低成本直流伺服電機調速系統的設計
李紀剛，徐鵬云
(河北農業大學，河北保定071001)
中凰分類號：tm383．4+l 文獻標識碼：e
文章編號：1004-7018(2008)07—0060—02
作為能方便進行無級調速且有著良好調速特性的有刷直流電動機，20世紀80年代起隨著科技的進步，交流調速(變頻)、元刷直流電動機迅速發展，有逐漸取代有刷直流調速之趨勢。但是由于有刷直流調速有其獨特的優良性能，直到現在尚未被全部取代。有刷直流電動機調速范圍寬，很容易做到l：20(例如：60～1 200 r／min)；調速特陛硬，成本低(電機、電路)。其缺點是電刷需經常更換，維護較為麻煩。有刷直流調速電動機又分為普通直流電動機和伺服電動機。直流伺服系統廣泛應用于軋鋼、造紙機、金屬切削機床等許多領域的自動控制系統中，它能在較大范圍內實現精度、速度和位置控制。所以要求系統性能高的場合都廣泛地使用直流伺服系統。因此，設計成本低、性能可靠的直流伺服系統仍然很重要。
1調壓調速原理
直流電動機的速度與加在電樞上的端電壓uo成正比。
端電壓的計算公式如下：
關管導通時間與周期的比值。α的變化范圍為o≤α≤1。由此式可知，當電源電壓uv不變的情況下，電樞端電壓uo的平均值取決于占空比α的大小，改變α值就可以改變端電壓的平均值，從而達到調速目的。
2直流伺服電動機驅動電路
直流伺服電動機驅動電路有兩種基本形式：其一為使用品閘管構成移相調壓；其二為使用大功率管，可以是雙極型三極管，可以是功率場效應管，也可以是igbt管(輸入端為mos而輸出端是雙極型管)。本系統使用的是第一種。
該電路由以下五部分組成。
2.1整流電路
整流電路如圖2所示。一條整流電路是由d8、d9、scrl、scr2組成的單相半控橋式可控整流(可自零到****無級調壓，這里是o～200v)，scrl及scr2是由來自“t”可變占空比的方波進行移相觸發的。
20 v、50 hz的交流電經整流橋整流時，若4個橋臂的元件均為二極管，則整流后的直流電壓應為220×o.9=198v，且無法調節。當然這種電源驅動直流伺服電機是不能調速的(這種電機的轉速是與其驅動電壓成正比的)。若將橋的2個橋臂的元件換為單相晶閘管即scr1和scr2后，當其控制投加上脈沖電壓時，就會隨著脈沖電壓的早晚改變晶閘管的導通狀態。當g不加脈沖則scr不導通，橋便不能整流，輸出電壓為o，電機停轉。若g在一個周期開始就加上脈沖，則scr將會在全周期內導通，這時相當于橋使用了4個二極管，電就能得到整流的****電壓198 v。如果我們設法控制scr的g極在一個周期內加脈沖的早晚，就能得到不同的整流輸出電壓。
如圖3所示。
當矩形脈沖的占空比變小時，scr導通角變小，此時輸出電壓變低(矩形波的占空比=脈寬／周期)。
另一條整流電路是由d11、d12、d8、d9(重復使用)來完成的。整流后得到的198 v直流脈動電壓再經r27、r28、r29三個電阻降壓和穩壓(圖2)得到20 v的穩壓脈動電壓用來供給scr移相脈沖的同步電壓，然后該脈動電壓再經濾波后得到較為純凈的直流用作控制電路的電源。
2.2移相脈沖
q3(pnp)管的基極接到未經濾波的20 v脈動電壓后在ic4的反同端產生一組鋸齒波。而ic4的同相端接入了控制直流電壓，這一電壓與反向端比較(ic4實際是一個電壓比較器)就可在ic4的輸入端產生一個與主整流器正弦波同步的可改變脈寬的觸發電壓。當同相端輸入電壓愈高時，輸出端輸出的脈寬越高，這就使scr較早導通。相反，同相端輸入電壓較低，輸出端輸出脈寬變窄，scr導通變晚，當然輸出主電壓將隨之發生改變，從而起到調速作用。電路工作原理如圖4所示。
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