直流伺服电机晶体管脉宽调制（PWM）调速系统

1）系统的组成及特

①主回路：大功率晶体管开关放大器；功率整流器。

② 控制回路：速度调节器；电流调节器；固定频率振荡器及三角波发生器；脉宽调制器和基极驱动电路。

区别： 与晶闸管调速系统比较，速度调节器和电流调节器原理一样。不同的是脉宽调制器和功率放大器。

直流脉宽调制：功率放大器中的大功率晶体管工作在开关状态下，开关频率保持恒定，用调整开关周期内晶体管导通时间（即改变基极调制脉冲宽度）的方法来改变输出。从而使电机获得脉宽受调制脉冲控制的电压脉冲，由于频率高及电感的作用则为波动很小的直流电压（平均电压）。

脉宽的变化使电机电枢的直流电压随着变化。 

 直流脉宽调调制的基本原理

脉冲宽度正比代表速度F值的直流电压

 2） 脉宽调制器

3） 开关功率放大器

工作原理：

T1 和T4 同时导通和关断，其基极驱动电压Ub1= Ub4。T2和T3同时导通和关断，基极驱动电压Ub2= Ub3= –Ub1。以正脉冲较宽为例，

负载较重时：

①电动状态：当0≤t ≤ t₁时，U_b1、Ub4为正，T₁ 和T₄ 导通；U_b2、U_b3 为负， T₂和T₃截止。电机端电压U_AB=U_S，电枢电流id= id1，由U_S→T₁ →T₄ →地。

②续流维持电动状态：在t₁ ≤t ≤ T时，U_b1、U_b4为负,T₁ 和T₄截止；U_b2、U_b3 变正，但T₂和T₃并不能立即导通，因为在电枢电感储能的作用下，电枢电流id= id2，由D₂→D₃续流，在D₂、D₃ 上的压降使T₂ 、T₃的c-e极承受反压不能导通。U_AB=-U_S。接着再变到电动状态、续流维持电动状态反复进行，如上面图示。

负载较轻时：

③反接制动状态，电流反向：②状态中，在负载较轻时，则id小，续流电流很快衰减到零，即t =t₂ 时，id=0。在t₂ －　T 区段， T₂ 、T₃ 在U_S 和反电动势E的共同作用下导通，电枢电流反向，i_d= i_d3 ；由U_S→T₃ →T₂ →地。电机处于反接制动状态。

④电枢电感储能维持电流反向：在T～ t3区段时，驱动脉冲极性改变，T₂ 、T₃截止，因电枢电感维持电流，id= i_d4，由D₄→D₁。

⑤电机正转、反转、停止：

由正、负驱动电压脉冲宽窄而定。

当正脉冲较宽时，既t₁> T/2，平均电压为正，电机正转；

当正脉冲较窄时，既t₁< T/2 ，平均电压为负，电机反转；

如果正、负脉冲宽度相等，t1=T/2 ，平均电压为零，电机停转。

⑥电机速度的改变：

电枢上的平均电压U_AB越大，转速越高。它是由驱动电压脉冲宽度决定的。

⑦双极性：

由以上分析表明：可逆H型双极式PWM开关功率放大器，无论负载是重还是轻、电机是正转还是反转，加在电枢上的电压极性在一个开关周期内，都在U_S和–U_S之间变换一次，故称为双极性。

4）PWM调速系统的特点

①频带宽、频率高: 晶体管“结电容”小，开关频率远高于可控（50Hz)，可达2-10KHz。快速性好。

②电流脉动小: 由于PWM调制频率高，电机负载成感性对电流脉动由平滑作用，波形系数接近于1。

③电源的功率因数高: SCR系统由于导通角的影响，使交流电源的波形畸变、高次谐波的干扰，降低了电源功率因数。PWM 系统的直流电源为不受控的整流输出，功率因数高。

④动态硬度好: 校正瞬态负载扰动能力强，频带宽，动态硬度高。