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直流电机PWM调速控制原理

众所周知，直流电动机转速公式为：

直流电机转速控制可分为励磁控制法与电枢电压控制法。励磁控制法用得很少，大多数应用场合都使用电枢电压控制法。随着电力电子技术的进步，改变电枢电压可通过多种途径实现，其中脉冲宽度调制（PWM）便是常用的改变电枢电压的一种调速方法。其方法是通过改变电机电枢电压接通时间与通电周期的比值（即占空比）来调整直流电机的电枢电压U，从而控制电机速度。

PWM的核心部件是电压-脉宽变换器，其作用是根据控制指令信号对脉冲宽度进行调制，以便用宽度随指令变化的脉冲信号去控制大功率晶体管的导通时间，实现对电枢绕组两端电压的控制。

电压-脉宽变换器结构如图1所示，由三角波发生器、加法器和比较器组成。三角波发生器用于产生一定频率的三角波UT，该三角波经加法器与输入的指令信号UT相加，产生信号UI+UT，然后送入比较器。比较器是一个工作在开环状态下的运算放大器，具有极高的开环增益及限幅开关特性。两个输入端的信号差的微弱变化，会使比较器输出对应的开关信号。一般情况下，比较器负输入端接地，信号UI+UT从正端输入。当UI+UT》0时，比较器输出满幅度的正电平;当UI+UT《0时，比较器输出满幅度的负电平。

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电压-脉宽变换器对信号波形的调制过程如图2所示。由于比较器的限幅特性，输出信的幅度不变，但脉冲宽度随UI的变化而变化的频率由三角波的频率所决定。

当指令信号UI=0时，输出信为正负脉冲宽度相等的矩形脉冲。当UI》0时的正脉宽大于负脉宽。当UI《0时的正脉宽小于负脉宽。当UI》UTPP/2时（UTPP是三角波的峰值）为一正直流信号;当UI《UTPP/2时为一负直流信号。

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