概述 直流電機脈沖寬度調(diào)制(PulseWidthModwtated-簡稱PWM)調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)生于70年代中期.最早用于不可逆、小功率驅(qū)動,例如自動跟蹤天文望遠(yuǎn)鏡、自動記錄儀表等。近十多年來,由于晶體管器件水平的提高及電路技術(shù)的發(fā)展,同時又因出現(xiàn)了寬調(diào)速永磁直流電機,它們之間的結(jié)合促使PWM技術(shù)的高速發(fā)展,并使電氣驅(qū)動技術(shù)推進到一個新的高度. 在國外,PWM最早是在軍事工業(yè)以及空間技術(shù)中應(yīng)用。它以優(yōu)越的性能,滿足那些高速度、高精度隨動跟蹤系統(tǒng)的需求。近八、九年來,進一步擴散到民用工業(yè),特別是在機床行業(yè)、自動生產(chǎn)線及機器人等領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。 可以這樣說,六十年代中期發(fā)展起來的晶體管OTL電路、OCL電路,特別是橋型無變壓器輸出的BTL電路,為PWM系統(tǒng)的發(fā)展奠定了電路基礎(chǔ),而各種先進的功率器件(如GTR,IGBT模塊等)及寬調(diào)速直流電機的出現(xiàn),更為PWM技術(shù)的應(yīng)用提供了良好的條件。PWM系統(tǒng)的特點(相對于SCR系統(tǒng)而言)1)開關(guān)損耗小,變流器效率高。2)系統(tǒng)主回路電源是經(jīng)過整流及大容量電容器慮波后供電,因而不會因電網(wǎng)電壓波形的失真而影響調(diào)節(jié)質(zhì)量。3)以1KHZ-8KHZ的高頻脈沖電流給電機的電樞供電,由于是感性負(fù)載,脈沖電流得以濾平,所以波系數(shù)小,電機發(fā)熱量小,可以減小機械變形,從而能提高工作機械的精度。也正是由于波形系數(shù)小,電機利用率高,從相同發(fā)熱量的角度考慮,PWM系統(tǒng)獲得可以比SCR系統(tǒng)高1.3-1.8倍的轉(zhuǎn)矩,因此PWM系統(tǒng)可以選用較小容量的電機.特別是工作在正反轉(zhuǎn)頻繁的伺服系統(tǒng)中,其優(yōu)點尤為突出。4)系統(tǒng)的響應(yīng)頻帶很寬,可達(dá)到100-200HZ以上。因此起制動非常快,而且超調(diào)量小,可以大大提高高沖擊率機械的生產(chǎn)效率。5)因系統(tǒng)采樣頻率高,頻帶寬,所以抗負(fù)載擾動的性能好,動態(tài)速度下降小,恢復(fù)時間快,因此動態(tài)硬度好,加工零件表面光潔度高。6)同樣由于采樣頻率高,避開了電機及傳動機械的共振點,所以運動平穩(wěn),這也是提高加工光潔度的一個有利因素。7)PWM系統(tǒng)很容易地實現(xiàn)四象限運行。當(dāng)用于2千瓦以下的電機時,在再生制動的情況下,再生的能量可儲存在功率電容器中,2千瓦以上的電機,再采用特殊電子線路,讓能量饋送到再生負(fù)載電阻上去,以加快制動過程,并防止電子元件因過壓而造成損壞。8)PWM系統(tǒng)調(diào)速范圍寬,最低速度可達(dá)到1轉(zhuǎn)/24小時。這特別適用于自動記錄系統(tǒng)。例如地震監(jiān)測站的地磁變化曲線的記錄等。而在機床伺服驅(qū)動系統(tǒng)中應(yīng)用時,1轉(zhuǎn)/分鐘即夠用。PWM系統(tǒng)的最低速度實際取決于速度調(diào)節(jié)器的零點飄移量、速度給定電壓的精度與分辯率、以及測速電機的紋波系數(shù)和電動機的波動力矩等。從PWM伺服單元本身看,其潛力是很大的。9)有于PWM本身性能的優(yōu)越,因此不必象SCR系統(tǒng)那樣,為了提高系統(tǒng)性能而費盡心機,添加了許多環(huán)節(jié),增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。例如各種濾波環(huán)節(jié)、電抗器之類的慣性環(huán)節(jié)、電流自適應(yīng)環(huán)節(jié)以及函數(shù)發(fā)生器環(huán)節(jié)等等。使驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加簡單可靠,調(diào)整于維護都十分方便。同時對個種參數(shù)不同的直流電機均有很好的適應(yīng)性。作為小結(jié),用表1列出PWM系統(tǒng)于SCR系統(tǒng)的主要性能對比。 參數(shù)項目 供電方式 晶體管PWM SCR 單相、三相全波 速 度環(huán) 有效出力電機額定輸出 95%以上 50%-60% 70%-85% 調(diào)節(jié)誤差 0．01-0．03% 0.4% 0.1% 無效時間 =0 10ms 3-5ms 頻率響應(yīng) 環(huán)行電機-100Hz小慣量電機-50Hz 10-30Hz 位置環(huán) 位置回路增益KP 環(huán)行電機-100s小慣量電機-500s 10-30s 主要性能特點1)采用新一代"IGBT"功率模塊和霍爾電流傳感器提高可靠性.2)完整的"板式盒"外形設(shè)計減少系統(tǒng)元件和故障排除時間.3)具有過壓,欠壓,超溫,過流,失速保護顯示電路.4)對高再生能量設(shè)計有旁路調(diào)節(jié)器可供用戶選用.5)可調(diào)峰值電流10%-250%,保證電機合理工作,同時使電機具有良好的動態(tài)性能.6)提供線性加/減速電路,可以將階躍速度指令轉(zhuǎn)換為滑坡輸出,此輸出應(yīng)用于控制器,可產(chǎn)生光滑的加/減速響應(yīng).7)提供±15VDC(50ma)基準(zhǔn)電源,可用于速度指令控制.