PWM速度控制工作原理.docx

简述PWM速度控制系统的工作原理
PWM 速度控制系统
PWM 速度控制系统是通过脉宽调制器对大功率晶体管的开关时间进行控制，将 直流电压转换成某种频率的方波电压，并通过对脉冲宽度的控制，改变输出直 流平均电压的自动调速系统。以脉冲编码的基极；一ER 信号与三角波进行逻辑运算后，经脉宽调制、驱动放大之后输出TRC和TRD信 号，控制晶体管VTC和VTD的基极。
电动机正转时，图 5-4中各信号的波形如图 5-5所示。此时，电动机电枢回路 工作可以分以下 4步：
VTB和VTC晶体管导通。这时电流方向从直流电源的“ + ”端，经过VTC、电 动机M、VTB回到电源的“一”端。
VTC和VTA晶体管导通。此时电枢电感释放能量，电流从电枢M经二极管 VDa、晶体管VTc构成回路。
VTB和VTC晶体管导通。此过程同第一步。
VTB和VTD晶体管导通。此时电流方向从电动机M经VTB、续流二极管VDd构 成回路。
主回路按上述顺序循环工作，从而形成对电动机的连续供电，使电动机正向旋 转。波形图中的?t是工作死区，该值一定要大于晶体管的关断时间，以确保晶 体管不会出现VTA和VTB、VTC和VTD同时导通的情况，以避免电源短路。
图5-5中，虚线是表示当ER值(-ER值)较小时的情况。在这种情况下，给电动 机电枢供电的晶体管导通时间变短，电枢两端的电压脉宽变窄，平均电压较 低，从而使直流电动机的转速降低，以上就是PWM速度控制系统的工作原理。
{]. Huis
TRA
TRB
Ll
T和 TRC
电枢
电恿 n
图5-5脉宽调制各点波形图
PWM速度控制系统与SCR速度控制系统相比，具有如下优点：
1） 能有效防止系统产生共振，提高了数控机床工作的稳定性。在SCR速度控制 系统中，由于晶闸管的工作频率与电源频率相同，为50/60HZ，因此电枢电流 脉动频率亦为50/60Hz，从而可能诱发机械系统的共振，影响数控机床的工作 稳定性，从而影响被加工零件的表面精度。而在PWM控制方式中，由于晶体管 工作频率很高（约2kHz），远远高于机械系统的固有频率，避免了系统可能产生 的共振。
2） 电枢电流脉动小，保证了机床在低速运动时仍能稳定地工作。在SCR速度控 制系统中，整流波形差，特别是在低速、轻载时，电流断续严重。由于电枢电 流的不连续，将影响到低速运行的稳定性，这也是SCR速度控制系统产生低速 脉动的原因之一。在PWM速度控制系统中，由于开关频率很高，依靠电枢绕组 的电感滤波作用就可获得脉动很小的直流电流，而且电枢电流也很容易连续， 因此，机床在低速时仍然可以平滑、稳定地工作。
3） 电动机损耗、发热小。由于PWM速度控制系统输出电流的纹波系数（电流有效 值和平均值之比）~，~，所以电 动机在同样的输出转矩（它与电流的平均值成正比）时，前者的电动机损耗和发 热均较后者小，在数控机床上，它可以减少电动机发热，减小热变形，提高机 床精度。
4） PWM速度控制系统的系统响应快。当PWM控制方式的速度控制单元与小惯量 的电动机相匹配时，可以充分发挥系统的性能，使系统具有快的响应，因此， 它适合于频繁起、制动的场合。
5） 动态特性好。由于PWM控制方式具有很