由于直流電機(jī)具有良好的制動(dòng)、調(diào)速性能，因此廣泛應(yīng)用在航天、工業(yè)等領(lǐng)域。隨著電力電子先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，脈寬調(diào)制(PWM)調(diào)速成為直流電機(jī)常用的調(diào)速方法，具有調(diào)速精度高、響應(yīng)速度快、調(diào)速范圍寬和功耗低等優(yōu)點(diǎn)。而以H橋電路作為驅(qū)動(dòng)器的功率電路，更便于實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的四象限運(yùn)行，包括正轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)制動(dòng)，應(yīng)用在現(xiàn)代直流電機(jī)伺服系統(tǒng)中。
直流電機(jī)PWM調(diào)速控制原理
眾所周知，直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式為：n=(U-IR)/Kφ
其中U為電樞端電壓，I為電樞電流，R為電樞電路總電阻，φ為每極磁通量，K為電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)。
直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制可分為勵(lì)磁控制法與電樞電壓控制法。勵(lì)磁控制法用得很少，大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合都使用電樞電壓控制法。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步，改變電樞電壓可通過多種途徑實(shí)現(xiàn)，其中脈沖寬度調(diào)制 (PWM)便是常用的改變電樞電壓的一種調(diào)速方法。其方法是通過改變電機(jī)電樞電壓接通時(shí)間與通電周期的比值(即占空比)來調(diào)整直流電機(jī)的電樞電壓U，從而控制電機(jī)速度。
PWM的核心部件是電壓-脈寬變換器，其作用是根據(jù)控制指令信號(hào)對(duì)脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制，以便用寬度隨指令變化的脈沖信號(hào)去控制大功率晶體管的導(dǎo)通時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)電樞繞組兩端電壓的控制。
電壓-脈寬變換器結(jié)構(gòu)如圖1所示，由三角波發(fā)生器、加法器和比較器組成。三角波發(fā)生器用于產(chǎn)生一定頻率的三角波UT，該三角波經(jīng)加法器與輸入的指令信號(hào)UI相加，產(chǎn)生信號(hào)UI+UT，然后送入比較器。比較器是一個(gè)工作在開環(huán)狀態(tài)下的運(yùn)算放大器，具有極高的開環(huán)增益及限幅開關(guān)特性。兩個(gè)輸入端的信號(hào)差的微弱變化，會(huì)使比較器輸出對(duì)應(yīng)的開關(guān)信號(hào)。一般情況下，比較器負(fù)輸入端接地，信號(hào)UI+UT從正端輸入。當(dāng)UI+UT>0時(shí)，比較器輸出滿幅度的正電平；當(dāng)UI+UT<0時(shí)，比較器輸出滿幅度的負(fù)電平。
電壓-脈寬變換器對(duì)信號(hào)波形的調(diào)制過程如圖2所示。由于比較器的限幅特性，輸出信號(hào)US的幅度不變，但脈沖寬度隨UI的變化而變化，US的頻率由三角波的頻率所決定。
當(dāng)指令信號(hào)UI=0時(shí)，輸出信號(hào)US為正負(fù)脈沖寬度相等的矩形脈沖。
當(dāng)UI>0時(shí)，US的正脈寬大于負(fù)脈寬。
當(dāng)UI<0時(shí)，US的正脈寬小于負(fù)脈寬。
當(dāng)UI≥UTPP/2時(shí)(UTPP是三角波的峰值)，US為一正直流信號(hào);當(dāng)UI≤UTPP/2時(shí)，US為一負(fù)直流信號(hào)。
