直流電機(jī)PWM調(diào)速直流電機(jī)PWM調(diào)速1脈沖寬度調(diào)制-PulseWidthModulation利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)應(yīng)用：測(cè)量、通信、功率控制與變換脈沖寬度調(diào)制-PulseWidthModulatio2PWMPWM3PWMPWM4PWM變換器和PWM-M系統(tǒng)開環(huán)機(jī)械特性脈寬調(diào)制原理脈沖寬度調(diào)制（PWM）是通過(guò)功率管的開關(guān)作用，將恒定直流電壓轉(zhuǎn)換成頻率一定，寬度可調(diào)的方波脈沖電壓，通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖電壓的寬度而改變輸出電壓平均值的一種功率變換技術(shù)。由脈寬調(diào)制器向電機(jī)供電的系統(tǒng)稱為脈寬調(diào)速系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱PWM-M調(diào)速系統(tǒng)。圖3-1PWM-M調(diào)速系統(tǒng)(a)系統(tǒng)原理圖

(b)輸出電壓波形PWM變換器和PWM-M系統(tǒng)開環(huán)機(jī)械特性圖3-1PWM-56假定VT先導(dǎo)通ton，這期間電源電壓全部加到電樞上，然后關(guān)斷toff，電樞失去電源，經(jīng)VD續(xù)流。如此周而復(fù)始，則電樞端電壓波形如圖3-1(b)所示。電機(jī)電樞端電壓的平均值為：

為PWM的占空比。改變可調(diào)壓，實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速。改變占空比的方法6假定VT先導(dǎo)通ton，這期間電源電壓全部加到電樞上，然后關(guān)7

二、脈寬調(diào)制變換器

PWM變換器分：不可逆和可逆兩類?？赡孀儞Q器分：雙極式、單極式和受限單極式多種。

（一）不可逆PWM變換器

1、無(wú)制動(dòng)作用的PWM變換器（1）電路組成圖3-2所示為變換器的主電路原理圖。采用全控型的GTR代替半控型的晶閘管，電源電壓Us為不可控整流電源，采用大電容C濾波，VD在VT關(guān)斷時(shí)為電樞提供續(xù)流回路。7二、脈寬調(diào)制變換器8

改變（0≤（2）工作原理VT的基極由脈寬可調(diào)的電壓Ub驅(qū)動(dòng)。在一個(gè)周期內(nèi)，當(dāng)0≤t<t0n時(shí)，Ub為正，VT飽和導(dǎo)通，Us通過(guò)VT加到電樞端。t0n≤t<T時(shí)，Ub為負(fù)，VT截止，電樞失去電源，經(jīng)VD續(xù)流。電機(jī)得到的平均端電壓為：

(a)原理圖(b)電壓和電流波形89

圖3-2（b）中繪出了電樞的脈沖端電壓ud、平均電壓Ud和電樞電流id的波形。id

是脈動(dòng)的。因開關(guān)頻率較高，電流脈動(dòng)幅值不會(huì)很大，影響到轉(zhuǎn)速n和反電動(dòng)勢(shì)E的波動(dòng)就更小了。電壓平衡方程機(jī)械特性方程

調(diào)速系統(tǒng)的空載轉(zhuǎn)速，與占空比成正比；

負(fù)載電流造成的轉(zhuǎn)速降。9圖3-2（b）中繪出了電樞的脈沖端電壓ud、平均電壓Ud2、有制動(dòng)作用的PWM變換器（1）電路組成需制動(dòng)時(shí)須有反向電流-id的通路，應(yīng)設(shè)置控制反向的第二個(gè)電力晶體管，形成VT1和VT2交替開關(guān)的電路，如圖（a）所示。電路由VT1和VT2，VD1和VD2組成。VT1是主管，起控制作用；VT2是輔助管，構(gòu)成電機(jī)的制動(dòng)電路。2、有制動(dòng)作用的PWM變換器10（2）工作原理VT1和VT2的驅(qū)動(dòng)電壓Ub1=-Ub2，電動(dòng)運(yùn)行時(shí)，正脈沖比負(fù)脈沖寬，平均電流為正值，一個(gè)周期內(nèi)分兩段變化。在0≤t<ton期間，Ub1

為正，VT1飽和導(dǎo)通；Ub2為負(fù)，VT2截止。Us加到電樞兩端，電流id

沿圖中的回路1流通。有在ton≤t<T期間，Ub1和Ub2都變極性，VT1截止，但VT2卻不能導(dǎo)通，因id沿回路2經(jīng)VD2續(xù)流，在VD2兩端產(chǎn)生的壓降給VT2施加了反壓。實(shí)際上是VT1、VD2交替導(dǎo)通，而VT2始終不通，其電壓和電流波形如圖3-3（b）所示。此時(shí)，有（2）工作原理在ton≤t<T期間，Ub1和Ub2都變極性11

如在電動(dòng)運(yùn)行中要降低轉(zhuǎn)速，則應(yīng)使Ub1的正脈沖變窄，負(fù)脈沖變寬，從而使Ud降低，由于慣性作用，轉(zhuǎn)速和反電勢(shì)還來(lái)不及變化，造成E>Ud。這時(shí)希望VT2能發(fā)揮作用。制動(dòng)過(guò)程分析：①在ton≤t<T階段。由于Ub2變正，VT2導(dǎo)通，E-Ud產(chǎn)生反向電流-id沿回路3通過(guò)VT2流通，產(chǎn)生能耗制動(dòng)，直到t=T止。②在T≤t<T+ton階段。VT2截止，-id沿回路4通過(guò)VD1續(xù)流，對(duì)電源回饋制動(dòng)，同時(shí)在VD1上的壓降使VT1不能導(dǎo)通。③結(jié)論：在整個(gè)制動(dòng)狀態(tài)中，VT2、VD1輪流導(dǎo)通，而VT1始終截止，電壓和電流波形示于圖3-3（c）。反向電流的制動(dòng)作用使電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，直到新的穩(wěn)態(tài)。如在電動(dòng)運(yùn)行中要降低轉(zhuǎn)速，則應(yīng)使Ub1的正脈沖變窄，12（二）可逆PWM變換器其主電路結(jié)構(gòu)有H型，T型等，常用H型變換器，它由4個(gè)電力晶體管和4個(gè)續(xù)流二極管組成橋式電路。在控制方式上分雙極式、單極式和受限單極式三種。著重分析雙極式H型PWM變換器，然后再簡(jiǎn)要說(shuō)明其它方式的特點(diǎn)。1、雙極式可逆PWM變換器（1）構(gòu)成特點(diǎn)4個(gè)VT的基極驅(qū)動(dòng)分兩組。VTl和VT4同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷，驅(qū)動(dòng)電壓Ub1=Ub4；VT2和VT3同時(shí)動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)電壓Ub2=Ub3=-Ub1。波形于圖3-5。（二）可逆PWM變換器（1）構(gòu)成特點(diǎn)1314（2）工作原理①當(dāng)0≤t<ton時(shí)，Ub1和Ub4為正，晶體管VT1和VT4飽和導(dǎo)通，而Ub2和Ub3為負(fù)，VT2和VT3截止。這時(shí)+Us加在電樞AB兩端，UAB=US，電樞電流id沿回路1流通。②當(dāng)ton≤t<T

時(shí)，Ub1和Ub4變負(fù)，VT1和VT4截止；Ub2、Ub3變正，但VT2、VT3并不能立即導(dǎo)通，因在電樞電感釋放儲(chǔ)能的作用下，id沿回路2經(jīng)VD2，VD3續(xù)流，VD2、VD3上的壓降使VT2和VT3的c-e端承受反壓，這時(shí)UAB=-US。UAB在一個(gè)周期內(nèi)正負(fù)相間，雙極式PWM變換器的特征，其電壓、電流波形示于圖3-5。14（2）工作原理1515③UAB的正、負(fù)變化，使電流存在兩種情況，如圖3-5中的id1和id2。id1相當(dāng)于負(fù)載較重情況，平均電流大，在續(xù)流階段電流仍維持正方向，電機(jī)始終工作在電動(dòng)狀態(tài)。id2相當(dāng)于負(fù)載很輕的情況，平均電流小，在續(xù)流階段電流很快衰減到零，于是VT2和VT3的c-e兩端失去反壓，在(-Us)和電樞反電勢(shì)的合成作用下導(dǎo)通，電樞電流反向，沿回路3流通，電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)。同理，在0≤t<ton期間，負(fù)載輕時(shí)，電流也有一次倒向。③UAB的正、負(fù)變化，使電流存在兩種情況，如圖3-5中的id1617④結(jié)論：雙極式可逆PWM變換器的電流波形和不可逆但有制動(dòng)電流通路的PWM變換器差不多。怎樣才能反映出“可逆”的作用呢？這要視正、負(fù)脈沖電壓的寬窄而定。當(dāng)正脈沖較寬時(shí)，to