【文章內(nèi)容簡介】 控整流器，如汞弧整流器和晶閘管整流裝置，產(chǎn)生可調(diào)的直流電壓。 （ 3）直流斬波器（脈寬調(diào)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(diào)制的方法產(chǎn)生可調(diào)的直流平均電壓。 旋轉(zhuǎn)變流系統(tǒng)由交流發(fā)電機(jī)拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變流，由發(fā)電機(jī)給需要調(diào)速的直流電動(dòng)機(jī)供電，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流即可改變其輸出電壓，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。改變勵(lì)磁電流的方向則輸出電壓的極性和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向都隨著改變，所以 GM 系統(tǒng)的可逆運(yùn)行是很容易實(shí)現(xiàn)的。該系統(tǒng)需要旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，至少包含兩臺(tái)與調(diào)速電動(dòng)機(jī)容量相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)，還要一臺(tái)勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低、維護(hù)不方便等缺點(diǎn)。且技術(shù) 落后，因此擱置不用。 廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 靜止可控整流器（簡稱 VM 系統(tǒng)） VM系統(tǒng)是當(dāng)今直流調(diào)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(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。 VM 系統(tǒng)的缺點(diǎn)是晶閘管的單向?qū)щ娦?，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難。它的另一個(gè)缺點(diǎn)是運(yùn)行條件要求高，維護(hù)運(yùn)行麻煩。最后，當(dāng)系統(tǒng)處于低速運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)的功率因數(shù)很低，并產(chǎn)生較大的諧波電流危害附近的用電設(shè)備。 圖 2 晶閘管－電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理框圖（ VM 系統(tǒng)） 直流斬波器又稱直流調(diào)壓器，是利用開關(guān)器件來實(shí)現(xiàn)通斷控制，將直流電源電壓斷續(xù)加到負(fù)載上，通過通、斷時(shí)間的變化來改變負(fù)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(diào)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(diǎn)，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于地鐵、電力機(jī)車、城市無軌電車以及電瓶搬運(yùn)車等電力牽引設(shè)備的變速拖動(dòng)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(guān)器件。當(dāng)開關(guān) VT接通時(shí)，電源電壓 U。加到電動(dòng)機(jī)上；當(dāng) VT 斷開時(shí)，直流電源與電動(dòng)機(jī)斷開，電動(dòng)機(jī)電樞端電壓為零。如此反復(fù)，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(guān)狀態(tài)。當(dāng)晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，電源電壓加到電動(dòng)機(jī)上，當(dāng)晶閘管關(guān)斷時(shí)，直流電源與電動(dòng)機(jī)斷開，電動(dòng)機(jī)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(qū)動(dòng)直流 電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì) 7 調(diào)制（ Pulse Width Modulation），簡稱 PWM。脈沖周期不變，只改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，即通過改變脈沖寬度來進(jìn)行直流調(diào)速。 PWM 調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 與 VM系統(tǒng)相比， PWM 調(diào)速系統(tǒng)有下列優(yōu)點(diǎn)： （ 1）由于 PWM 調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可以獲得脈動(dòng)很小的直流電流，電樞電流容易連續(xù)，系統(tǒng)的低速運(yùn)行平穩(wěn)，調(diào)速范圍較寬，可達(dá) 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(dòng)機(jī)的損耗和發(fā)熱都比較小。 （ 2）同樣由于開關(guān)頻率高，若與快速響應(yīng)的電機(jī)相配合，系統(tǒng)可以獲得很寬的頻帶，因此快速響應(yīng)性能好，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)。 （ 3）由于電力電子器件只工作在開關(guān)狀態(tài)，主電路損耗較小， 裝置效率較高。 脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主電路采用脈寬調(diào)制式變換器，簡稱 PWM 變換器。脈寬調(diào)速也可通過單片機(jī)控制繼電器的閉合來實(shí)現(xiàn)，但是驅(qū)動(dòng)能力有限。目前，受到器件容量的限制， PWM直流調(diào)速系統(tǒng)只用于中、小功率的系統(tǒng)。 直流電機(jī)調(diào)速 PWM 信號(hào)形成原理 PWM 信號(hào)是由脈寬調(diào)制器（一個(gè)電壓 —— 脈沖變換裝置）生成的，常用的脈寬調(diào)制器有以下幾種：用鋸齒波或三角波作調(diào)制信號(hào)的脈寬調(diào)制器；用多諧振蕩器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組成的脈寬調(diào)制器；數(shù)字式脈寬調(diào)制器。這里簡要介紹一下用三角波作調(diào)制信號(hào)的脈寬調(diào)制器生成 PWM 波的方法。 脈寬調(diào)制器由恒頻率波形發(fā)生器和脈沖寬度調(diào)制電路組成。恒頻率波形發(fā)生器的作用就是產(chǎn)生頻率恒定的振蕩源作為比較的基準(zhǔn)，如三角波。脈沖寬度調(diào)制電路，實(shí)際上就是電壓 /脈寬轉(zhuǎn)換電路 (簡稱 V/W 電路 )，是 PWM 信號(hào)的形成電路。調(diào)制產(chǎn)生 PWM 信號(hào)的工作原理如圖 4(a)所示。 廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 圖 4 調(diào)制產(chǎn)生 PWM 信號(hào)的工作原理 圖 4(a)是電壓比較器，輸入信號(hào)為圖 4(b)中的 Ui 。在電壓比較器的兩個(gè)輸入端輸入控制信號(hào)和三角波信號(hào)，則比較器的輸出將按以下規(guī)律變化： Ui Ud 時(shí)，輸出正的電壓 Ucc? ； Ui Ud? 時(shí)，輸出負(fù)的電壓 Udd? 。由此即可產(chǎn)生 PWM 脈沖信號(hào)。 直流電機(jī)電樞的 PWM 調(diào)壓調(diào)速原理 直流電機(jī)轉(zhuǎn)速 n 的表達(dá)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(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)。 本設(shè)計(jì)采用電樞控制方法。對(duì)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)離不開半導(dǎo)體功率器件。在對(duì)直流電動(dòng)機(jī)電樞電壓的控制和驅(qū)動(dòng)中，對(duì)半導(dǎo)體功率器件的使用可分為兩種方式：線形放大驅(qū)動(dòng)方式和開關(guān)驅(qū)動(dòng)方式。實(shí)際生活中，絕大多數(shù)直流電動(dòng)機(jī)采用開關(guān)驅(qū)動(dòng)方式 /開關(guān)驅(qū)動(dòng)方式是使半導(dǎo)體功率器件工作在開關(guān)狀態(tài)，通過脈寬調(diào)制 PWM 來控制電動(dòng)機(jī)電樞電壓，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。 脈寬調(diào)制占空比調(diào)節(jié) 脈寬調(diào)制即 PWM 控制就是對(duì)脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)，即通過對(duì)一系列的脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效地獲得所需波形。圖 25是利用開關(guān)管對(duì)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行 PWM 調(diào)速控制原理圖和輸入輸出電壓波形。在圖 25(a)中，當(dāng)開關(guān)管 MOSFET 的柵極輸入高電平時(shí)，開關(guān)管導(dǎo)通，直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組兩端有電壓 Us。 1t 秒后，柵極變?yōu)榈碗娖?，開關(guān)管截止，電動(dòng)機(jī)電樞兩端電壓為 0。 2t 秒后，柵極輸入重新變?yōu)楦唠娖剑_關(guān)管的動(dòng)作重復(fù)前面的過程。這樣，對(duì)應(yīng)者輸入的電平高低，直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組兩端的電壓波形如圖25(b)所示。電動(dòng)機(jī)的電樞繞組兩端的電壓平均值 0U 為式（ 27）： 基于 H 橋驅(qū)動(dòng)直流 電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì) 9 SSS UUTtttUtU ???? ?? 12110 0 （ 27） 式中： ? —— 占空比， Tt1?? 。 圖 5 PWM 調(diào)速控制原理和電壓波形圖 占空比 8279SL1+5VIRQCLKA0CSRDWRD0D7CNTLSHIGTRESET1512 141311109876543210RL3RL2RL1RL0SL0SL2SL3A03B0 3驅(qū)動(dòng)器P0WRRDALEINT183C5521KAT89S51表示了在一個(gè)周期 T里，開關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)間與周期的比值。 8279SL1+5VIRQCLKA0CSRDWRD0D7CNTLSHIGTRESET1512 141311109876543210RL3RL2RL1RL0SL0SL2SL3A03B0 3驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)器P0WRRDP 2 . 6A L EINT18 3 C 5 5 21KAT89S51?？芍?，當(dāng)電源電壓 8279SL1+5VIRQCLKA0CSRDWRD0D7CNTLSHIGTRESET1512 141311109876543210RL3RL2RL1RL0SL0SL2SL3A03B0 3驅(qū)動(dòng)器P0WRRDALEINT183C5521KAT89S51不變的情況下，電樞的端電壓的平均值 8279SL1+5VIRQCLKA0CSRDWRD0D7CNTLSHIGTRESET1512 141311109876543210RL3RL2RL1RL0SL0SL2SL3A03B0 3驅(qū)動(dòng)器P0WRRDALEINT183C5521KAT89S51取決于占空比 8279SL1+5VIRQCLKA0CSRDWRD0D7CNTLSHIGTRESET1512 141311109876543210RL3RL2RL1RL0SL0SL2SL3A03B0 3驅(qū)動(dòng)器P0WRRDALEINT183C5521KAT89S51的大小，改變 8279SL1+5VIRQCLKA0CSRDWRD0D7CNTLSHIGTRESET1512 141311109876543210RL3RL2RL1RL0SL0SL2SL3A03B0 3驅(qū)動(dòng)器P0WRRDALEINT183C5521KAT89S51的值就可以改變電樞兩端電壓的平均值，從而達(dá)到調(diào)速的目的 ，這就是 PWM 調(diào)速原理。 在 PWM 調(diào)速時(shí)，占空比 8279SL1+5VIRQCLKA0CSRDWRD0D7CNTLSHIGTRESET1512 141311109876543210RL3RL2RL1RL0SL0SL2SL3A03B0 3驅(qū)動(dòng)器P0WRRDALEINT183C5521KAT89S51是一個(gè)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(diào)頻法。這種方法是保持 8279SL1+5VIRQC KA0CSRDWRD0D7CNTLSHIGTRESET1512 141311109876543210RL3RL2RL1RL0SL0SL2SL3A03B0 3驅(qū)動(dòng)器P0WRRDALEINT183C5521KAT89S51不變，只改變 8279SL1+5VIRQCLKA0CSRDWRD0D7CNTLSHIGTRESET1512 141311109876543210RL3RL2RL1RL0SL0SL2SL3A03B0 3驅(qū)動(dòng)器P0WRRDALEINT183C5521KAT89S51，這樣使周期 T(或頻率 )也隨之改變。 （ 2）調(diào)寬調(diào)頻法。這種方法是保持 8279SL1+5VIRQCLKA0CSRDWRD0D7CNTLSHIGTRESET1512 141311109876543210RL3RL2RL1RL0SL0SL2SL3A03B0 3驅(qū)動(dòng)器P0WRRDALEINT183C5521KAT89S51不變，而改變 8279SL1+5VIRQCLKA0CSRDWRD0D7CNTLSHIGTRESET1512 141311109876543210RL3RL2RL1RL0SL0SL2SL3A03B0 3驅(qū)動(dòng)器P0WRRDALEINT183C5521KAT89S51，這樣使周期 T(或頻率 )也隨之改變 。 （ 3）定頻調(diào)寬法。這種方法是使周期 T(或頻率 )保持不變，而同時(shí)改變 82 9SL1+5VIRQCLKA0CSRDWRD0D7CNTLSHIGTRESET1512 141311109876543210RL3RL2RL1RL0