大功率驱动电路精选PPT.ppt

《大功率驱动电路精选PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大功率驱动电路精选PPT.ppt（73页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、大功率驱动电路第1页，此课件共73页哦引言数字量输出通道数字量输出通道简称简称DO通道，它的任务是把计通道，它的任务是把计算机输出的微弱数字信号转换成能对生产过程进行控算机输出的微弱数字信号转换成能对生产过程进行控制的数字驱动信号。根据现场负荷的不同，如指示灯、制的数字驱动信号。根据现场负荷的不同，如指示灯、继电器、接触器、电机、阀门等，可以选用不同的功继电器、接触器、电机、阀门等，可以选用不同的功率放大器件构成不同的开关量驱动输出通道。常用的率放大器件构成不同的开关量驱动输出通道。常用的有三极管输出驱动电路、继电器输出驱动电路、晶闸有三极管输出驱动电路、继电器输出驱动电路、晶闸管输出驱动电路

2、、固态继电器输出驱动电路等。管输出驱动电路、固态继电器输出驱动电路等。第2页，此课件共73页哦 对于低压情况下的小电流开关量，用功率对于低压情况下的小电流开关量，用功率三极管就可作开关驱动组件，其输出电流就是输三极管就可作开关驱动组件，其输出电流就是输入电流与三极管增益的乘积。入电流与三极管增益的乘积。三极管驱动电路三极管驱动电路第3页，此课件共73页哦1.1.普通三极管驱动电路普通三极管驱动电路 当驱动电流只有十几当驱动电流只有十几 mA mA或几十或几十 mA mA时，只要采用一个普通的时，只要采用一个普通的功率三极管就能构成驱动电路，如图功率三极管就能构成驱动电路，如图 3-7-1 3-

3、7-1所示。所示。第4页，此课件共73页哦2.达林顿驱动电路达林顿驱动电路 当当驱驱动动电电流流需需要要达达到到几几百百毫毫安安时时，如如驱驱动动中中功功率率继继电电器器、电电磁磁开开关关等等装装置置，输输出出电电路路必必须须采采取取多多级级放放大大或或提提高高三三极极管管增增益益的的办办法法。达达林林顿顿阵阵列列驱驱动动器器是是由由多多对对两两个个三三极极管管组组成成的的达达林林顿顿复复合合管管构构成成，它它具具有有高高输输入入阻阻抗抗、高高增增益益、输输出出功功率率大大及及保保护护措措施施完完善善的的特特点点，同同时时多多对对复复合合管管也也非非常常适适用用于于计计算算机机控控制制系系统统

4、中中的的多多路路负荷。负荷。第5页，此课件共73页哦 图图3-7-2给出达林顿阵列驱动器给出达林顿阵列驱动器MC1416的结构的结构图与每对复合管的内部结构，图与每对复合管的内部结构，MC1416内含内含7对达对达林顿复合管，每个复合管的集电极电流可达林顿复合管，每个复合管的集电极电流可达500mA，截止时能承受，截止时能承受100V电压，其输入输出端电压，其输入输出端均有箝位二极管，输出箝位二极管均有箝位二极管，输出箝位二极管D2抑制高电位抑制高电位上发生的正向过冲，上发生的正向过冲，D1、D3可抑制低电平上的负可抑制低电平上的负向过冲。向过冲。第6页，此课件共73页哦第7页，此课件共73页

5、哦 图图 3-7-3 3-7-3为达林顿阵列驱动中的一路驱动电路，为达林顿阵列驱动中的一路驱动电路，当当CPUCPU数据线数据线D Di i 输出数字输出数字“0 0”即低电平时，经即低电平时，经74067406反相锁存器变为高电平，使达林顿复合管反相锁存器变为高电平，使达林顿复合管导通，产生的几百毫安集电极电流足以驱动负导通，产生的几百毫安集电极电流足以驱动负载线圈，而且利用复合管内的保护二极管构成载线圈，而且利用复合管内的保护二极管构成了负荷线圈断电时产生的反向电动势的泄流回了负荷线圈断电时产生的反向电动势的泄流回路。路。第8页，此课件共73页哦第9页，此课件共73页哦继电器驱动电路继电器

6、驱动电路电磁继电器主要由线圈、铁心、衔铁和触点电磁继电器主要由线圈、铁心、衔铁和触点等部件组成，简称为继电器，它分为电压继电器、等部件组成，简称为继电器，它分为电压继电器、电流继电器、中间继电器等几种类型。继电器方电流继电器、中间继电器等几种类型。继电器方式的开关量输出是一种最常用的输出方式，通过式的开关量输出是一种最常用的输出方式，通过弱电控制外界交流或直流的高电压、大电流设备。弱电控制外界交流或直流的高电压、大电流设备。第10页，此课件共73页哦图图3-7-4 3-7-4 继电器原理继电器原理第11页，此课件共73页哦 继电器驱动电路的设计要根据所用继电器继电器驱动电路的设计要根据所用继电

7、器线圈的吸合电压和电流而定，控制电流一定线圈的吸合电压和电流而定，控制电流一定要大于继电器的吸合电流才能使继电器可靠要大于继电器的吸合电流才能使继电器可靠地工作。地工作。第12页，此课件共73页哦 常常用用的的继继电电器器有有电电压压继继电电器器、电电流流继继电电器器、中中间间继继电电器器等等几几种种类类型型。由由于于继继电电器器线线圈圈需需要要一一定定的的电电流流才才能能动动作，所以必须采取措施加以驱动。作，所以必须采取措施加以驱动。继电器的驱动电路继电器的驱动电路n驱驱动动电电路路的的设设计计要要根根据据所所用用继继电电器器线线圈圈的的吸吸合合电电压压和和电电流流而而定定，一一定定要要大大

8、于于继继电电器器的的吸吸合合电电流流才才能能使使继继电电器可靠地工作。器可靠地工作。第13页，此课件共73页哦 图图3-7-5为经光耦隔离器的继电器输出驱动电路，为经光耦隔离器的继电器输出驱动电路，当当CPU数据线数据线Di输出数字输出数字“1”即高电平时，经即高电平时，经7406反反相驱动器变为低电平，光耦隔离器的发光二极管导通且相驱动器变为低电平，光耦隔离器的发光二极管导通且发光，使光敏三极管导通，继电器线圈发光，使光敏三极管导通，继电器线圈KA得电，动合触得电，动合触点闭合，从而驱动大型负荷设备。点闭合，从而驱动大型负荷设备。由于继电器线圈是电感性负载，当电路突然关断时，由于继电器线圈是

9、电感性负载，当电路突然关断时，会出现较高的电感性浪涌电压，为了保护驱动器件，应在会出现较高的电感性浪涌电压，为了保护驱动器件，应在继电器线圈两端并联一个阻尼二极管，为电感线圈提供一继电器线圈两端并联一个阻尼二极管，为电感线圈提供一个电流泄放回路。个电流泄放回路。第14页，此课件共73页哦第15页，此课件共73页哦晶闸管驱动电路晶闸管驱动电路n 晶晶闸闸管管又又称称可可控控硅硅（SCR），是是一一种种大大功功率率的的半半导导体体器器件件，具具有有用用小小功功率率控控制制大大功功率率、开开关关无无触触点点等等特特点点，在在交交直直流流电电机机调调速速系系统统、调功系统、随动系统中应用广泛。调功系统

10、、随动系统中应用广泛。第16页，此课件共73页哦 晶闸管是一个三端器件，其符号表示如图晶闸管是一个三端器件，其符号表示如图3-7-6所示，所示，（a）为单向晶闸管，有阳极）为单向晶闸管，有阳极A、阴极、阴极K、控制极（门极）、控制极（门极）G三个极。当阳、阴极之间加正压时，控制极与阴极两三个极。当阳、阴极之间加正压时，控制极与阴极两端也施加正压使控制极电流增大到触发电流值时，晶闸端也施加正压使控制极电流增大到触发电流值时，晶闸管由截止转为导通；只有在阳、阴极间施加反向电压或管由截止转为导通；只有在阳、阴极间施加反向电压或阳极电流减小到维持电流以下，晶闸管才由导通变为截阳极电流减小到维持电流以下

11、，晶闸管才由导通变为截止。单向晶闸管具有单向导电功能，在控制系统中多用止。单向晶闸管具有单向导电功能，在控制系统中多用于直流大电流场合，也可在交流系统中用于大功率整流于直流大电流场合，也可在交流系统中用于大功率整流回路。回路。第17页，此课件共73页哦图图3-7-63-7-6晶闸管的结构符号晶闸管的结构符号第18页，此课件共73页哦 双向晶闸管也叫三端双向可控硅，在结构上相当于两双向晶闸管也叫三端双向可控硅，在结构上相当于两个单向晶闸管的反向并联，但共享一个控制极，结构如图个单向晶闸管的反向并联，但共享一个控制极，结构如图（b）所示。当两个电极）所示。当两个电极T1、T2之间的电压大于之间的电

12、压大于1.5V时，时，不论极性如何，便可利用控制极不论极性如何，便可利用控制极G触发电流控制其导通。触发电流控制其导通。双向晶闸管具有双向导通功能，因此特别适用于交流大电双向晶闸管具有双向导通功能，因此特别适用于交流大电流场合。流场合。第19页，此课件共73页哦第20页，此课件共73页哦 晶闸管常用于高电压大电流的负载，不适宜与晶闸管常用于高电压大电流的负载，不适宜与CPU直接相连，在实际使用时要采用隔离措施。图直接相连，在实际使用时要采用隔离措施。图 3-7-7为经光耦隔离的双向晶闸管输出驱动电路，当为经光耦隔离的双向晶闸管输出驱动电路，当CPU数据线数据线Di 输出数字输出数字“1”时，经

13、时，经7406反相变为低电平，反相变为低电平，光耦二极管导通，使光敏晶闸管导通，导通电流再触光耦二极管导通，使光敏晶闸管导通，导通电流再触发双向晶闸管导通，从而驱动大型交流负荷设备发双向晶闸管导通，从而驱动大型交流负荷设备RL。第21页，此课件共73页哦固态继电器驱动电路固态继电器驱动电路 固态继电器固态继电器SSRSolidStateRelay是一种是一种新型的无触点开关的电子继电器，它利用电子技术实现了新型的无触点开关的电子继电器，它利用电子技术实现了控制回路与负载回路之间的电隔离和信号耦合，而且没有控制回路与负载回路之间的电隔离和信号耦合，而且没有任何可动部件或触点，却能实现电磁继电器的

14、功能，故称任何可动部件或触点，却能实现电磁继电器的功能，故称为固态继电器。它具有体积小、开关速度快、无机械噪声、为固态继电器。它具有体积小、开关速度快、无机械噪声、无抖动和回跳、寿命长等传统继电器无法比拟的优点，在无抖动和回跳、寿命长等传统继电器无法比拟的优点，在计算机控制系统中得到广泛的应用，大有取代电磁继电器计算机控制系统中得到广泛的应用，大有取代电磁继电器之势之势。第22页，此课件共73页哦 固态继电器固态继电器SSR是一个四端组件，有两个输入端、是一个四端组件，有两个输入端、两个输出端，其内部结构类似于图两个输出端，其内部结构类似于图3-7-7中的晶闸管输中的晶闸管输出驱动电路。图出驱

15、动电路。图3-7-8所示为其结构原理图，共由五部所示为其结构原理图，共由五部分组成。光耦隔离电路的作用是在输入与输出之间起分组成。光耦隔离电路的作用是在输入与输出之间起信号传递作用，同时使两端在电气上完全隔离；控制信号传递作用，同时使两端在电气上完全隔离；控制触发电路是为后级提供一个触发信号，使电子开关触发电路是为后级提供一个触发信号，使电子开关（三极管或晶闸管）能可靠地导通；电子开关电路用（三极管或晶闸管）能可靠地导通；电子开关电路用来接通或关断直流或交流负载电源；吸收保护电路的来接通或关断直流或交流负载电源；吸收保护电路的功能是为了防止电源的尖峰和浪涌对开关电路产生干功能是为了防止电源的尖

16、峰和浪涌对开关电路产生干扰造成开关的误动作或损害，一般由扰造成开关的误动作或损害，一般由RC串联网络和压串联网络和压敏电阻组成；零压检测电路是为交流型敏电阻组成；零压检测电路是为交流型SSR过零触发过零触发而设置的。而设置的。第23页，此课件共73页哦图图3-7-8 SSR3-7-8 SSR结构原理及符号结构原理及符号第24页，此课件共73页哦u SSR 的输入端与晶体管、的输入端与晶体管、TTL、CMOS 电路兼容，输电路兼容，输出端利用器件内的电子开关来接通和断开负载。工作时只要出端利用器件内的电子开关来接通和断开负载。工作时只要在输入端施加一定的弱电信号，就可以控制输出端大电流负在输入端

17、施加一定的弱电信号，就可以控制输出端大电流负载的通断。载的通断。SSR的输出端可以是直流也可以是交流，分别称为直流的输出端可以是直流也可以是交流，分别称为直流型型 SSR 和交流型和交流型 SSR。直流型。直流型 SSR 内部的开关组件为功率内部的开关组件为功率三极管，交流型三极管，交流型 SSR内部的开关组件为双向晶闸管。而交流内部的开关组件为双向晶闸管。而交流型型 SSR按控制触发方式不同又可分为过零型和移相型两种，按控制触发方式不同又可分为过零型和移相型两种，其中应用最广泛的是过零型。其中应用最广泛的是过零型。第25页，此课件共73页哦u过零型交流过零型交流 SSR是指当输入端加入控制信

18、号后，需等待是指当输入端加入控制信号后，需等待负载电源电压过零时，负载电源电压过零时，SSR才为导通状态；而断开控制信才为导通状态；而断开控制信号后，也要等待交流电压过零时，号后，也要等待交流电压过零时，SSR才为断开状态。移才为断开状态。移相型交流相型交流 SSR的断开条件同过零型交流的断开条件同过零型交流 SSR，但其导通条，但其导通条件简单，只要加入控制信号，不管负载电流相位如何，立件简单，只要加入控制信号，不管负载电流相位如何，立即导通。即导通。直流型直流型SSR的输入控制信号与输出完全同步。直流型的输入控制信号与输出完全同步。直流型 SSR 主要用于直流大功率控制。一般取输入电压为主

19、要用于直流大功率控制。一般取输入电压为 4 32 V，输入电流，输入电流510 mA。它的输出端为晶体管输出，。它的输出端为晶体管输出，输出工作电压为输出工作电压为 30 180 V。第26页，此课件共73页哦 交流型交流型 SSR 主要用于交流大功率控制。主要用于交流大功率控制。一般取输入电压为一般取输入电压为4.32V，输入电流小于，输入电流小于 500 mA。它的输出端为双向晶闸管，一般额。它的输出端为双向晶闸管，一般额定电流在定电流在1A 到几百到几百A范围内，电压多为范围内，电压多为380V或或 220 V。图。图3-7-9 为一种常用的固态继电器驱动为一种常用的固态继电器驱动电路，

20、当数据线电路，当数据线Di 输出数字输出数字“0”时，经时，经7406反相变为高电平，使反相变为高电平，使NPN型三极管导通型三极管导通,SSR输入端得电则输出端接通大型交流负荷设备输入端得电则输出端接通大型交流负荷设备RL。第27页，此课件共73页哦第28页，此课件共73页哦 非过零型导非过零型导通时间立即通时间立即导通导通过零型导通过零型导通时间时间过零型导通过零型导通时间时间关断时间相关断时间相同，在过零同，在过零时时交流电源波交流电源波形形控制信号控制信号SSR两端的电两端的电压在导通时为压在导通时为0。非过零型非过零型SSR，加上控制信号便导通，加上控制信号便导通交流交流SSR输出波

21、形如下图所示输出波形如下图所示第29页，此课件共73页哦 当然，在实际使用中，要特别注意固态继电器当然，在实际使用中，要特别注意固态继电器的过电流与过电压保护以及浪涌电流的承受等工程的过电流与过电压保护以及浪涌电流的承受等工程问题，在选用固态继电器的额定工作电流与额定工问题，在选用固态继电器的额定工作电流与额定工作电压时，一般要远大于实际负载的电流与电压，作电压时，一般要远大于实际负载的电流与电压，而且输出驱动电路中仍要考虑增加阻容吸收组件。而且输出驱动电路中仍要考虑增加阻容吸收组件。具体电路与参数请参考生产厂家有关手册。具体电路与参数请参考生产厂家有关手册。第30页，此课件共73页哦直流电动

22、机驱动接口电路直流电动机驱动接口电路电动机控制技术概述电动机控制技术概述电动机是被广泛应用的原动机电动机是被广泛应用的原动机电动机的控制要求越来越高电动机的控制要求越来越高：启、停、逆转快速，调速快、准。启、停、逆转快速，调速快、准。电动机控制器的发展电动机控制器的发展：电电机机控控制制元元件件经经历历了了从从交交流流放放大大器器到到磁磁放放大大器器、可可控控离离子子变变速速器器、可可控控硅硅、计计算算机控制。机控制。计计算算机机控控制制又又分分为为微微机机控控制制系系统统、单单片片机机控控制制装装置置和和专专用用控控制制板板卡卡等等，并并且采用了复杂的控制算法。且采用了复杂的控制算法。脉脉冲

23、冲宽宽度度调调制制技技术术，在在直直流流小小功功率率电电动动机机调调速速中中已已经经成成熟熟，在在直直流流中中、小小功功率率方方面面正正在在迅迅速速取取代代可可控控硅硅SCR直直流流调调速速系系统统，但但在在交交流流和和大大功功率率电电动动机机调调速速方方面尚属研究中。面尚属研究中。电电动动机机调调速速的的发发展展趋趋势势：微微型型化化、智智能能化化、一一体体化化，即即将将以以微微型型计计算算机机（单单片片机机）为核心的控制器做到电动机上。为核心的控制器做到电动机上。第31页，此课件共73页哦直流电动机驱动接口电路直流电动机驱动接口电路（1）本部分主要内容本部分主要内容1、小功率直流电动机调速

24、原理、小功率直流电动机调速原理2、开环脉冲宽度调速系统、开环脉冲宽度调速系统3、脉冲宽度调速系统设计、脉冲宽度调速系统设计4、闭环脉冲宽度调速系统、闭环脉冲宽度调速系统5、交流电动机控制接口技术、交流电动机控制接口技术第32页，此课件共73页哦直流电动机驱动接口电路直流电动机驱动接口电路（2）一一 小功率直流电动机调速原理小功率直流电动机调速原理脉冲脉冲宽度调制（宽度调制（Pulse Width Modulation）PWM原理原理小功率直流电动机小功率直流电动机由转子和定子组成由转子和定子组成，定子可以是磁极或励磁绕组。，定子可以是磁极或励磁绕组。其转速与加在转子电枢上的电压其转速与加在转子

25、电枢上的电压Ua有关有关，Ua转速转速V；所加电压极性改；所加电压极性改变，则电动机反转。变，则电动机反转。据此原理，据此原理，通过改变电动机电枢电压接通和断开的时间比（即占空比）来控制通过改变电动机电枢电压接通和断开的时间比（即占空比）来控制电动机的转速电动机的转速，这种方法就称为脉冲宽度调制，这种方法就称为脉冲宽度调制PWM。脉宽调制转速公式（平均转速）脉宽调制转速公式（平均转速）：Vd=Vmax*D Vd-电动机平均转速电动机平均转速 Vmax全通电时速度（最大）全通电时速度（最大）D=t1/T-占空比，占空比，t1是通电时间，是通电时间，T是脉宽周期。是脉宽周期。D1。Vd D，与单纯

26、的周期，与单纯的周期T无关无关 Vd与与D的关系如下页图所示的关系如下页图所示第33页，此课件共73页哦直流电动机驱动接口电路直流电动机驱动接口电路（3）定子绕组及产定子绕组及产生的磁场生的磁场转子转子电枢电枢第34页，此课件共73页哦直流电动机驱动接口电路直流电动机驱动接口电路（4）Vd与与D只是近似的线性关系，只是近似的线性关系，与单纯的周期与单纯的周期T无关无关（与步进电机的调速脉冲（与步进电机的调速脉冲不同，步进电机的转速与脉冲频率成正比）。在不同，步进电机的转速与脉冲频率成正比）。在D不变的情况下，不变的情况下，T越小，越小，电机转速越平稳。电机转速越平稳。第35页，此课件共73页哦

27、直流电动机驱动接口电路直流电动机驱动接口电路（5）二二 开环脉冲宽度调速系统开环脉冲宽度调速系统 1、开环脉冲宽度调速系统的组成、开环脉冲宽度调速系统的组成 由五部分组成：由五部分组成：（1）占空比）占空比D的的 设定设定 1）用电位器调节、）用电位器调节、2）用拨码开关、）用拨码开关、3）用数字键盘）用数字键盘 （2）脉冲宽度发生器）脉冲宽度发生器 软件编程软件编程 （3）驱动器）驱动器 TTL放大电路放大电路 （4）电子开关）电子开关 用晶体管、场效应管、可控硅、继电器用晶体管、场效应管、可控硅、继电器 （5）电动机）电动机第36页，此课件共73页哦直流电动机驱动接口电路直流电动机驱动接口

28、电路（6）2、电动机控制接口、电动机控制接口 上图中的第上图中的第3、4两部分即为接口部分。直流电机与微机的接口有以下两部分即为接口部分。直流电机与微机的接口有以下4种方法：种方法：（1）光电隔离器）光电隔离器+大功率场效应管大功率场效应管 适用于自己开发的系统，价格低适用于自己开发的系统，价格低 （2）固态继电器）固态继电器 适用于自己开发的系统，价格低适用于自己开发的系统，价格低 （3）专用接口芯片）专用接口芯片 如如L290、L291、L292等，价高、但可靠等，价高、但可靠 （4）专用接口板）专用接口板 如如7501、7502，主要用于，主要用于STD或或PC机系统机系统 如用单片机控

29、制，即可产生并输出调制脉冲，再加上如用单片机控制，即可产生并输出调制脉冲，再加上光电隔离器光电隔离器+大功率场大功率场效应管效应管，或者加上，或者加上固态继电器固态继电器就构成了就构成了接口部件和脉宽调速控制器。接口部件和脉宽调速控制器。第37页，此课件共73页哦直流电动机驱动接口电路直流电动机驱动接口电路（7）三三 脉冲宽度调速系统设计脉冲宽度调速系统设计 一、脉宽占空比设计一、脉宽占空比设计 由脉宽调制转速公式：由脉宽调制转速公式：Vd=Vmax*D 电动机平均转速电动机平均转速Vd、全通电时速度、全通电时速度 Vmax 已知已知，对于给定的平均转速，对于给定的平均转速Vd，便可计算出占空

30、比便可计算出占空比D。占空比占空比D=t1/T，t1是通电时间，是通电时间，t2是断电时间。是断电时间。脉宽周期脉宽周期T=t1+t2 1、软件计数法、软件计数法 设单位时间（设单位时间（t0）计一个数，则通电时间）计一个数，则通电时间t1计数计数N1=t1/t0，断电时间断电时间t2计数计数N2=t2/t0，在脉冲输出端，输出高电平计数，在脉冲输出端，输出高电平计数N1，输出低电平计数，输出低电平计数N2，并让，并让输出端如此循环输出即可。输出端如此循环输出即可。2、硬件计数法、硬件计数法 用硬件计数器计数，分别输出高电平和低电平，也如此循环输出即可。用硬件计数器计数，分别输出高电平和低电平

31、，也如此循环输出即可。第38页，此课件共73页哦直流电动机驱动接口电路直流电动机驱动接口电路（8）二、电动机转动控制原理二、电动机转动控制原理 正转：正转：SW1SW1、SW4SW4闭合闭合 反转：反转：SW2SW2、SW3SW3闭合闭合 刹车：刹车：SW2SW2、SW4SW4闭合闭合（或（或SW1SW1、SW3SW3闭合）闭合）滑行：滑行：SW1SW1、SW2SW2、SW3SW3、SW4 SW4全部断开全部断开 第39页，此课件共73页哦三、电动机控制接口电路三、电动机控制接口电路 控制数据控制数据运转运转状态状态开关状态开关状态PA1PA0SW1 SW2 SW3 SW410正转正转1001

32、01反转反转011011刹车刹车010100滑行滑行0000双向控制电动机工作状态真值表双向控制电动机工作状态真值表 PA0、PA1为为0时，时，SW1、SW3才才有可能导通有可能导通 SWx状态：状态：PA0、1为为1时导时导通，为通，为0时截止时截止 SWx用的是场效应管用的是场效应管PB0-PB7：设置脉冲宽度，：设置脉冲宽度，即方波的占空比即方波的占空比74LS125：四总线三态缓冲器：四总线三态缓冲器第40页，此课件共73页哦直流电动机驱动接口电路直流电动机驱动接口电路 四、控制系统的软件设计四、控制系统的软件设计1、流程图（右图）、流程图（右图）2、汇编程序、汇编程序 设定占空比设

33、定占空比（或转速）（或转速）通电时间通电时间断电时间断电时间第41页，此课件共73页哦直流电动机驱动接口电路直流电动机驱动接口电路（11）为了提高电动机脉冲宽度调速为了提高电动机脉冲宽度调速系统的精度，通常采用闭环脉冲系统的精度，通常采用闭环脉冲宽度调速系统。宽度调速系统。闭环系统是在开环系统的基础上增加闭环系统是在开环系统的基础上增加了电动机的速度检测回路了电动机的速度检测回路，意在将检，意在将检测到的速度与给定值比较，并由数测到的速度与给定值比较，并由数字调节器（字调节器（PID）进行调节。其原）进行调节。其原理框图如左图所示。理框图如左图所示。四四 闭环脉冲宽度调速系统闭环脉冲宽度调速系

34、统 第42页，此课件共73页哦直流电动机驱动接口电路直流电动机驱动接口电路（12）一、测速发电机一、测速发电机1、测速发电机的工作原理、测速发电机的工作原理测速发电机是一种将转子转速转换成电信号的装置。根据结构及工作原理的测速发电机是一种将转子转速转换成电信号的装置。根据结构及工作原理的不同，分为直流和交流测速发电机。不同，分为直流和交流测速发电机。测速发电机的工作原理测速发电机的工作原理：用被控制的电动机，带动测速发电机的转子在定子：用被控制的电动机，带动测速发电机的转子在定子所形成的磁场中旋转，转子绕组切割磁力线，便产生了感应电动势，即有电压。所形成的磁场中旋转，转子绕组切割磁力线，便产生

35、了感应电动势，即有电压。转速越高，电压越高。电压便与电动机的转速成正比，由此得到电动机的转速转速越高，电压越高。电压便与电动机的转速成正比，由此得到电动机的转速信息。信息。测速发电机的特点是分辨率较高，价格较低测速发电机的特点是分辨率较高，价格较低。第43页，此课件共73页哦直流电动机驱动接口电路直流电动机驱动接口电路（13）2、直流闭环脉冲宽度调速系统原理图、直流闭环脉冲宽度调速系统原理图第44页，此课件共73页哦直流电动机驱动接口电路直流电动机驱动接口电路（14）二、数字式转速传感器二、数字式转速传感器 数字式转速传感器，是把旋转轴的转速直接转换成数字量的一种装置。计数字式转速传感器，是把

36、旋转轴的转速直接转换成数字量的一种装置。计算机控制系统最常用的是码盘式转速传感器。算机控制系统最常用的是码盘式转速传感器。下图为增量式和绝对式码盘。下图为增量式和绝对式码盘。第45页，此课件共73页哦直流电动机驱动接口电路直流电动机驱动接口电路（15）1、增量式码盘的工作原理、增量式码盘的工作原理 增量式码盘的脉冲输入到计算机的计数器，其转速公式为：增量式码盘的脉冲输入到计算机的计数器，其转速公式为：nm=60*Nc/n/t1（转（转/分）分）式中：式中：nm-转速，单位为转速，单位为r/min Nc-在在t1时间内测得的脉冲数时间内测得的脉冲数 n-码盘上一周的缝隙数码盘上一周的缝隙数 t1

37、-测速时间，单位为秒测速时间，单位为秒Nc/n：为在为在t1时间内码盘转的总圈数时间内码盘转的总圈数第46页，此课件共73页哦直流电动机驱动接口电路直流电动机驱动接口电路（16）2、绝对式码盘的工作原理、绝对式码盘的工作原理 有数字的方格示透光，无数字的方格示不透光，透光的地方经光敏元件有数字的方格示透光，无数字的方格示不透光，透光的地方经光敏元件输出输出1，不透光的地方经光敏元件输出，不透光的地方经光敏元件输出0。每一个位圈需要一个光敏元件，每一个位圈需要一个光敏元件，8个位圈需要个位圈需要8个光敏元件，可以计数个光敏元件，可以计数256。8位光敏元件输出的数据，可以直接接到计算机的数字量输

38、入端口。每位光敏元件输出的数据，可以直接接到计算机的数字量输入端口。每隔一段时间读一次数据，隔一段时间读一次数据，两次的数据差除以码盘上的缝隙数，即为转的圈两次的数据差除以码盘上的缝隙数，即为转的圈数数。转速转速=两次的数据差两次的数据差/码盘上外圈的缝隙数码盘上外圈的缝隙数/时间时间111111111188888888123456789101112131415161718192022222222224444444441616161616转速仍然可以转速仍然可以用前面的公式，用前面的公式，Nc理解为数据理解为数据差差D0位圈位圈D1位圈位圈D2位圈位圈D3位圈位圈D4位圈位圈最外圈最外圈有数字

39、的格为透光有数字的格为透光总格数总格数第47页，此课件共73页哦直流电动机驱动接口电路直流电动机驱动接口电路（17）五五 交流电动机控制接口技术交流电动机控制接口技术 1、交流电动机的调速正在研究发展中、交流电动机的调速正在研究发展中 交流电动机的调速比较复杂，是一个非常活跃的领域，有待进一步研究和交流电动机的调速比较复杂，是一个非常活跃的领域，有待进一步研究和开发。此处作简单介绍。开发。此处作简单介绍。2、交流电动机调速的的特点、交流电动机调速的的特点 1）电流作正反两个方向流动；）电流作正反两个方向流动；2）电压较高（）电压较高（220V-380V）需要加光电）需要加光电隔离，常用交流固态

40、继电器。隔离，常用交流固态继电器。3、采用固态继电器与交流伺服电机的接口电路、采用固态继电器与交流伺服电机的接口电路第48页，此课件共73页哦直流电动机驱动接口电路直流电动机驱动接口电路（18）3、采用固态继电器与交流伺服电机的接口电路、采用固态继电器与交流伺服电机的接口电路 PC0=1，PC1=0，A相导相导通，电动机通，电动机正转正转。PC0=0，PC1=1，B相导通，相导通，电动机电动机反转反转。PC0=0，PC1=0，A相相与与B相均关闭，电动机相均关闭，电动机不不运转运转。R4与电容与电容C的作用的作用是消是消除伺服电机关断时的浪涌电压。除伺服电机关断时的浪涌电压。光敏电阻光敏电阻R

41、2和电阻和电阻R3的作的作用用是组成过零检测电路，是组成过零检测电路，产生双向触发脉冲。产生双向触发脉冲。第49页，此课件共73页哦步进电动机及驱动电路步进电动机及驱动电路概述概述-步进电机的特点及应用步进电机的特点及应用 步步进进电电机机运运转转精精度度高高 旋旋转转单单位位是是“步步”，一一步步的的最最小小转转角角可可以以小小到到0.36度度（最最大大转转角角达达到到90度度）。步步进进电电机机若若前前进进一一定定的的步步数数，然然后后再再后后退退相相同同的的步步数，则可精确的回到原来的位置。数，则可精确的回到原来的位置。步步进进电电机机启启、停停速速度度快快 能能够够在在“一一刹刹那那”

42、间间使使步步进进电电机机启启动动或或停停止止，在在快快速启停时不会失掉一步。一般转速为速启停时不会失掉一步。一般转速为200-1000步步/秒。秒。步步进进电电机机在在定定位位场场所所得得到到了了广广泛泛的的应应用用 如如：在在绘绘图图仪仪、打打印印机机、扫扫描描仪仪、复印机等设备及光学仪器中应用。其定位不需要位移传感器测定位置。复印机等设备及光学仪器中应用。其定位不需要位移传感器测定位置。本节内容本节内容1、步进电机工作原理、步进电机工作原理2、步进电机控制系统原理、步进电机控制系统原理3、步进电机与微机的接口及程序设计、步进电机与微机的接口及程序设计4、步进电机步数及速度的计算方法、步进电

43、机步数及速度的计算方法5、步进电机的变速控制、步进电机的变速控制第50页，此课件共73页哦步进电动机及驱动电路步进电动机及驱动电路（2）一一 步进电机的工作原理步进电机的工作原理 步步进进电电机机实实际际上上是是一一个个数数字字/角角度度转转换换器器。其其结结构构如如下下图图所所示示（是是一一个个三三相相步进电机）。步进电机）。1、结构、结构 1）定子）定子 是磁极，相对着的是是磁极，相对着的是 一对（一对（三相步进电机有三三相步进电机有三 对磁极对磁极），每个磁极外形），每个磁极外形 是均匀的是均匀的5个矩形小齿。个矩形小齿。2）转子）转子 转子上无线圈，外形是转子上无线圈，外形是 分布均匀

44、的分布均匀的40个矩形小齿个矩形小齿，相邻两齿的相邻两齿的夹角为夹角为9度度。第51页，此课件共73页哦步进电动机及驱动电路步进电动机及驱动电路（3）2、工作原理、工作原理 定定子子各各相相（AA、BB、CC）相相差差120度度依依次次单单独独通通电电，则则定定子子所所产产生生的的磁磁场场按按AA、BB、CC、AA、BB、顺序旋转。顺序旋转。转子旋转原理转子旋转原理 AA上上通通电电时时 为为了了构构成成闭闭合合的的磁磁力力线线、并并且且使使磁磁阻阻最最小小，转转子子上上的的齿齿要要与与定定子子AA上上的的齿齿对对齐齐。设转子与定子设转子与定子A相中间的齿相对的齿记为相中间的齿相对的齿记为0号

45、齿号齿。BB上上通通电电时时 为为了了构构成成闭闭合合的的磁磁力力线线、并并且且使使磁阻最小，转子上的齿也要与定子磁阻最小，转子上的齿也要与定子BB上的齿对齐。上的齿对齐。转转子子上上与与定定子子B相相中中间间应应该该对对齐齐的的齿齿号号为为120/9=13.33，不不是是整整数数，即即转转子子与与定定子子上上的的齿齿未未对对齐齐，则则磁磁阻阻大大，为为减减小小磁磁阻阻，转转子子要要旋旋转转。第第13、14号号齿齿距距离离B相相中中间间的的角角度度分分别别为为3和和6，因因此此13号号齿顺时针旋转齿顺时针旋转3与定子齿对齐。与定子齿对齐。第52页，此课件共73页哦步进电动机及驱动电路步进电动机

46、及驱动电路（4）CC相通电相通电 同样的道理，转子仍然顺时针旋转同样的道理，转子仍然顺时针旋转3。定子按定子按AB C A B 通电时，则转子按顺时针方向旋转。通电时，则转子按顺时针方向旋转。步距角步距角 每步的转角为每步的转角为3，即步距角为即步距角为3。通电一周的旋转角度通电一周的旋转角度 按照按照AB C A顺序顺序通电一周，则转子旋转通电一周，则转子旋转9。反转方法反转方法 若通电顺序反过来若通电顺序反过来，按按CB A C通电，通电，则转子旋转方向相反。则转子旋转方向相反。3、步距角、步距角Qs计算公式计算公式 Qs=360/(N*Zr)式中：式中：Zr为转子齿数；为转子齿数；N=M

47、c*C为通电一周的拍数，叫为通电一周的拍数，叫运行拍数运行拍数。其中其中Mc为绕组相数；为绕组相数；C为状态数，采用（单、双）三拍时为状态数，采用（单、双）三拍时C=1，采用（单、双），采用（单、双）六拍时六拍时C=2。如三相三拍，步距角为如三相三拍，步距角为3；三相六拍，步距角为；三相六拍，步距角为1.5。括号内为每转一圈括号内为每转一圈的步数的步数第53页，此课件共73页哦步进电动机及驱动电路步进电动机及驱动电路（5）二二 步进电机控制系统原理步进电机控制系统原理 典型的步进电机控制系统如下图所示，主要有三部分组成。典型的步进电机控制系统如下图所示，主要有三部分组成。步进控制器步进控制器由

48、缓冲寄存器、环形分配器、控制逻辑、正反控制门等组成。由缓冲寄存器、环形分配器、控制逻辑、正反控制门等组成。步进控制器步进控制器线路复杂、成本高。线路复杂、成本高。计算机控制系统计算机控制系统 用软件编程代替了步进控制器，可靠、成本低、控制方用软件编程代替了步进控制器，可靠、成本低、控制方便，应用广泛。便，应用广泛。第54页，此课件共73页哦步进电动机及驱动电路步进电动机及驱动电路（6）典型的典型的微机控制步进电机微机控制步进电机原理系统如下图所示原理系统如下图所示 计算机控制步进电机需要解决的问题：计算机控制步进电机需要解决的问题：1）脉冲序列的产生）脉冲序列的产生 2）方向控制）方向控制 3

49、）程序设计）程序设计第55页，此课件共73页哦步进电动机及驱动电路步进电动机及驱动电路（7）1、脉冲序列的生成、脉冲序列的生成 脉冲序列如右图所示脉冲序列如右图所示 1）脉冲周期的实现）脉冲周期的实现 脉冲周期脉冲周期=通电时间通电时间+断电时间。断电时间。通电时通电时，计算机输出高电平使开，计算机输出高电平使开 关闭合；关闭合；断电时断电时，计算机输出低电平使开关断开。，计算机输出低电平使开关断开。通电和断电时间的控制通电和断电时间的控制，可以用定时器，也可以用软件延时。，可以用定时器，也可以用软件延时。周期决定了步进电机的转速；占空比决定了功率周期决定了步进电机的转速；占空比决定了功率。2

50、）脉冲高度）脉冲高度 脉冲高度决定于元器件，对脉冲高度决定于元器件，对TTL电平为电平为0-5V，对，对CMOS电平一般为电平一般为0-10V。常常用的接口电路多为用的接口电路多为0-5V。第56页，此课件共73页哦步进电动机及驱动电路步进电动机及驱动电路（8）2、方向控制、方向控制 常用的步进电机有三相、四相、五相、六相。常用的步进电机有三相、四相、五相、六相。旋转方向与内部绕组的旋转方向与内部绕组的通电顺序通电顺序有关。以三相步进电机为例有关。以三相步进电机为例 三相步进电机有三种工作方式三相步进电机有三种工作方式：1）单三拍）单三拍，通电顺序为，通电顺序为 ABC 2）双三拍）双三拍，通