直流電機調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)原理

直流電機轉(zhuǎn)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(shù)應(yīng)用場合都使用電樞電壓控制法。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步，改變電樞電壓可通過多種途徑實現(xiàn)，其中脈沖寬度調(diào)制 (PWM)便是常用的改變電樞電壓的一種調(diào)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(diào)整直流電機的電樞電壓U，從而控制電機速度，下面就來給大家說說。

PWM的核心部件是電壓-脈寬變換器，其作用是根據(jù)控制指令信號對脈沖寬度進(jìn)行調(diào)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(dǎo)通時間，實現(xiàn)對電樞繞組兩端電壓的控制。

三角波發(fā)生器用于產(chǎn)生一定頻率的三角波UT，該三角波經(jīng)加法器與輸入的指令信號UI相加，產(chǎn)生信號UI+UT，然后送入比較器。比較器是一個工作在開環(huán)狀態(tài)下的運算放大器，具有極高的開環(huán)增益及限幅開關(guān)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(yīng)的開關(guān)信號。一般情況下，比較器負(fù)輸入端接地，信號UI+UT從正端輸入。當(dāng)UI+UT>0時，比較器輸出滿幅度的正電平;當(dāng)UI+UT0時，比較器輸出滿幅度的負(fù)電平。

電壓-脈寬變換器對信號波形的調(diào)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(dāng)指令信號UI=0時，輸出信號US為正負(fù)脈沖寬度相等的矩形脈沖,首先由單片機發(fā)出電機邏輯控制信號，主要包括電機運轉(zhuǎn)方向信號Dir，電機調(diào)速信號PWM及電機制動信號Brake，然后由TL494進(jìn)行脈寬調(diào)制，其輸出信號驅(qū)動H橋功率電路來驅(qū)動直流電機。其中H橋是由4個大功率增強型場效應(yīng)管構(gòu)成的，其作用是改變電機的轉(zhuǎn)向，并對驅(qū)動信號進(jìn)行放大。

在實現(xiàn)電機PWM控制的電路中，本系統(tǒng)選用TL494芯片，其內(nèi)部電路由基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路、振蕩電路、間歇期調(diào)整電路、兩個誤差放大器、脈寬調(diào)制比較器以及輸出電路等組成，TL494芯片廣泛應(yīng)用于單端正激雙管式、半橋式、全橋式開關(guān)電源。集成了全部的脈寬調(diào)制電路。片內(nèi)置線性鋸齒波振蕩器，外置振蕩元件僅兩個(一個電阻和一個電容)。內(nèi)置誤差放大器。內(nèi)止5V參考基準(zhǔn)電壓源。可調(diào)整死區(qū)時間。內(nèi)置功率晶體管可提供500mA的驅(qū)動能力。推或拉兩種輸出方式。