北京永光高特微電機有限公司
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永磁式直流力矩電動機穩速系統設計

來源:北京永光高特微電機有限公司作者:李利網址:http://www.fupoqq9.cn瀏覽數:176

   摘要:介紹了一種新型的永磁式直流力矩電動機穩速控制系統,采用集成電路芯片TL494輸出PWM脈沖來控制ICBT器件,從而實現了對電動機的斬波調壓供電,性能穩定可靠。還提供了系統聯調的試驗結果。

1引  言

   直流電動機因工作特性好常用于要求高的調速裝置或控制系統中。隨著新材料和新工藝的發展,永磁式直流電動機發展非常迅速,其中適應于直接驅動并去掉減速機構的力矩電動機,在電機驅動中發揮了重要作用。

   永磁式直流力矩電動機是一種低轉速、大轉矩的伺服電動機,具有良好的低速平穩性和線性的機械特性,與負載之間直接連接,無須減速機構,因此可使控制系統裝置簡化,提高系統性能,還有精度高、反應速度快、線性度好等優點,在生產中應用廣泛。

針對型號為55LCX—l的永磁式直流力矩電動機,我們設計了穩速控制系統,此系統用在偏振測量儀中控制檢偏器,在測量過程中作勻速轉動。

2 DC—DC斬波調壓供電主回路工作原理

   圖1是本系統的工作原理方框圖。由圖可見,單相交流電220V作為主電源引入電路,經變壓器變為90V的交流電,再經二極管整流電路整流后變為38V的直流電。該直流電壓經過一只開關元件IGBT進行斬波調壓,變為0~32V間可調的直流電壓,作為直流力矩電動機的電樞供電電壓。

   圖l系統原理方框圖

   IGBT是目前發展較快的一種全控型開關功率器件之一,一般電流容量為10~400A,電壓等級為400~1000V,其最大電流容量能達到1000A,最高電壓等級能達到1200V,工作頻率在聲頻以上。在本設計中,因電動機功率較小,故選用了參數為(10A,400V)IGBT管。IGBT管在本系統中的具體應用電路如圖2所示。

 圖2 IGBT應用電路

  在圖2中,C、D、R0構成了IGBT管的關斷緩沖回路,開通緩沖回路未加,因為電動機本身可產生漏電抗,相當于開通緩沖回路。

   IGBT管的控制電路由TL494及其外圍電路構成。TL494為一片16腳集成電路,內含一個振蕩器、兩個比較器(死區時間比較器和PWM比較器)、兩個誤差放大器、一個觸發器、雙與門和雙或非門、一個+5V基準電壓源、兩個NPN輸出晶體管等。

   TL494的第6腳和第5腳外接RT和CT,確定了振蕩器產生鋸齒波的頻率為fosc,fosc=1/(RTCT)。輸出調制脈沖的寬度由電容CT端的正向鋸齒波和第3、4腳輸入的兩個控制信號綜合比較后確定。第4腳為死區時間控制端,該端外接電平大小決定在最大占空比時兩脈沖之間的死區,當它為低電平時,死區時間為最小,可獲得最大占空比。當外接控制信號大于第5腳電壓時,第9和10腳輸出脈沖為低電平(設9、10腳為跟隨器接法)。隨著控制信號幅值的增加,TL494輸出脈沖占空比逐漸減小。第13腳用來控制輸出模式,該端為高電平時,PWM輸出脈沖頻率為振

蕩器頻率的一半,最大占空比為48%,該端為低電平時,PWM輸出脈沖頻率與振蕩器頻率相同,最大占空比為98%。TL494在本系統中的具體應用電路如圖3所不。圖中,RT=1.4kQ,CT=0.1μFf=7.2kHz,外接控制信號Ui從2腳接人,調節信號Ui大小,可改變輸出脈沖占空比。當第13腳接地,PWM輸出脈沖最大占空比約為95%。

    圖3 TL494輸出PWM脈沖的應用電路

3轉速、電流雙閉環控制回路

   本系統采用了ASR、ACR兩個PI調節器構成雙閉環控制,電流反饋測量元件為一只霍爾元件,轉速反饋測量元件為與電動機同軸的測速發電機。根據負載的具體情況而選用55LCX一1型永磁式直流力矩電動機及測速機組。機組由稀土永磁體制成的高性能力矩電動機與同軸連接的高靈敏度低速測速發電機組合而成。

   ASR、ACR為兩個常用的PI調節器。ASR為轉速調節器,使系統運行過程中輸出的轉速值與給定電壓值相對應。ACR為電流調節器,其作用是為了保持電動機運行過程中的電樞電流值不超過設定的最大值,在本系統中,設定,AMAx=1.7A。

   根據雙閉環調速系統的構成要求,ASR、ACR兩個調節器都必須限幅輸出。本系統中采用的限幅電路如圖4所示。ASR的輸出限幅值設為Unm=4v。ACR的限幅值設為Uim=1 1.7V,圖中僅畫出了ASR調節器及限幅電路(ACR與ASR類似),D1、D2、R3、R4構成了限幅支路,T1、T2為射極跟隨器,可提高輸出電流,Cr、Rr為比例積分反饋支路,Cr=0.01μF、Rf=14.8kΩ。

4實驗調試

 圖4 ASR調節器及限幅輸出電路

本系統在制作完成后,進行了聯調,測試了系統的靜態特性和動態過程。實驗過程中,電動機的額定工作狀態定為Un=8.89V,n=1700r/min,IA=0.25A。實驗數據如表1、2所示,并繪出了相應的特性圖,如圖5、6所示。此系統用在偏振測量儀中作驅動控制,效果良好。

表1  啟動討程測試

          表2閉環靜特性測試

              

5結  論

   (1)直流力矩電動機在使用過程中與負載間可省去減速機構,使整個系統結構緊湊,在120~1700r/min之間輸出轉矩恒定,穩定性提高,1氐速時(120r/min左右),穩速效果仍然較好。

   (2)TL494直接輸出PWM脈沖來控制IG B T的通斷,以實現斬波調壓,調節簡便,性能可靠。

   (3)雙閉環控制回路改善了電動機的運行性能,使電動機具有截止特性,有效保護了電動機,避免電樞電流過大而引起去磁。

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