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    以TL494為“引擎”的直流電機調速系統

    2014-11-10 10:08 來源:電子信息網 作者:娣霧兒

    由于直流電機具有良好的制動、調速性能,因此廣泛應用在航天、工業等領域。隨著電力電子先進技術的發展,脈寬調制(PWM)調速成為直流電機常用的調速方法,具有調速精度高、響應速度快、調速范圍寬和功耗低等優點。而以H橋電路作為驅動器的功率電路,更便于實現直流電機的四象限運行,包括正轉、正轉制動、反轉、反轉制動,應用在現代直流電機伺服系統中。

    直流電機PWM調速控制原理

    眾所周知,直流電動機轉速公式為:n=(U-IR)/Kφ

    其中U為電樞端電壓,I為電樞電流,R為電樞電路總電阻,φ為每極磁通量,K為電動機結構參數。

    直流電機轉速控制可分為勵磁控制法與電樞電壓控制法。勵磁控制法用得很少,大多數應用場合都使用電樞電壓控制法。隨著電力電子技術的進步,改變電樞電壓可通過多種途徑實現,其中脈沖寬度調制 (PWM)便是常用的改變電樞電壓的一種調速方法。其方法是通過改變電機電樞電壓接通時間與通電周期的比值(即占空比)來調整直流電機的電樞電壓U,從而控制電機速度。

    PWM的核心部件是電壓-脈寬變換器,其作用是根據控制指令信號對脈沖寬度進行調制,以便用寬度隨指令變化的脈沖信號去控制大功率晶體管的導通時間,實現對電樞繞組兩端電壓的控制。

    電壓-脈寬變換器結構如圖1所示,由三角波發生器、加法器和比較器組成。三角波發生器用于產生一定頻率的三角波UT,該三角波經加法器與輸入的指令信號UI相加,產生信號UI+UT,然后送入比較器。比較器是一個工作在開環狀態下的運算放大器,具有極高的開環增益及限幅開關特性。兩個輸入端的信號差的微弱變化,會使比較器輸出對應的開關信號。一般情況下,比較器負輸入端接地,信號UI+UT從正端輸入。當UI+UT>0時,比較器輸出滿幅度的正電平;當UI+UT<0時,比較器輸出滿幅度的負電平。

    TL494-1

    電壓-脈寬變換器對信號波形的調制過程如圖2所示。由于比較器的限幅特性,輸出信號US的幅度不變,但脈沖寬度隨UI的變化而變化,US的頻率由三角波的頻率所決定。

    當指令信號UI=0時,輸出信號US為正負脈沖寬度相等的矩形脈沖。

    當UI>0時,US的正脈寬大于負脈寬。

    當UI<0時,US的正脈寬小于負脈寬。

    當UI≥UTPP/2時(UTPP是三角波的峰值),US為一正直流信號;當UI≤UTPP/2時,US為一負直流信號。

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    電機 TL494

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