实现回馈制动。流动，实现回馈制动。此时此时V V11因因V VD1D1而截止。而截止。反向制动作用会使电动机转速下降，直到反向制动作用会使电动机转速下降，直到u ub1b1为正时，反相为正时，反相电流电流i iaa衰减到衰减到0 0，V1V1才饱和导通，电动机又进入电动状态。才饱和导通，电动机又进入电动状态。9.2
11、.3.2 9.2.3.2 制动制动不可逆不可逆PWMPWM控制电路控制电路 此外，由于某种原因，或者电动机工作在轻载情此外，由于某种原因，或者电动机工作在轻载情况下，负载电流很小时，电动和制动状态会交替况下，负载电流很小时，电动和制动状态会交替出现。出现。9.2.3.2 H9.2.3.2 H型双极式型双极式可逆可逆PWMPWM控制电路控制电路 控制方式上分为双极式、单极式和受控制方式上分为双极式、单极式和受限单极式，这里以双极式为例。限单极式，这里以双极式为例。 0t时，ub1、ub4高电平，ub2、ub3低电平，V1、V4饱和导通，V2、V3截止，E加在电枢AB两端，UAB=+E； tT时，
12、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。n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T/2时，电枢两端的平均电压为正，电动机正转；当T/2时，平均电压为负，电动机反转；当=T/2时，平均电压为零，电动机停转。9.2.3.2 H9.2.3.2 H型双极式型双极式可逆可逆PWMPWM控制电路控制电路 9.2.3.2 T9.2.3.2 T型双极式型双极式可逆可逆PWMPWM控制电路控制电路 当0t时：ub1为正，V1
13、导通；ub2为负，V2截止，E加在电动机电枢两端；当当ttT/2，Ua0，电动机正转；（3）当控制信号为负时，T/2，Ua0，电动机反转；9.2.3.2 T9.2.3.2 T型双极式型双极式可逆可逆PWMPWM控制电路控制电路 这种电路结构简单，但要求双电源供电，且这种电路结构简单，但要求双电源供电，且晶体管承受的反向电压为电源的两倍，因此，晶体管承受的反向电压为电源的两倍，因此，T T型型PWMPWM控制电路只适用于小功率低电压伺服电动控制电路只适用于小功率低电压伺服电动机系统。机系统。9.1 导电角控制逆变器导电角控制逆变器n在实际中使用更多的是交流电机n逆变器是一种将直流电能转变为交流电
14、能的设备。n为什么要逆变？ 为了控制的需要，例如变频、脉冲调宽。n在交流电动机的调速系统中，需要用导电角控制电路来控制逆变器晶闸管或功率晶体管的开关顺序和导通时间。n晶闸管或功率晶体管在一个变化周期中导通时间对应的相位角称为导通角或导电角。逆变器的工作原理UCD0tK1 K2 K3 K4K1 K2 K3 K4ZCDCDUdUdZ9.1 导电角控制逆变器导电角控制逆变器n在逆变器中，要正常工作必须保持晶闸管之间的可靠换流。也就是说，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。单向晶闸管单向晶闸管双向晶闸管双向晶闸管 阳极阳极A
15、门极门极G 阴极阴极K 电极电极MT2 门极门极G 电极电极MT1 9.1 导电角控制逆变器导电角控制逆变器 MVD3 A BCEC1VD1 VD5 V5V3 V1 V4VD4 V6VD6 V2 VD2 9.1.1 120导电角控制逆变器9.1 导电角控制逆变器导电角控制逆变器V V V V1 11 1VVVV6 66 6：大功率管：大功率管V V V VD1D1D1D1VVVVD6D6D6D6：续流二极管：续流二极管其中，每一相上桥臂晶体管与下桥臂晶体管各导通其中，每一相上桥臂晶体管与下桥臂晶体管各导通120120电角度，上、下桥臂晶体管导通状态相互间隔电角度，上、下桥臂晶体管导通状态相互间
16、隔6060电角度，电角度，各相之间相位差为各相之间相位差为120120 。断通断通断V1断通120断断通通断通通通断断断通断断断通通tttttOOOOOV4V3V6V5V2240480360600Ot MVD3 A BCEC1VD1 VD5 V5V3 V1 V4VD4 V6VD6 V2 VD2 接通顺序：每隔60，接通 123456每管导通120，同相的两个管子不能同时导通9.1.1 导电角控制逆变器导电角控制逆变器断通断通断V1断通120断断通通断通通通断断断通断断断通通tttttOOOOOV4V3V6V5V2240480360600Ot9.1.1 9.1.1 120120导电角导电角 控制
17、逆变器控制逆变器断通断通断V1断通120断断通通断通通通断断断通断断断通通tttttOOOOOV4V3V6V5V2240480360600OtttttttE/2OOOOOOUCUBUAUABUCAUBCEEE-E-E/2-E-E/2E/2-E-E/2E/2-E/2E/2E/2E/2-E/2-E/2Ub5Ub4Ub1Ub2Ub6DDQSD1DQQDSD2SD3DQD4SQDQRD5RD6光电耦合驱动电路光电耦合驱动电路STARTLDUb1 11 1Ub31111000111100011111110011100111001119.1.1 9.1.1 120120导电角控制逆变器导电角控制逆变器用于控制120导电角控制逆变器的导电角控制电路可采用硬件方式或采用微处理机的并行接口通过软件方式自动产生控制信号。环形移位寄存器环形移位寄存器（1 1）脉宽调制（）脉宽调制（PWMPWM）控制电路）控制电路（2 2）120120导电角控制逆变器导电角控制逆变器本章重点本章重点
