上爵成道人华 上评良总大当 第三章电机功率驱动与系统 3.1、控制电机驱动电路 一般的运算放大器输出电压为10~15V, ◆控制电机的功率驱动 电流10~15mA,不能满足驱动电机的要 ◆电机调速系统 ◆电机随动系统 功率驱动电路将具有固定电压的电源变成 了由信号控制的能源，利用其可控制的 大容量电压或电流可驱动电机正常运行。 上承道大修 上活文丝大坐 3.1.1、概述 功率放大器件的一般选择 驱动电路的基本要求 ◆线性功率放大器(100W以内) ◆开关式功率放大器(25~5000W) ◆足够的电流和电压。 ◆晶闸管功率放大器(500W以上) ◆失真小（无交越失真），线性度好。 (后续进一步有：功率晶体管GTR、功 ◆有良好的快速响应特性。 率场效应管MOSFET、绝缘栅三极管 ◆必要时，可以限流。 IGBT、智能功率模块IPM等) 上评克1大岁 典型电路(1)：互补推挽电路 上海文总人号 3.1.2、线性功率放大器 特点： ◆使用正负电源，结构简单， 线性度好、频带宽，但效率较低（易产生 ◆电机有一端接地（加一电阻 热) 后可构成电流负反馈)。 ◆用射极跟随器来放大电流。 只放大电流，不放大电压 ◆可实现正、反向电机驱动。 1
1 控制电机的功率驱动 电机调速系统 第三章 电机功率驱动与系统 电机随动系统 3.1、控制电机驱动电路 一般的运算放大器输出电压为10～15V， 电流10～15mA，不能满足驱动电机的要 求。 功率驱动电路将具有固定电压的电源变成 了由信号控制的能源，利用其可控制的 大容量电压或电流可驱动电机正常运行。 3.1.1、概述 驱动电路的基本要求 足够的电流和电压。 失真小（无交越失真），线性度好。 有良好的快速响应特性。 必要时，可以限流。 功率放大器件的一般选择 线性功率放大器（100W以内） 开关式功率放大器（25～5000W） 晶闸管功率放大器（500W以上） （后续进一步有：功率晶体管GTR、功 率场效应管MOSFET、绝缘栅三极管 IGBT、智能功率模块IPM等） 3.1.2、线性功率放大器 特点： 线性度好、频带宽，但效率较低（易产生 热） 典型电路（1）：互补推挽电路 使用正负电源，结构简单， 电机有一端接地（加一电阻 后可构成电流负反馈）。 用射极跟随器来放大电流。 只放大电流，不放大电压 可实现正、反向电机驱动
典型电路(2)：桥式电路 上爵成道人华 电路 上证良总大当 实例 (H型电路) 输出级放大： 名0 前置放大 000 T-T6 00 ◆使用单电源 ◆如果电机反接制动时， 电源电压和反电势被两个 三极管的导通管平分，不 000 电流负反 易被击穿。 前置放大A,「 输入： 集成功率放大器 上承文总大坐 ◆L272:线性集成功放器： 3.1.3、开关式功率放大器 上活文大些 Umax=28V,Imax=1A 饱和区 1eo-lBs ◆LM1875音频集成功率放大器 LM1785参数 ic/mA 性能 LM175行建 单 制咨电克 POUT-OW 10 mA 供电电正 1660W 入夫漫电压 VCM-OV 1 mV 开环情猫 R,垂@0 90 dB I/ 出电压 R,=B0 21 输出功军 THD=1等0=1tR=80 25 这速夷真 P0=20M,F0=1We 0015 四个区域：截止、放大、饱和、击穿 诺产帮宽 55 20W,709e 三极管的开关工作原理 上证克生大孝 上海文总人孝 脉宽调制的基本原理 三极管作为开 关元件，工作 改变占空比，进 Uo9 在饱和与截止 而政变平均值 两种状态，相 当于一个由基 极信号控制的 B R UCER-0.3V 无触点开关， 周期不变脚不变 0 其作用对应于 触点开关的“闭 采样控制理论中一条结论： 合”与“断开” 冲量相等而形状不同的岸脉冲加在具有惯性的 环节上时，其效果基本相同。冲量即毕脉冲的 面积，效果基本相同是指环节的喻出响应波形 基本相同。 三极管截止与饱和状态下的等效电路 上述原理称为面积签效厚理。 2
2 典型电路（2）：桥式电路 （H型电路） 使用单电源 如果电机反接制动时， 电源电压和反电势被两个 三极管的导通管平分，不 易被击穿。 电路 实例 前置放大 T1~T6 输出级放大： T7~T12 前置放大A 输入：ui 1 电流负反 馈 集成功率放大器 L272：线性集成功放器： Umax＝28V，Imax＝1A LM1875 音频集成功率放大器 LM1785参数 性能 3.1.3、开关式功率放大器 四个区域：截止、放大、饱和、击穿 三极管的开关工作原理 三极管作为开 关元件，工作 在饱和与截止 两种状态，相 当于一个由基 极信号控制的 无触点开关， 其作用对应于 触点开关的"闭 合"与"断开" 三极管截止与饱和状态下的等效电路 脉宽调制的基本原理 脉宽 脉宽 脉宽 脉宽 改变占空比，进 而改变平均值 U ωt 周期不变 周期不变 采样控制理论中一条结论： 冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的 环节上时，其效果基本相同。冲量即窄脉冲的 面积，效果基本相同是指环节的输出响应波形 基本相同。 上述原理称为面积等效原理
上爵成道人华 上评良总大当 典型电路 常用的的脉宽调制器种类 H型桥式电路 ◆用锯齿波作调制信号 ◆用三角波作调制信号 ◆用多谐振荡器和单稳态触发器组成的脉 宽调制器 ◆数字式脉宽调制器 24 锯齿波脉宽调制器的原理 PWM功率放大电路模块 上播文生大坐 Usa为输入据齿波 用三角波作调 大功率稳 U.G 调制信号，由据齿 压电路 波发生器提供 为负偏 制信号的PWM →电压放大→ 移电压 c为控制 功放模块图 电压信号 三角波发生器→ H桥电路→负我 是步改脉宽满制清(UFW) ◆连续电压变 成脉冲电压的 转换作用。 ◆运算放大器 工作在开环， 略有输入信号 就使输出饱和。 ◆开关调制频 6) 率一般为1 波肤宽制波形图 4kHz 波形关系 a)Ue=0b)U>0"c)U.<0 开关功率放大器 ,上评克生大步 上海文总人孝 主回路：可逆H型双极式PWM 开关功率放大悬 3.1.4、晶闸管基本电路 电略图：由四个大功率晶体管 T1、T2、T3、及四个铁流 二授管组成的桥式电暗。 晶闸管，又叫可控 硅。 为调制悬 轴出，经脉冲 特点：大功率半导 分配、基极驱 体器件，可开断 动转换过来的 的功率达到兆瓦 脉冲电压，分 级，比功率晶体 管高几个数量级。 3
3 典型电路 H型桥式电路 US Ub3 Ub4 Ub1 Ub2 A B D1 D2 D3 D4 M T1 T2 T4 T3 常用的的脉宽调制器种类 用锯齿波作调制信号 用三角波作调制信号 用多谐振荡器和单稳态触发器组成的脉 宽调制器 数字式脉宽调制器 锯齿波脉宽调制器的原理 连续电压变 成脉冲电压的 Usa为输入锯齿波 调制信号，由锯齿 波发生器提供 Uc为控制 电压信号 Ub为负偏 移电压 成脉冲电压的 转换作用。 运算放大器 工作在开环， 略有输入信号 就使输出饱和。 开关调制频 率一般为1～ 4kHz PWM功率放大电路模块 用三角波作调 制信号的PWM 功放模块图 电压放大 三角波发生器 比较器 H桥电路 大功率稳 压电路 负载 输 入 波形关系 开关功率放大器 主回路：可逆H型双极式PWM 开关功率放大器 电路图: 由四个大功率晶体管 T 1 、T 2 、T 3 、T4 及四个续流 二极管组成的桥式电路。 Ub1、 Ub2、Ub3 Ub4 –为调制器 输出 经脉冲 Ub3 Ub4 Ub1 Ub2 US A B D1 D2 D3 D4 M T1 T2 T4 T3 Ub1 Ub 4 输出，经脉冲 t 分配、基极驱 动转换过来的 脉冲电压。分 别加到T1 、T2、 T3 、T4的基极。 t US -US Ud UAB O t Ub 4 Ub2 Ub3 O O t t t1 T id id1 id2 id1 id2 O O O O O t3 t1 t2 T t3 t1 Ub1、Ub 4 Ub2、Ub 3 Ud UAB id t t t t id1 id1 id4 id2 id3 id4 id2 3.1.4、晶闸管基本电路 晶闸管，又叫可控 硅。 特点：大功率半导 体器件，可开断 的功率达到兆瓦 级，比功率晶体 管高几个数量级
上爵成道人华 上评良总大当 晶闸管工作原理 晶闸管工作的 基本电路(1)：触发电路 必要条件 ◆阳极A电位高 ◆电压极性：门极一阴极为正极。 于阴极K电位 ◆常用脉冲来触发（一般不用交流和直流 ◆在控制极（门 触发信号，以减小门极损耗) 极)G和阴极间 加上适当的正向 ◆须与交流电源同步（触发信号应保持规 电压（即触发信 定的相位关系) 号。 》 ◆在一定范围内可移相，使触发角能按要 ◆一旦导通后， 控制极就失去控 求变化 阳极A、门极G、阴极K 制能力) 上承文总大坐 上活文丝大坐 基本电路(2)：整流电路 双半波可控整流电路 特点：副边绕组中 可控整流，即将交流电变换为电压大小可 每个线圈在一个 调节的直流电的过程。可控整流电路可 以用来控制直流电机。 电源电压周期中 只有一半的时间 通过电流，变压 器利用率不高。 桥式全波可控整流电路及波形烤 海文总人孝 两相交流伺服电机的晶闸管电路 两组调压电路 控制绕组有一中 心抽头，使绕 触发器 控制绕组 组分成两部分 R (AM和BM): 中心抽头处加有 交流电源山1 触发器 控制信号u通过 触发回路产生 电阻负载型 务被冲，加 4
4 晶闸管工作原理 阳极A电位高 于阴极K电位 在控制极（门 极）G和阴极间 晶闸管工作的 必要条件 极）G和阴极间 加上适当的正向 电压（即触发信 号。 一旦导通后， 控制极就失去控 制能力） 阳极A、门极G、阴极K 基本电路 （1）：触发电路 电压极性：门极－阴极为正极。 常用脉冲来触发（一般不用交流和直流 触发信号，以减小门极损耗） 须与交流电源同步（触发信号应保持规 定的相位关系） 在一定范围内可移相，使触发角能按要 求变化 基本电路（2）：整流电路 可控整流，即将交流电变换为电压大小可 调节的直流电的过程。可控整流电路可 以用来控制直流电机。 双半波可控整流电路 特点：副边绕组中 每个线圈在一个 电源电压周期中 只有一半的时间 通过电流，变压 器利用率不高。 桥式全波可控整流电路及波形 电阻负载型 两相交流伺服电机的晶闸管电路 两组调压电路 控制绕组有一中 心抽头，使绕 组分成两部分 （AM和BM）； 中心抽头处加有 交流电源u1 控制信号uin通过 触发回路产生 触发脉冲，加 到门极
两相交流伺服电机的调压电路波形 上评良总大当 0电家电压 3.2、调速系统 速度调节控制，闭 环控制时一般用 测速发电机、光 发量 电码盘等传感器 进行反馈。 JS-5056型家用豪华电动跑步机 整机占用空间：1550×660×1440(mm 低噪音直流驱动电机：功率0.75k A P调速系统，调速范围：1.0-10km/h 黑白液品显示屏（速度、里程、时间、 热量、心)参数一体化 等效调节交流电压的平均幅值 连续运行时间：<2h 负载最大重量：100kg 上发道大博 (1)晶闸管开环调速系统 上活文丝大坐 3.2.1、直流电机调速系统 L为平稳负载电流脉动的平 波电抗器。可避免电感较 小时负线电流出现断续 变电压（产生可变的平均电压）调速是直 流调速系统的主要方法。 ◆基于晶闸管的调速系统 ◆脉宽调制变换器的调速系统 回-的{ GT为品间管触发装置， 其控制触发装置输出脉 冲的控制角 V为品何管 整流装置。 (2)晶闸管单闭环调速系统 上证克1大岁 整流电路：变交流电压为直流电压 闭环系统方块图 上海文总人孝 触发电路：将放大器放大后的 电压信号变为脉冲型号去控制 输出电压大小由触发电路输出脉冲 信号所决定，整流电路的输出为直 品闹管触发和整流装 电机为二阶 整流电路的输出大小。 流电动机电枢的外加电压 置的传递函数近似为 一阶惯性环节 振环节 RTH+1 1/G y 测速发电机 5
5 两相交流伺服电机的调压电路波形 等效调节交流电压的平均幅值 3.2、调速系统 速度调节控制，闭 环控制时一般用 测速发电机、光 电码盘等传感器 进行反馈。 JS-5056型家用豪华电动跑步机 整机占用空间：1550×660×1440(mm) 低噪音直流驱动电机：功率0.75kw PWM调速系统,调速范围：1.0-10km/h 黑白液晶显示屏(速度、里程、时间、 热量、心率)参数一体化 连续运行时间：＜2h 负载最大重量:100kg 3.2.1、直流电机调速系统 变电压（产生可变的平均电压）调速是直 流调速系统的主要方法。 基于晶闸管的调速系统 脉宽调制变换器的调速系统 (1)晶闸管开环调速系统 T晶闸管整流装置 的整流变压器 L为平稳负载电流脉动的平 波电抗器。可避免电感较 小时负载电流出现断续 V为晶闸管 整流装置。 GT为晶闸管触发装置， 其控制触发装置输出脉 冲的控制角α (2)晶闸管单闭环调速系统 触发电路：将放大器放大后的 电压信号变为脉冲型号去控制 整流电路的输出大小。 整流电路：变交流电压为直流电压， 输出电压大小由触发电路输出脉冲 信号所决定，整流电路的输出为直 流电动机电枢的外加电压 测速发电机 闭环系统方块图 晶闸管触发和整流装 置的传递函数近似为 一阶惯性环节 电机为二阶 振荡环节
闭环调速系统的动态数学模型 上爵成道人华 上评良总大当 闭环直流调速系统的稳定条件 开环传递函数 K 反馈控制闭环调速系统的特征方程为 G(s)= 其中K=KK,a/C (T,s+1TT2+Ts+1) T玛g+T+2+,+ 3+1=0 1+K 1+K 1+K 闭环传递函数 K.K./C. 稳定条件： T+.工+工-T巫>0→ s)= (T3+1(TT示2+T.s+1万 1+K1+K1+K K KIC 1+ (Ts+I)(T.Ts+Ts+1) (T+TXT+T)>TT(1+K) KK,/C. (Ts+1XT Ts+Ts+1)+K k<T亿+Z+r TT, KK,IC “+D+++1 K。-T亿+I+☑称为临界放大系数 TT 1+R 1+K 1+K 系统分析 上承道大修 单闭环调速系统原理图(PI控制)峰 ◆为0型系统 C.=5中 三相吨源输出 ◆从稳定性考虑，开环增益应小于某一值， 但此时稳态性能指标一般难以满足（开 环增益应大于某一值)。 ◆加积分校正，则系统成为型系统，无外 节器月 阻情况下为闭环无静差调速系统。 ◆典型校正方式为PI调节 数控机床进给部件中的直流伺服丝烤 FANUC SCR-D晶闸管调速系统连接说明1 上海文总人孝 电机调速系统的CNC控制 是-D TOH2 外接电源 控制 驱动 工作电源 200U、200V、200W为三相交藏200V电源，是触发晶附管的同步电源 8A、0们，18B为带中心抽头的18V交流电源.经变换作为何服单元中运算放大器控制电路 的±15V直流电源。R、S和T为120V交流电源，是提供给主同路的动力电源。TO州 电机 O卫为装在变压器内部的热控开美，当变压器过热时，热控开关新开。A,A为何服装置 控制服电动机电枢电压的动力信号，S、TSB为装在电动机轴上测速发电机输出的信号 它是与转速成正比的电压信号。 6
6 闭环调速系统的动态数学模型 2 ( ) / ( 1)( 1) ps e s ml m K Gs K KK C Ts T Ts T s = = α + ++ 其中 开环传递函数 闭环传递函数 2 / ( 1)( 1) KK C ps e Ts T Ts T s + ++ 2 3 2 ( 1)( 1) () / 1 ( 1)( 1) / ( 1)( 1) / 1 ( ) 1 11 1 s ml m ps e s ml m ps e s ml m ps e mls m l s m s Ts T Ts T s s KK C Ts T Ts T s KK C Ts T Ts T s K KK C K T TT T T T T T s ss K K K + ++ Φ = + + ++ = + + ++ + = + + + ++ ++ + 闭环直流调速系统的稳定条件 3 2 ( ) 1 0 11 1 T TT T T T T T mls m l s m s s ss KK K + + + + += ++ + 反馈控制闭环调速系统的特征方程为 稳定条件： ( ) 0 T T T T T T TT m l s m s mls + + ⋅ − >⇒ 1 11 + K KK + + ( )( ) (1 ) T T T T TT K l s m s ls + +> +⇒ 2 ( ) ml s s l s TTT T K TT + + < 2 ( ) ml s s cr l s TTT T K TT + + = 称为临界放大系数 系统分析 为0型系统 从稳定性考虑，开环增益应小于某一值， 但此时稳态性能指标一般难以满足（开 环增益应大于某 值 环增益应大于某一值）。 加积分校正，则系统成为I型系统，无外 阻情况下为闭环无静差调速系统。 典型校正方式为PI调节 单闭环调速系统原理图（PI控制） 1 1 ( ) pi s G s s τ τ + = s s K s s W s pi pi 1 1 1 1 1 ( ) τ τ τ τ + = + = 数控机床进给部件中的直流伺服 电机调速系统的CNC控制 控制 驱动 工作电源 外接电源 电机 FANUC SCR-D晶闸管调速系统连接说明1
FANUC SCR-D晶闸管调速系统连接说明2上大 (3)晶闸管双闭环调速控制 上评良总大当 速度环调 厂三棉电翠输出 节器PI 电流互感器 -D 器 节器 数拉装置(CNC)与聚单元的圭接信号有五组。 1)VCMD、GND为CNC装置输出控制问服单元转速的电压控制信号，通常为0~： 0,电压的大小与转速成约10o0/min/6V的正比关系。 2)DY1、DY2为准备好控制信号，RDT1与RDY2短接时，伺服单元主回路通 3)ENB1、EN2为使能控制信号，当ENL与ENBI2短接时，何聚单元开始正工 作，并接收模拟电压的控制。 4)VRDY1,VRDY2为同服单元通知CNC装置其正工作的触点信号，当何服单元出现 报时.VDT]与RD2立即断开。 电流环调 5)0L1与0W2为常闭触点信号，当问服单元中热继电器动作或变压器内热拉开关动 节器PI 作时该点立即断开通知CNC装置产生过热报整 上承哀总大坐 上活文丝大坐 系统方块图： 电流反馈的目的 ◆起动时或过载时起限流作用。在转速从 零加速到给定值的过程中，希望电机的电 “✉✉圆站圆图B 流保持为最大值I不变，这任务由电流环 来完成。此时转速线性上升。当转速达到 给定值时，最大电流下降到负载电流，转 速环开始执行稳定速度的功能。 ◆电网电压波动时，由于电压波动在电流环 回 内，电流环可一定程度上抑制电压波动 上证克生大孝 (4)PWM驱动组成的系统 由PWM功放驱动的电机闭环控制系统4哮 GM GD 河制波发生器 基极驱动器 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。 PWM 宽河 制 放大器 FA UPW 瞬时动作 脉宽网制器 逐辑延时单元 限流保护 7
7 FANUC SCR-D晶闸管调速系统连接说明2 (3)晶闸管双闭环调速控制 电流互感器 速度环调 节器PI 电流环调 节器PI 系统方块图： 电流反馈的目的 起动时或过载时起限流作用。在转速从 零加速到给定值的过程中，希望电机的电 流保持为最大值Idm不变，这任务由电流环 来完成。此时转速线性上升。当转速达到 给定值时，最大电流下降到负载电流，转 速环开始执行稳定速度的功能。 电网电压波动时，由于电压波动在电流环 内，电流环可一定程度上抑制电压波动 (4)PWM驱动组成的系统 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。 由PWM功放驱动的电机闭环控制系统 GM 调制波发生器 GD 基极驱动器 UPW 脉宽调制器 DLD 逻辑延时单元 PWM 脉宽调 制 放大器 FA 瞬时动作 限流保护 ASR 速度环 调节器 ACR 电流环 调节器
上屏克道大华 3.2.2.1晶闸管交流调压调速系统 上评良总大当 3.2.2、交流电机调速系统 ◆交流调压调速系统 ◆正弦脉宽调制(SPWM)变压变频 反并联单向 双向品闸 A向输出 品闻管调压 管调压 波形 每相用两个反并联的晶闸管或双向晶闸管所组成的三相调 压装置。如果在正半波和负半波过零移角后分别给T1 和VT,触发脉冲，就可得到右图所示的交流A相输出电压 波形。角越大，加在电机定子绕组上的电压U,越小。 采用转速闭环的调压调速原理☒烤 3.2.2.2正弦脉宽调制(SPWM)变压 上活文丝大些 变频器 变频器分为： ◆交直-交变频器 分电压型和电流型。电压型先将电网的交流电经整流器 变为直流，再经逆变器变为频率和电压都可变的交流电 压。电流型是切换一串方波，方波电流供电，用于大功 率。 ◆交-交变频器 该变频器没有中间环节，直接将电网的交流电变为频率 和电压都可变的交流电。 速度调节器若为PI型，则系统为无静差的调速系 目前对于中小功率电机，用得最多的是电压型交 统 直-交变频器。 数学模型分析类似直流系统 SPWM交-直-交变压变频器的原理框图上4大华 正弦脉宽调制原理 上海文总人孝 本本本 正弦欧宽调制 (SPWM)被形：与正 本 本本 华体受挤健形 系列等幅 逆 整流器 由六个功率开关露件组成。其基极输入由基 固定电压不可控整 准正弦波（由速度指令转化过来的）和三角波 流器，常采用六个二 叠加出来的SPW调制波（等幅、不等宽的矩形 级管桥式整流器结构 脉冲波)，使这些大功率品体管按一定规律导 应 将交流变为直流，电 裁止，输出一系列功率级等效于正弦交流 压值不变。为逆变 电的可变频变压的等幅、 不等宽的矩形脉冲电 器的供电。 压波。即功率级SP申压，使电机转动. 8
8 3.2.2、交流电机调速系统 交流调压调速系统 正弦脉宽调制（SPWM）变压变频 3.2.2.1 晶闸管交流调压调速系统 每相用两个反并联的晶闸管或双向晶闸管所组成的三相调 压装置。如果在正半波和负半波过零移a角后分别给VT1 和VT4触发脉冲，就可得到右图所示的交流A相输出电压 波形。a角越大，加在电机定子绕组上的电压U1越小。 反并联单向 晶闸管调压 双向晶闸 管调压 A向输出 波形 采用转速闭环的调压调速原理图 速度调节器若为PI型，则系统为无静差的调速系 统 数学模型分析类似直流系统 变频器分为： 交–直–交变频器 分电压型和电流型。电压型先将电网的交流电经整流器 变为直流，再经逆变器变为频率和电压都可变的交流电 压 电流型是切换一串方波 方波电流供电 用于大功 3.2.2.2 正弦脉宽调制（SPWM）变压 变频器 压。电流型是切换 串方波，方波电流供电，用于大功 率。 交–交变频器 该变频器没有中间环节，直接将电网的交流电变为频率 和电压都可变的交流电。 目前对于中小功率电机，用得最多的是电压型交– 直–交变频器。 SPWM交–直–交变压变频器的原理框图 ～ M 3～ 整流器 固定电压不可控整 流器，常采用六个二 级管桥式整流器结构 将交流变为直流，电 压幅值不变。为逆变 器的供电。 逆变器 由六个功率开关器件组成。其基极输入由基 准正弦波（由速度指令转化过来的）和三角波 叠加出来的SPWM调制波（等幅、不等宽的矩形 脉冲波），使这些大功率晶体管按一定规律导 通、截止，输出一系列功率级等效于正弦交流 电的可变频变压的等幅、不等宽的矩形脉冲电 压波，即功率级SPWM电压，使电机转动。 正弦脉宽调制 （SPWM）波形: 与正 弦波等效的一系列等幅 不等宽的矩形脉冲波 正弦脉宽调制原理
支变调制波周期和 上爵成道人华 正弦脉宽调制电路 SPWM电路原理 上评良总大当 SPVM控制波的生成：正弦波一三角波调制。 比较 比较 分配 t +, 去主屑路 出 路 三角被迎用 三管基 SPWM的控制方法： (1)模拟控制 原始的控制方法： (2)数字控制 ①微机存储事先算好的SPW数据表格，由指令调出，或通过 软件实时生成。 米 ②专用集成芯片 ③单片机微处理器直接带有SPWM信号产生功能，并有其输出 端口，如8098、8XC196MC。 整 化过的 比品 上承文总大坐 上活文丝大坐 主回略： 发电露 3.3、位置随动系统 左半忽：整液馨 本本本 随动系统有一位置环（必然含有位置传感 器)，其与调速系统的差别主要在执行 机构多一个积分环节。 位量反情 ①⊙⊙閻 上证克生大孝 角位置信号的可能检测 基于自整角机的位置随动控制系统方块图孩丝峰 相敏整流器 含牌 「功率放大器 ◆自整角机（角位移），成对使用，与指 令轴相连的自整角机称为发送机，与执 行轴相连的称作接收机。 ◆感应同步器（一种特制的两相旋转电机） ◆旋转变压器（测直线和转角） ◆光电编码盘（增量式和绝对式） I型系统 9
9 SPWM电路原理 去主回路 三极管基极 u/f 分频 u/f 分频 基准正弦波 (调制波) 产生 三角波（载波） 发生器 比较器 SPWM 比较 叠加 ui 压/频变换、 分频器 正弦逻辑 指令 三角波逻辑 比较器 比较器 脉冲 分配 改变调制波周期和 幅值→改变控制电 压频率和幅值 SPWM的控制方法： ⑴模拟控制 原始的控制方法； ⑵数字控制 ①微机存储事先算好的SPWM数据表格，由指令调出，或通过 软件实时生成。 ②专用集成芯片 ③单片机微处理器直接带有SPWM信号产生功能，并有其输出 端口，如8098、8XC196MC。 SPWM控制波的生成: 正弦波—三角波调制。 方波发生器 （带正反馈比较 又有RC积分） 三角波发生器 （积分器） u ut O t O t RF R R3 C 1 C 2 - + 正弦脉宽调制电路 三角波与基准 正弦波叠加 （比较器） SPWM调制波， 通到功率管基极 基准正弦波 (由速度指令 转化过来的) VD1 调制波 载波 u1: ut u1 u0 O t R1 R2 R4 R5 R6 R7 VD2 VD3 VD4 U0 (ua、ub、 uc ) t O - - + + t ut: 50Hz SPWM D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 T1 T2 T3 T4 T5 T6 ua ua ub ub uc uc ut u1 u2 u3 ut u1 ω1t ut u1:由F转换来的 主回路： 左半部：整流器 右半部：逆变器 正弦脉宽调 制触发电路 uAB ud ua ω1t ω1t ω1t ω1t ω1t uA0 uB0 uC0 逆变器输出 A相等效正弦 脉宽电压波 逆变器输出 B相等效正弦 脉宽电压波 逆变器输出 C相等效正弦 脉宽电压波 逆变器输出 线电压等效正 弦脉宽电压波 改变调制波的频 率、幅值，就可 改变最终输出 ： 等效的变频变压 交流电压 3.3、位置随动系统 随动系统有一位置环（必然含有位置传感 器），其与调速系统的差别主要在执行 机构多一个积分环节。 角位置信号的可能检测 自整角机（角位移），成对使用，与指 令轴相连的自整角机称为发送机，与执 行轴相连的称作接收机。 感应同步器（一种特制的两相旋转电机） 旋转变压器（测直线和转角） 光电编码盘（增量式和绝对式） 基于自整角机的位置随动控制系统方块图 WAPR(s)为位置 调节器环节。 相敏整流器 功率放大器 I型系统
上屏克道大华 雷达天线位置控制系统原理线路 上部空丝大些 实例：雷达天线位置控制系统 一敏$元件一转换元件一政大元件 执行元件 控制对深 校正元件 敏感元件一 自整角发送机和接收机。 00 转换元件 放大器和解调器。 放大元件 直流放大器和可控硅控制线路。 执行元件 直流伺服电动机。 校正元件 直流测速发电机。 控制对象一 雷达天线。 一白里师发通机：一自里角黄依机：一国达天规，一变速有一直线钢电定机， 上发道大博 思考题 1、PWM的基本原理与特点？ 2、电机伺服系统由哪些环节构成？通常哪 个环节是影响动态性能的瓶颈？ 3、试分析调速系统和随动系统的异同？ 10
10 实例：雷达天线位置控制系统 敏感元件——自整角发送机和接收机。 转换元件——放大器和解调器。 放大元件——直流放大器和可控硅控制线路。 执行元件——直流伺服电动机。 校正元件——直流测速发电机。 控制对象——雷达天线。 雷达天线位置控制系统原理线路 思考题 1、PWM的基本原理与特点？ 2、电机伺服系统由哪些环节构成？通常哪 个环节是影响动 个环节是影响动 性能的瓶颈 态 ？ 3、试分析调速系统和随动系统的异同？