1、1第第 48 48 讲讲项目项目7 7 典型调速系统典型调速系统任务任务18 18 典型直流调速系统典型直流调速系统情景情景3 SG17313 SG1731控制的伺服电机调速系统控制的伺服电机调速系统 教学目标教学目标 1 1、熟悉、熟悉SG1731SG1731芯片芯片 2 2、掌握、掌握SG1731SG1731控制的伺服电机调速系统控制的伺服电机调速系统 教学重点教学重点 SG1731SG1731芯片芯片 教学难点教学难点 SG1731SG1731控制的伺服电机调速系统控制的伺服电机调速系统 教学方法教学方法 探究式、演示、情境交融、启发互动式教学法探究式、演示、情境交融、启发互动式教学法教
2、学手段教学手段 多媒体教学、动画演示教学多媒体教学、动画演示教学作业布置作业布置 作业题作业题7-37-32教学过程：教学过程：项目项目7 7 典型调速系统典型调速系统任务任务18 18 典型直流调速系统典型直流调速系统情景情景3 SG17313 SG1731控制的伺服电机调速系统控制的伺服电机调速系统 PWMPWM控制系统已发展到控制电路集成化阶段。控制系统已发展到控制电路集成化阶段。下面介绍美国下面介绍美国Silicon generalSilicon general公司生产的新型公司生产的新型SG1731SG1731型型PWMPWM集集成电路构成的成电路构成的PWMPWM速度伺服系统。速度
3、伺服系统。1 1、SG1731SG1731芯片简介芯片简介 SG1731SG1731是直流电动机是直流电动机PWMPWM控制用单片控制用单片ICIC，也可用于液压，也可用于液压PWMPWM控制。控制。如图如图7-167-16所示。所示。3 SG1731SG1731芯片能实现两个象限的脉宽调制芯片能实现两个象限的脉宽调制，内置三角波发生器、，内置三角波发生器、误差运算放大器、比较器及桥式功放电路等。误差运算放大器、比较器及桥式功放电路等。它把一个直流电压与三角波叠加形成脉宽调制方波，加到桥它把一个直流电压与三角波叠加形成脉宽调制方波，加到桥式式功放电路上输出。功放电路上输出。其其PWMPWM比较
4、器外部可编程，其输出电路为带有续流二极管的全比较器外部可编程，其输出电路为带有续流二极管的全桥图腾柱（桥图腾柱（Totem PoleTotem Pole，TTLTTL推挽电路），与电平兼容的封锁端子推挽电路），与电平兼容的封锁端子在低电平时输出驱动器呈高阻状态。在低电平时输出驱动器呈高阻状态。图图7-16 SG17317-16 SG1731的管脚排列和内部结构原理图的管脚排列和内部结构原理图4 （1 1）管脚接法及其功能）管脚接法及其功能 1616、9 9脚接电源脚接电源UsUs（3.53.515V15V），用于芯片的控制电路。），用于芯片的控制电路。1414、1111脚接电源脚接电源UoUo
5、（2.52.522V22V），用于桥式功放电路。），用于桥式功放电路。比较器比较器A A1 1、A A2 2，双向恒流源及外接电容，双向恒流源及外接电容C C组成三角波发生器，组成三角波发生器，其振荡频率其振荡频率f f由由C C和外供正负参考电压和外供正负参考电压2u2u+、2u2u-（2 2脚和脚和7 7脚）决脚）决定：定：（u=2uu=2u+2u 2u）。）。A3A3为偏差放大器，为偏差放大器，3 3脚为正相输入端，脚为正相输入端，4 4脚为反相输入端，脚为反相输入端，5 5脚为输出端。脚为输出端。A4A4、A5A5为比较器，外加电压为比较器，外加电压UT UT、UT UT 为正负门槛电
6、压。为正负门槛电压。1515脚为关断控制端，输入端低电平时封锁。脚为关断控制端，输入端低电平时封锁。1010脚为芯片片基，脚为芯片片基，6 6脚外接电容后接地。脚外接电容后接地。5 （6 6）PTCPTC起动器起动器 图图3-22 3-22 用用PTCPTC起动的单相异步电动机起动的单相异步电动机 PTC PTC起动器又称半导体起动器，具有正温度系数的热敏电阻器起动器又称半导体起动器，具有正温度系数的热敏电阻器件，具有在陶瓷原料中掺入微量稀土元素烧结后制成的半导体晶件，具有在陶瓷原料中掺入微量稀土元素烧结后制成的半导体晶体结构。它具有体结构。它具有随温度的升高而电阻值增大随温度的升高而电阻值增
7、大的特点，有着无触点的特点，有着无触点开关的作用。开关的作用。PTC PTC元件与起动绕组串联，电机起动时，元件与起动绕组串联，电机起动时，PTCPTC元件的温度较低，元件的温度较低，电阻值较小，可近似为通路。电机起动电流很大（正常运转电流电阻值较小，可近似为通路。电机起动电流很大（正常运转电流的的5-75-7倍），倍），PTCPTC元件在大电流作用下温度升高达临界温度元件在大电流作用下温度升高达临界温度(约约100100o oC)C)，元件的电阻值增大至几十千欧，使电流难以通过，可近似，元件的电阻值增大至几十千欧，使电流难以通过，可近似为断路。此时，与之串联的起动绕组相当于断路，而运行绕组继
8、为断路。此时，与之串联的起动绕组相当于断路，而运行绕组继续使电动机正常运行。续使电动机正常运行。6 3 3、单相交流电动机的工作原理、单相交流电动机的工作原理 单相异步电动机的主绕组通入单相交流电，产生强弱和方向单相异步电动机的主绕组通入单相交流电，产生强弱和方向像正弦交流电作周期性变化的脉动磁场。像正弦交流电作周期性变化的脉动磁场。为使电动机能自动起动，定子铁心槽里嵌放两个绕组（主绕为使电动机能自动起动，定子铁心槽里嵌放两个绕组（主绕组和辅助绕组），辅助绕组与主绕组在定子铁心槽中相差组和辅助绕组），辅助绕组与主绕组在定子铁心槽中相差9090电角电角度。度。图图3-23 3-23 脉动磁场脉动
9、磁场 图图3-24 3-24 电容式电动机接线电容式电动机接线7 为使两相绕组中的电流有一个相位差，可在辅助绕组中串接为使两相绕组中的电流有一个相位差，可在辅助绕组中串接电容、电阻进行移相。电容、电阻进行移相。下面以辅助绕组串入电容的单相电动机为例，如图下面以辅助绕组串入电容的单相电动机为例，如图3-243-24所示。所示。辅助绕组辅助绕组WAWA与电容与电容C C串联后同主绕组串联后同主绕组WMWM并联，再接入电源。并联，再接入电源。电动机接通电源时，因辅助绕组电路为容性（电容量应足够电动机接通电源时，因辅助绕组电路为容性（电容量应足够大），故电流大），故电流i iA A超前电源电压一定角度
10、，而主绕组电路为感性，故超前电源电压一定角度，而主绕组电路为感性，故电流电流i iM M滞后电源电压一个角度。滞后电源电压一个角度。只要电容器选择适当，就能使只要电容器选择适当，就能使i iM M滞后滞后i iA A9090。相位差相位差9090的两个电流的两个电流i iM M和和i iA A分别通入空间相差分别通入空间相差9090电角度的两电角度的两个绕组，将产生一个旋转磁场个绕组，将产生一个旋转磁场。转子在该旋转磁场的作用下，获得起动转矩而旋转。转子在该旋转磁场的作用下，获得起动转矩而旋转。8图图3-25 3-25 单相电动机旋转磁场单相电动机旋转磁场 4 4、单相异步电动机的调速方法、单
11、相异步电动机的调速方法 （1 1）串电抗器调速）串电抗器调速 在电动机的电源线路中串联起分压作用的电抗器来调节电抗在电动机的电源线路中串联起分压作用的电抗器来调节电抗值，值，从而改变电动机两端的电压，达到调速目的。从而改变电动机两端的电压，达到调速目的。串电抗器调速结构简单、容易调整调速比，但耗材多、体积串电抗器调速结构简单、容易调整调速比，但耗材多、体积大。大。9 （2 2）SG1731SG1731芯片的功能芯片的功能 1 1）电源工作范围极宽，控制电源为）电源工作范围极宽，控制电源为3.53.515V15V，驱动电源，驱动电源为为2.52.522V22V。2 2）支持单、双电源：输出极可提
12、供）支持单、双电源：输出极可提供100mA100mA、32V32V的正、反向驱的正、反向驱动电流。动电流。3 3）三角波频率的可调范围：）三角波频率的可调范围：100100350kHz350kHz，三角波的峰一峰，三角波的峰一峰调调整范围为整范围为1 110V10V，振荡定时电容的取值范围为，振荡定时电容的取值范围为200pF200pF2.5F2.5F。4 4）误差放大器的转换速率高，典型值为）误差放大器的转换速率高，典型值为15V/s15V/s，单位增益，单位增益带带宽为宽为1MHz1MHz。5 5）有死区调节功能：误差为零时，调节）有死区调节功能：误差为零时，调节U UT T的大小，可在输
13、出的大小，可在输出端得到相位相差端得到相位相差180180o o的初始脉冲。的初始脉冲。6 6）有关断控制保护功能：管脚）有关断控制保护功能：管脚(15)(15)端低电平端低电平(TTL(TTL电平兼容电平兼容)作作用时，输出级晶体管就瞬时地被强制到截止状态。这种功能可用用时，输出级晶体管就瞬时地被强制到截止状态。这种功能可用来来对系统提供各种保护。对系统提供各种保护。10 2 2、SG1731SG1731组成的伺服电机调速系统组成的伺服电机调速系统 图图7-17 SG17317-17 SG1731组成的组成的PWMPWM伺服电机调速系统伺服电机调速系统 11 SG1731 SG1731的的1
14、212脚、脚、1313脚可输出脚可输出100mA100mA的电流，图中电流调节器的电流，图中电流调节器由由SG1731SG1731偏差放大器外接偏差放大器外接RCRC构成构成PIPI调节器。调节器。系统原理与双闭环直流调速系统类似。系统原理与双闭环直流调速系统类似。SM SM为为直流永磁伺服电机直流永磁伺服电机，精度高、响应快、调速范围宽、力，精度高、响应快、调速范围宽、力矩矩波动小、线性好、过载能力强，是自动控制系统和计算装置中广波动小、线性好、过载能力强，是自动控制系统和计算装置中广泛泛应用的一种执行元件。应用的一种执行元件。直流永磁式伺服电动机的供电电路是直流永磁式伺服电动机的供电电路是
15、4 4个双极晶体管（个双极晶体管（V1V1V4V4）构成构成H H型电路，型电路，4 4个二极管为续流，个二极管为续流，H H型电路由型电路由22V22V电源供电。电源供电。测速发电机测速发电机TGTG与与SMSM同轴联接，电位器同轴联接，电位器RPRP调节转速反馈电压调节转速反馈电压U Ufnfn，转速反馈信号与给定信号比较后由功放将差值放大引至芯片的转速反馈信号与给定信号比较后由功放将差值放大引至芯片的4 4脚。脚。SMSM的电流通过反相调节器引至的电流通过反相调节器引至3 3脚。脚。12 15V15V电源电压分别经电阻电源电压分别经电阻R R1 1、R R2 2、R R3 3和和R R4
16、 4、R R5 5、R R6 6分别产生分别产生2V2V+、2V2V和和U UT T。适当选择其阻值，可得所需电压值。适当选择其阻值，可得所需电压值。15V15V电源经电源经0.1F0.1F的电容器接地，是为的电容器接地，是为旁路从电源传入的干旁路从电源传入的干扰信号扰信号。当伺服电动机转速由于某种原因变化时，例如机械负载转矩当伺服电动机转速由于某种原因变化时，例如机械负载转矩增增加，导致电动机转速下降时，通过测速发电机检测出来的转速反加，导致电动机转速下降时，通过测速发电机检测出来的转速反馈馈电压电压U Ufnfn下降，使偏差放大器的偏差电压下降，使偏差放大器的偏差电压U U增加（增加（U=UU=Ugngn-U-Ufnfn），），从而偏差放大器的输出电压从而偏差放大器的输出电压u ugigi增大。增大。而而SMSM的电流通过反相调节器引至芯片的的电流通过反相调节器引至芯片的3 3脚的电压降低，使芯脚的电压降低，使芯片的输入偏差电压增大，经过片的输入偏差电压增大，经过SG1731SG1731内部电路使内部电路使A A端输出的端输出的PWMPWM电电压压脉宽增加，电机转速升高，直至接近要求。脉宽增加，电机转速升高，直至接近要求。13
