晶體管PWM直流調速裝置的應用

霍淑蘭，李瑞福，金 重，蔡 丹

（1.中國科學院沈陽計算技術研究所有限公司，遼寧 沈陽 110168；2.中航工業沈陽黎明航空發動機 (集團)有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

坐標鏜床的位置精度要求較高，其工作臺要求以極低的速度移動，從而獲得精確的定位。但工作臺以極低的速度移動時，往往會出現爬行現象，這種爬行現象會破壞工件表面的質量。為了避免出現以上情況，對工作臺的電機驅動裝置提出了較高的要求。

晶體管PWM直流調速裝置因其具有頻率高、晶體管“結電容”小、電流脈動小及電源的功率因數高等特點，被廣泛應用于坐標鏜床的工作臺運行控制中。

一、晶體管PWM直流調速裝置的組成及工作原理

晶體管PWM直流調速系統，是由電流小閉環和速度大閉環組成的雙閉環速度調節系統，包括主電路、控制電路、驅動電路三部分。控制回路由速度調節器、電流調節器、三角波發生器、脈寬調制解調器組成。主回路由整流電路及晶體管PWM調制器組成。其部分設計框圖如圖1所示。

其工作原理是：電源單元為其他功能模塊提供+5V、-5V、+12V、-12V直流電源。速度調節器及電流調節器均采用比例積分調節器。兩者之間采用相互串聯的連接方式，速度調節器輸出作為電流調節器的輸入，電流調節器的輸出作為脈寬調制器的控制電壓，控制電壓與三角波發生器產生的三角波信號進行疊加，產生脈寬調制方波，此方波經過晶體管功放電路放大后直接驅動電機運行。

二、晶體管PWM直流調速裝置在坐標鏜床中的應用方案

晶體管PWM直流調速裝置具有功能強大、控制更可靠、結構更緊湊、維護保養簡單等優點。本案例中采用的直流電機額定直流輸出電壓0～110V，電流10～20A。

1.系統配置及電氣連接。

系統框圖如圖2所示。方案中，選用晶體管PWM直流調速裝置作為坐標鏜床的工作臺主電機的驅動器，調速器額定電流為20A，速度反饋采用測速發電機反饋形成速度閉環，輸出電壓非線性誤差不超過額定電壓的0.1%～0.5%，精度很高。同時，回路系統配有輸入電抗器、快速熔斷器以及直流電機的散熱風機的控制與保護回路。

由于設備內部連鎖較復雜，控制要求該系統電動機能夠可逆運行，邏輯控制環節采用西門子S7-200小型可編程序控制器來實現，工作臺速度通過外接電位器來設定。通過以上控制產品的結合，充分利用了成熟的高新技術使直流電動機的調速系統能在本質上得到極大改善，使坐標鏜床充分發揮了它高效穩定的加工能力，創造出較高的經濟效益。

2.參數調節。

晶體管PWM直流調速裝置設有6個可調電位器，分別為速度調節器比例放大倍數調節、速度調節器輸出限幅值調節、反饋電壓調節、電流正反饋調節、電流調節器輸出限幅值調節及給定電壓調節。

設備安裝就緒后，需要專業人員根據電機及負載具體情況對各電位器進行調整，設備才能正常運行。

在調試的過程中，加減速時間的調整對工作臺有很大影響，如果減速時間太長，會導致切換方向時工作臺不能及時停止而沖出限位，發生事故；但如果加減速時間太短，則換向時間太短，工作臺容易發生很大的聲響。

三、晶體管PWM直流調速裝置的有益效果及優點

1.采用在低轉速、小電流下的速度自適應技術和并聯限流技術而大大的加寬了調速范圍，采用直流伺服電動機調速范圍可超過1:1 000，可以用于精密數控機床進給控制系統上。

2.該裝置可與主電路共地運行，且只需一路控制電源，克服了常規驅動器裝置需要多路隔離電源的缺點。同時，可接受40～70Hz范圍內的電源頻率，而且具有抗電源干擾的性能。電樞控制裝置不受相序旋轉的影響。

3.該裝置是一種雙閉環邏輯無環流電樞可逆的調速系統，采用一個帶并聯限流環節的轉速調節器，轉速調節器是一個參數分別可調的PI調節器，轉速調節器的輸出通過限流電路直接驅動觸發電路，避免了由于電流內環而產生的延時。低速時，與轉速給定有關的反饋改變產生了良好的動態響應。

四、結語

用晶體管PWM直流調速裝置控制坐標鏜床的工作臺后，工作臺主傳動、進給傳動、啟制動及調速性能都很好，實踐證明該系統具有較高的性能價格比、參數調節方便、自身保護完備以及故障率低等優點，取得了良好的經濟效應。

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