外文翻译译文-晶体管开关的直流电机调速控制

晶体管开关的直流电机调速控制JACKALLISONANDPAULVERGEZMEMBER,IRE摘要：直流电机由蓄电池或其他固定的电压源提供能量，变速操作通常是在电机电源中增加串联电阻来完成。在这种类型的控制，只有一部分的总能量被分配在电机做有用功。能量的平衡是由串联电阻转换成热能，并失去了。在本报告中提出的一种更为理想的速度控制方法是插入一个开关，而不是串联一个电阻在电动机的电源。在这里，在一定的时间间隔，开关将被打开和关闭，分别代表无限或零串联电阻。在任一状态下，该开关将不会出现电路的能量损失。电机转速随时间的变化而变化开关保持关闭状态。后者的系统具有的优点是，对于一个给定的速度设置，在任何串联电阻的压降下降，负载变化不会引起波动。在本报告中详细介绍了晶体管的开关电路是一个有效的开关速度控制电机的电源电流的方法。实验室模型，提供了非常令人满意的性能，设计控制24伏20安培，或约一个半马力的电动机。此评级可能会增加修改轻微的电路。电机控制的现状和建议一系列直流电机被用在变速操作和高起动转矩的应用中；在这些应用中，对直流电动机的速度控制提供了各种技术。每一种技术都是基于一个共同的原则通过控制电机的输入功率，调节电机的速度。一种控制串联电机速度的最常用的方法是用电动机串联可变电阻。这种方法是特别适用于由一个恒定的电压源提供的可用电源，如一个存储电池。电力供应是分电机和串联电阻之间，所产生的弊端，系统效率低的电阻功率损耗高。图1（a）说明了速度的关系，能量损失的串联电阻和电机能量与电机控制电机转速有关。串联电阻式电机的另一个缺点是，在电阻的电位下降的情况下会导致差速调节。图1（b）显示绕线电机由变阻器控制转速与负荷的典型曲线。图1基本速度控制电路的速度负载和能量分布一个速度控制更理想的方法涉及到一个周期性的开关插入串联变阻器使用的地方。开关的连续开闭调节输入到电机的变化，开关的关断位置提供了控制电机的速度。图2显示了该开关的关断时间和位置的时间关系，用于各种电机转速的设定。该系统的主要优点之一是有效利用可用的功率，当开关具有非常高的阻抗时，打开和关闭一个非常低阻抗。图3（a）表示当开关电路用于控制电动机的速度时，电动机速度、能量损失和能量供给的关系之间的关系。一个速度调节的系统，使用一个开关作为一个速度控制将比用电阻控制更好，因为在开关的电位下降的变化中有一个可以忽略不计负载电流变化。图3（b）为一个电机的速度调节曲线，它使用一个开关进行速度控制。图2脉冲宽度变化速度控制图图图3开关电路控制的速度负载和能量分布电路操作功率晶体管具有通断性能好、功耗损失低，目前大量生产的这些晶体管为了能够达到成千上万倍的功率的控制需求，可以设计一个晶体管开关电路，这将应用到前面所述的优点，控制一个串励直流电动机的转速。图4是该电路的框图。图4方框图这个系统被设计来控制一个峰值电流高达100A的20A，24V直流电机的速度。该电路的电源开关控制电源，提供足够的电流驱动功率开关。自动控制级控制在负载条件下的驱动级的功率电平，以便能够保持较高的系统效率。所需的通断循环运行的驱动级和占空比的控制（比例的时间占总时间）电源开关是由一个可变电阻控制的多谐振荡器。多谐振荡器也设有开关周期。图5速度控制系统的完整原理图图5是速度控制系统的完整原理图。整流器和一个电容器被放置在平行电机内，当他们切断了沉重的感应电机负载时，尽量减少损坏的功率晶体管的可能性，。如果整流器和电容器在电路中不存在，在电源开关阶段，当电流被中断时，在电动机绕组中感应的反向电压会出现高电压。在电源开关级的晶体管中出现的高电压可以很容易地达到击穿电压等级，并可能损坏晶体管。如果整流加在电路两端的电压，然后晶体管开关周期期间将被限制在电源电压。路径ABC或从图6（a）将开关周期中的功率晶体管的工作点，由晶体管所采取的路径依赖电源电压VCC1或VCC2，这是系统的应用。然而，电流在电源开关在操作周期的操作不能瞬间变化，由于有限的关断时间的晶体管和电机绕组的电感。因为在这个时候，通过晶体管的电流将几乎等于在上周期流动的高电流，该晶体管将在一个非常高的晶体管特性和功率晶体管的晶体管过热可能会发生。与整流器和电动机并联的电容器，可以减小对晶体管的损坏的可能性。该电容器的电压在关断周期时降低电源电压，从而使电流通过晶体管而下降，而不穿过晶体管的电压突然上升。特定的路线上的电压将取决于电源电压，VCC1或VCC2，对应于系统的电源电压。图6关掉轨迹感性负载该电路的电源开关阶段由四个平行2N514晶体管构成。四个这样的晶体管是必要的，因为目前的电机要求在启动或停止条件接近100安培。2N514晶体管能承载一个最大集电极电流绝对值为25安培；所以必须采取特殊的预防措施，以保证四功率开关晶体管之间电流等分。提供变化的VCE（SAT）的补偿方法，使用发射极电阻的作用是放大传输发射（YFE）。电阻的值是一个折中的效率和电流分布的并联晶体管。增加这个电阻值虽然降低了电路效率，但提供更好的集电极电流均衡。当晶体管在开关电路中使用时必须考虑的一个因素是，晶体管必须在饱和状态下重新饱和，同时处理大电流，以保持晶体管的功率损耗最小。作为饱和开关的晶体管的工作点的轨迹属于该晶体管的有源区内的一小部分的工作周期。在有源区的晶体管特性的线性晶体管操作时，发射器正向偏置和集电极结反向偏置。饱和晶体管仅在作用域的上下层次之间切换。处于开启位置时，该晶体管具有高集电极电流值（5-25AMPS）；然而，集电极-发射极电压VCE，是0.25伏的电压低。这表明，一个周期上只有少量的功率消耗在晶体管上。当晶体管处于关闭状态，集电极电流是一个非常小的值。因此，集电极-发射极的电压值等于在这一点上的电源电压，在关断周期消耗的功率是非常低的。当工作点在晶体管特性的有源区，两VCE和IC具有重要价值，所消耗的功率比的上下位置损耗的更大。因此，如果在晶体管的有源区外，如果上、下周期脱落，晶体管的平均功率将降至最低。如果一个饱和状态是在一个广泛的集电极电流的变化，基极电流IB保持，如果IB有足够的大小以使晶体管在饱和状态时大到足以容纳最大的预期值的IC与HFE.最低值，产生的电力损耗增加可能超过晶体管的额定功率。然而，如果IB是保持在一个相对应的最大预期值的IC值（最大值）/HFE（min），效率低时会导致驱动阶段时，IC中的值是必要的（对应于正常运行的电机）。应作出规定，允许在自动变化时，IBIC变化。这种变化已经在自动速度控制系统的自动驱动控制电路完成（见图7）。自动驱动控制阶段，通过控制Q6，Q7Q8，Q9实现，在VCE、Q6和功率开关晶体管的差异。如果平行2N514晶体管功率开关级不饱和在任何部分的循环操作，Q7的基极电压将成为负相对于它的发射极电压，和晶体管Q8和Q9将开始进行。这种导通会导致更多的基极电流流入电路的功率开关阶段，使其进入饱和阶段。图7自动驱动控制电路图8由集电极电压和电流波形的照片组成，用于在一个中间负载的电机速度的各种条件的电路的功率开关阶段的照片。图9是一个停滞状态下电机运行的照片在集电极电流和电源开关一个晶体管的电压波形，与自动控制阶段除去。图所示的波形显示瞬时功率消耗在晶体管在周期结束时是240瓦。如果这种高损耗是可以避免的自动驱动控制是必要的。图8集电极电流和电压波形图图9停滞状态的瞬时电流和电压该系统的切换动作是由一个多谐振荡器提供（Q10，Q11），使驱动级或饱和或完全关闭。因此，该系统的驱动级是在一个较低的功耗水平操作。电路元件的控制比和关闭的开关时间是50K欧姆的可变电阻在多谐振荡器。可变电阻的极端设置将导致开关动作停止，电源开关将是完全或关闭。中间设置将建立脉冲宽度，因此功率开关的时间百分比。振荡器的工作频率约100厘泊。结论与建议该系统在前一节中描述的定量控制.系列变阻器技术相比图10显示一组三个不同的设置的变阻器调速曲线和晶体管开关电路的等效设置三。系统所用的开关电路的调节曲线与系统中所用的电动机的调节曲线接近。图10恒流控制设定的速度与负荷图图11控制单元的输出功率与功率（速度=常数）图11是控制元件的三种不同速度的功率输出功率的比较。图12是一个在同一情况下的完整系统的输出功率的图。曲线表明，采用晶体管开关速度控制系统比采用一系列变阻器调速系统更有效。图12系统功率与功率（速度=常数）在本报告中，该电路的目的是用在24V的电压，并提供100A电流的方法。通过轻微的修改，该电路具有足够的灵活性，可以在一些应用程序中，可能需要降低或升高电压。电路的电流开关能力是有限的，仅由功率开关阶段的晶体管的数目和每个晶体管的最大电流承载能力决定。晶体管张力闭环控制T.E.DeVINEY摘要：随着电力半导体的介绍总结，它可以与机电设备来完成很多功能。使用静态组件来提高性能，减少维护的结果。本文所描述的张力和回路控制功能，是使用静态电路来实现的。简介这种控制设计为钢板焊接和卷线所示于图1，加工线的目的是焊接小线圈成为较大的线圈。使用三个大型直流驱动电机：第一电机驱动处理器；第二电机建立线速度；第三电机驱动上卷机，它没有焊接组合带。最大线速度为每分钟1200英尺，因为线速度很高，所以控制速度高的响应是必要的。该系统满足性能时需要加减速控制，对开卷机、夹送辊材料之间的张力调节，和一个夹送辊和上卷机之间的物质循环深度调节。对于这些控制，使用几个静态组件取代传统的机电设备。旨在利用晶体管静态电路提供所有必要的加速和减速的信号；单相可控硅整流桥和电磁放大器发射电路被设计用来作为一个可调电机励磁电源，和一个独特的光电回路来控制调节深度的物质循环。本文论述了系统设计、组件及其功能，以及在应用中遇到的问题。电路元件可控硅整流桥与发射电路可控硅整流器应用在一个可调直流场供应的电磁放大器的场所，是由于其反应