【文章內容簡介】 控整流器，如汞弧整流器和晶閘管整流裝置，產生可調的直流電壓。 （ 3）直流斬波器（脈寬調制變換器）。用恒定直流電源或不可控整流電源供電，利用直流斬波或脈寬調制的方法產生可調的直流平均電壓。 旋轉變流系統(tǒng)由交流發(fā)電機拖動直流電動機實現(xiàn)變流，由發(fā)電機給需要調速的直流電動機供電，調節(jié)發(fā)電機的勵磁電流即可改變其輸出電壓，從而調節(jié)電動機的轉速。改變勵磁電流的方向則輸出電壓的極性和電動機的轉向都隨著改變，所以 GM 系統(tǒng)的可逆運行是很容易實現(xiàn)的。該系統(tǒng)需要旋轉變流機組，至少包含兩臺與調速電動機容量相當?shù)男D電機，還要一臺勵磁發(fā)電機，設備多、體積大、費用高、效率低、維護不方便等缺點。且技術 落后，因此擱置不用。 廣東技術師范學院本科畢業(yè)設計（論文） 6 靜止可控整流器（簡稱 VM 系統(tǒng)） VM系統(tǒng)是當今直流調速系統(tǒng)的主要形式。它可以是單相、三相或更多相數(shù)，半波、全波、半控、全控等類型，可實現(xiàn)平滑調速。 VM 系統(tǒng)的缺點是晶閘管的單向導電性，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運行造成困難。它的另一個缺點是運行條件要求高，維護運行麻煩。最后，當系統(tǒng)處于低速運行時，系統(tǒng)的功率因數(shù)很低，并產生較大的諧波電流危害附近的用電設備。 圖 2 晶閘管－電動機調速系統(tǒng)原理框圖（ VM 系統(tǒng)） 直流斬波器又稱直流調壓器，是利用開關器件來實現(xiàn)通斷控制，將直流電源電壓斷續(xù)加到負載上，通過通、斷時間的變化來改變負載上的直流電壓平均值，將固定電壓的直流電源變成平均值可調的直流電源，亦稱直流－直流變換器。它具有效率高、體積小、重量輕、成本低等優(yōu)點，現(xiàn)廣泛應用于地鐵、電力機車、城市無軌電車以及電瓶搬運車等電力牽引設備的變速拖動中。 圖 3 為直流斬波器的原理電路和輸出電壓波型，圖中 VT 代表開關器件。當開關 VT接通時，電源電壓 U。加到電動機上；當 VT 斷開時，直流電源與電動機斷開，電動機電樞端電壓為零。如此反復，得電樞端電壓波形如圖 23（ b）所示。 （ a）原理圖 （ b）電壓波型 圖 3 直流斬波器原理電路及輸出電壓波型 采用晶閘管的直流斬波器基本原理與整流電路不同的是，在這里晶閘管不受相位控制，而是工作在開關狀態(tài)。當晶閘管被觸發(fā)導通時，電源電壓加到電動機上，當晶閘管關斷時，直流電源與電動機斷開，電動機經(jīng)二極管續(xù)流，兩端電壓接近于零。脈沖寬度 基于 H 橋驅動直流 電機的調速系統(tǒng)的電路設計 7 調制（ Pulse Width Modulation），簡稱 PWM。脈沖周期不變，只改變晶閘管的導通時間，即通過改變脈沖寬度來進行直流調速。 PWM 調速系統(tǒng)的優(yōu)點 與 VM系統(tǒng)相比， PWM 調速系統(tǒng)有下列優(yōu)點： （ 1）由于 PWM 調速系統(tǒng)的開關頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可以獲得脈動很小的直流電流，電樞電流容易連續(xù)，系統(tǒng)的低速運行平穩(wěn)，調速范圍較寬，可達 1：10000 左右。由于電流波形比 VM系統(tǒng)好，在相同的平均電流下，電動機的損耗和發(fā)熱都比較小。 （ 2）同樣由于開關頻率高，若與快速響應的電機相配合，系統(tǒng)可以獲得很寬的頻帶，因此快速響應性能好，動態(tài)抗擾能力強。 （ 3）由于電力電子器件只工作在開關狀態(tài)，主電路損耗較小， 裝置效率較高。 脈寬調速系統(tǒng)的主電路采用脈寬調制式變換器，簡稱 PWM 變換器。脈寬調速也可通過單片機控制繼電器的閉合來實現(xiàn)，但是驅動能力有限。目前，受到器件容量的限制， PWM直流調速系統(tǒng)只用于中、小功率的系統(tǒng)。 直流電機調速 PWM 信號形成原理 PWM 信號是由脈寬調制器（一個電壓 —— 脈沖變換裝置）生成的，常用的脈寬調制器有以下幾種：用鋸齒波或三角波作調制信號的脈寬調制器；用多諧振蕩器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組成的脈寬調制器；數(shù)字式脈寬調制器。這里簡要介紹一下用三角波作調制信號的脈寬調制器生成 PWM 波的方法。 脈寬調制器由恒頻率波形發(fā)生器和脈沖寬度調制電路組成。恒頻率波形發(fā)生器的作用就是產生頻率恒定的振蕩源作為比較的基準，如三角波。脈沖寬度調制電路，實際上就是電壓 /脈寬轉換電路 (簡稱 V/W 電路 )，是 PWM 信號的形成電路。調制產生 PWM 信號的工作原理如圖 4(a)所示。 廣東技術師范學院本科畢業(yè)設計（論文） 8 圖 4 調制產生 PWM 信號的工作原理 圖 4(a)是電壓比較器，輸入信號為圖 4(b)中的 Ui 。在電壓比較器的兩個輸入端輸入控制信號和三角波信號，則比較器的輸出將按以下規(guī)律變化： Ui Ud 時，輸出正的電壓 Ucc? ； Ui Ud? 時，輸出負的電壓 Udd? 。由此即可產生 PWM 脈沖信號。 直流電機電樞的 PWM 調壓調速原理 直流電機轉速 n 的表達式為式（ 26）： ??? K IRUn (26) 式中： U—— 電樞端電壓； I—— 電樞電流； R—— 電樞電路總電阻； ? —— 每極磁通量； K—— 電動機結構參數(shù)。 本設計采用電樞控制方法。對電動機的驅動離不開半導體功率器件。在對直流電動機電樞電壓的控制和驅動中，對半導體功率器件的使用可分為兩種方式：線形放大驅動方式和開關驅動方式。實際生活中，絕大多數(shù)直流電動機采用開關驅動方式 /開關驅動方式是使半導體功率器件工作在開關狀態(tài)，通過脈寬調制 PWM 來控制電動機電樞電壓，實現(xiàn)調速。 脈寬調制占空比調節(jié) 脈寬調制即 PWM 控制就是對脈沖寬度進行調制的技術，即通過對一系列的脈沖寬度進行調制，來等效地獲得所需波形。圖 25是利用開關管對直流電動機進行 PWM 調速控制原理圖和輸入輸出電壓波形。在圖 25(a)中，當開關管 MOSFET 的柵極輸入高電平時，開關管導通，直流電動機電樞繞組兩端有電壓 Us。 1t 秒后，柵極變?yōu)榈碗娖?，開關管截止，電動機電樞兩端電壓為 0。 2t 秒后，柵極輸入重新變?yōu)楦唠娖?，開關管的動作重復前面的過程。這樣，對應者輸入的電平高低，直流電動機電樞繞組兩端的電壓波形如圖25(b)所示。電動機的電樞繞組兩端的電壓平均值 0U 為式（ 27）： 基于 H 橋驅動直流 電機的調速系統(tǒng)的電路設計 9 SSS UUTtttUtU ???? ?? 12110 0 （ 27） 式中： ? —— 占空比， Tt1?? 。 圖 5 PWM 調速控制原理和電壓波形圖 占空比 8279SL1+5VIRQCLKA0CSRDWRD0D7CNTLSHIGTRESET1512 141311109876543210RL3RL2RL1RL0SL0SL2SL3A03B0 3驅動器P0WRRDALEINT183C5521KAT89S51表示了在一個周期 T里，開關管導通的時間與周期的比值。 8279SL1+5VIRQCLKA0CSRDWRD0D7CNTLSHIGTRESET1512 141311109876543210RL3RL2RL1RL0SL0SL2SL3A03B0 3驅動器P0WRRDALEINT183C5521KAT89S51的變化范圍為 8 2 7 9SL1+5VIRQC L KA0CSRDWRD 0 D 7C N T LS H I G TR E S E T1512 141311109876543210R L 3RL2RL1RL0S L 0SL2S L 3A03B 0 3驅動器P0WRRDP 2 . 6A L EINT18 3 C 5 5 21KAT89S51。可知，當電源電壓 8279SL1+5VIRQCLKA0CSRDWRD0D7CNTLSHIGTRESET1512 141311109876543210RL3RL2RL1RL0SL0SL2SL3A03B0 3驅動器P0WRRDALEINT183C5521KAT89S51不變的情況下，電樞的端電壓的平均值 8279SL1+5VIRQCLKA0CSRDWRD0D7CNTLSHIGTRESET1512 141311109876543210RL3RL2RL1RL0SL0SL2SL3A03B0 3驅動器P0WRRDALEINT183C5521KAT89S51取決于占空比 8279SL1+5VIRQCLKA0CSRDWRD0D7CNTLSHIGTRESET1512 141311109876543210RL3RL2RL1RL0SL0SL2SL3A03B0 3驅動器P0WRRDALEINT183C5521KAT89S51的大小，改變 8279SL1+5VIRQCLKA0CSRDWRD0D7CNTLSHIGTRESET1512 141311109876543210RL3RL2RL1RL0SL0SL2SL3A03B0 3驅動器P0WRRDALEINT183C5521KAT89S51的值就可以改變電樞兩端電壓的平均值，從而達到調速的目的 ，這就是 PWM 調速原理。 在 PWM 調速時，占空比 8279SL1+5VIRQCLKA0CSRDWRD0D7CNTLSHIGTRESET1512 141311109876543210RL3RL2RL1RL0SL0SL2SL3A03B0 3驅動器P0WRRDALEINT183C5521KAT89S51是一個重要的參數(shù)，以下三種方法都可以改變占空比的值。 （ 1）定寬調頻法。這種方法是保持 8279SL1+5VIRQC KA0CSRDWRD0D7CNTLSHIGTRESET1512 141311109876543210RL3RL2RL1RL0SL0SL2SL3A03B0 3驅動器P0WRRDALEINT183C5521KAT89S51不變，只改變 8279SL1+5VIRQCLKA0CSRDWRD0D7CNTLSHIGTRESET1512 141311109876543210RL3RL2RL1RL0SL0SL2SL3A03B0 3驅動器P0WRRDALEINT183C5521KAT89S51，這樣使周期 T(或頻率 )也隨之改變。 （ 2）調寬調頻法。這種方法是保持 8279SL1+5VIRQCLKA0CSRDWRD0D7CNTLSHIGTRESET1512 141311109876543210RL3RL2RL1RL0SL0SL2SL3A03B0 3驅動器P0WRRDALEINT183C5521KAT89S51不變，而改變 8279SL1+5VIRQCLKA0CSRDWRD0D7CNTLSHIGTRESET1512 141311109876543210RL3RL2RL1RL0SL0SL2SL3A03B0 3驅動器P0WRRDALEINT183C5521KAT89S51，這樣使周期 T(或頻率 )也隨之改變 。 （ 3）定頻調寬法。這種方法是使周期 T(或頻率 )保持不變，而同時改變 82 9SL1+5VIRQCLKA0CSRDWRD0D7CNTLSHIGTRESET1512 141311109876543210RL3RL2RL1RL0