西门子6ES7307-1BA01-0AA0
直流速度控制单元的作用是将转速指令信号转换成电枢的电压值,达到速度调节的目的。现代直流电机速度控制单元常多采用晶闸管(可控硅,scr)调速系统和晶体管脉宽调制(pwm)调速系统。
1.晶闸管调速系统
1)晶闸管调速系统主电路
晶闸管调速系统采用的是大功率晶闸管,它的作用有两个,一是用作整流,将电网交流变为直流;二是在可逆控制电路中,电机制动时,把电机运转的惯性能转变为电能,并回馈给交流电网,实现逆变。为了对晶闸管进行控制,必须设有触发脉冲发生器,以产生合适的触发脉冲。晶闸管的整流电路有许多种,在中*常用是三相桥式反并联可逆电路。
如图所示的就是三相桥式反并联可逆电路。其由12个可控硅大功率晶闸管组成,晶闸管分两组,s11 ~s16为一组, s21 ~s26为一组。每组按三相桥式联接,两组反并联,分别实现正转和反转。反并联是指两组变流桥反极性并联,由一个交流电源供电。每组晶闸管都有两种工作状态:整流和逆变。一组处于整流工作时,另一组处于待逆变状态。在电机降速时,逆变组工作。
三相全控桥式电路的电压波形如图所示。图上所标出的晶闸管触发角 α为π/3。晶闸管以π/3的间隔按次序开通,每6个脉冲电机转1转。由于晶闸管 以较快的速率被触发,流经电机的电流几乎是连续的。
其工作过程如下:当ωt=π/6+α时,s11开通而在此之前s16已被开通了。当a相电压波形在π/6+α<ωt<π/6+α+π/3区间时,晶闸管s11和s16导通,电机端子与a 相和b相接通,故ud=uab。当ωt=α+π/3+π/6时,晶闸管s12开通,电流流经s12,而s16由于受反向偏置而关断(自然或电网换向)。这时s11和s12导通,电机两端电压ud=uac。就这样,每隔π/3又有一只晶闸管被开通,之后就重复上述过程。
由波形图可见,只要改变触发角α的值,则就可以改变电机电压的输入值,进而调节直流电机电枢的电流值,达到调节直流电机速度的目的。
在图中,rw1为转速定位器,为转速偏差电压,un为转速反馈电压,δun为反馈偏差电压,a为比例放大器,uct为触发控制电压,gt为晶闸管的触发控制装置。
系统的工作情况及自动调速过程如下:
当系统在某一较小的转速给定电压作用下启动时,开始一瞬间电机并未转动,故转速反馈电压un=0,反馈偏差电压δun=,通过放大器后,输出较大的uct,触发器输出的触发角α将由起始状态时的90o下降,整流器输出电压也由ud=0上升到某一较大的值,在这一电压作用下(电流不超过允许值时)启动运转。随着转速的上升,反馈电压un上升,则转速偏差电压δun下降,uct随之下降,α上升,整流器输出电压ud也下降,电动机转差率也下降,直到转速n接近给定转速,即反馈电压un接近,电机即平稳运转。如前所述,电机转速只能接近给定转速,偏差大小与放大倍数紧密相关。但这种系统从原理上说就是有偏差的,故称为有差调速系统。
4)晶闸管供电转速电流双闭环直流调速系统
前面所述的转速负反馈单闭环调速系统实际上是不能用于数控机床进给系统,对于数控机床上要求高的调速系统,则要求快速启动、制动,动态速降要小等,通常采用转速电流双闭环系统。
转速电流双闭环调速系统如图所示。为了实现转速和电流两种反馈分别起作用,系统中设置了两个调节器,分别对转速和电流进行调节,两者之间实行串级联接。
2.晶体管直流脉宽(pwm)调速系统
1)晶体管调速系统主电路
开关功率放大器是脉宽调制速度单元的主回路,其结构形式有两种,一种是h型(也称桥式) ,另一种是t型。每种电路又有单极性工作方式和双极性工作方式之分,而各种不同的工作方式又可组成可逆开关放大电路和不可逆开关放大电路。
图示为广泛使用的h型开关电路的工作原理图,它是由四个和四个功率管组成的桥式回路。直流供电电源+ed由三组全波整流电源供电。脉宽调制器输出的脉冲波u1、u2、u3、u4经光电隔离器,转换成与各脉冲相位和极性相同的脉冲信号u1、u2、u3、u4,并将其加到开关功率管vt1~vt4的基极。当电机正常工作时,在0