張國雄版測控電路PPTChapter8-6

第八章

功率放大電路第一節(jié)開關(guān)功率驅(qū)動(dòng)電路第二節(jié)步進(jìn)電機(jī)功率放大電路第三節(jié)直流伺服電機(jī)的PWM功率放大電路第一節(jié)開關(guān)功率驅(qū)動(dòng)電路分類：功率器件類型分類，常見的有晶體管驅(qū)動(dòng)電路、場效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)電路和晶閘管驅(qū)動(dòng)電路等類型按照電路所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載類型分類，常見的有電阻性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路和電感性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路等類型按照電路所控制的負(fù)載電源類型分類，常見的有直流電源負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路和交流電源負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路等類型

晶體管直流負(fù)載功率驅(qū)動(dòng)電路

晶體管功率驅(qū)動(dòng)電路負(fù)載所需的電流不應(yīng)太大

設(shè)計(jì)要點(diǎn):合理確定Ui、R與V的電流放大系數(shù)

值之間的數(shù)值關(guān)系，充分滿足

I

b

I

L/

可確保V導(dǎo)通時(shí)工作于飽和區(qū)，以降低V的導(dǎo)通電阻及減小功耗b)a)

漏極D

柵極G

VDS

源極SVMOS及TMOS場效應(yīng)晶體管功率驅(qū)動(dòng)電路圖8-2a是VMOS及TMOS場效應(yīng)管引出電極的內(nèi)部關(guān)系簡圖，虛線框表示其封裝范圍。其中二極管VDS是在制造過程中形成的。與普通場效應(yīng)管不同，如果在使用中將漏極D與源極S接反，會(huì)導(dǎo)致性能喪失或損壞圖8-2b為典型的功率場效應(yīng)晶體管直流負(fù)載功率驅(qū)動(dòng)電路。當(dāng)控制信號Ui小于開啟電壓UGS時(shí)，V截止，直流負(fù)載ZL中電流IL為0；當(dāng)控制信號Ui大于開啟電壓UGS時(shí)，V導(dǎo)通，直流負(fù)載RL中電流IL=Ec/（ZL＋RDS）。式中RDS為V漏極D與源極S間的導(dǎo)通電阻。電路中穩(wěn)壓二極管VS對功率場效應(yīng)晶體管實(shí)施保護(hù)晶閘管交流負(fù)載功率驅(qū)動(dòng)電路

交流負(fù)載的功率驅(qū)動(dòng)電路，通常采用晶閘管來構(gòu)成晶閘管有單向晶閘管和雙向晶閘管兩種類型

單向晶閘管圖形符號單向晶閘管亦稱單向可控硅（SCR）晶閘管導(dǎo)通條件：在陽極A與陰極K之間加正向電壓，同時(shí)在門極G與陰極K之間加正向電壓（觸發(fā)），這樣陽極A與陰極K之間即進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)晶閘管一旦導(dǎo)通，只要陽極A與陰極K之間的電流不小于其維持電流IH，門極G與陰極K之間是否還存在正向電壓，對已經(jīng)導(dǎo)通的晶閘管完全沒有影響晶閘管關(guān)斷條件：主電極陽極A與陰極K之間的電流小于其維持電流IH，晶閘管即進(jìn)入關(guān)斷狀態(tài)

雙向晶閘管圖形符號雙向晶閘管亦稱雙向半導(dǎo)體開關(guān)元件（TRIAC）

三端雙向交流開關(guān)(TRIAC=TRIode（三端）ACsemiconductorswitch）與單向晶閘管相比較，雙向晶閘管的主要區(qū)別是：①在觸發(fā)之后是雙向?qū)ǖ蘑谟|發(fā)電壓不分極性，只要絕對值達(dá)到觸發(fā)門限值即可使雙向晶閘管導(dǎo)通

交流半波導(dǎo)通功率驅(qū)動(dòng)電路圖8-4為交流半波導(dǎo)通功率驅(qū)動(dòng)電路。其中V2是單結(jié)晶體管，負(fù)載ZL與晶閘管V3串聯(lián)后接于交流電源u上。當(dāng)控制信號Ui為高電平時(shí)，晶閘管V3導(dǎo)通，負(fù)載ZL中有半波交流電流IL通過。當(dāng)控制信號Ui為低電平時(shí)，晶閘管V3截止，負(fù)載ZL中電流IL為0。如果控制信號Ui為高電平，光電耦合器VLC中二極管無電流而不發(fā)光，使得光敏三極管V1截止，P1與P2間電位差僅取決于負(fù)載ZL、電阻R5和穩(wěn)壓管VS的參數(shù)而與VD回路無關(guān)。在~u的正半周，P1與P2間的電壓使電容C上的電位逐漸增加到足夠高，導(dǎo)致單結(jié)晶體管V2的射極e與第一基極b1間突然導(dǎo)通。e與b1的導(dǎo)通一方面提供正向觸發(fā)脈沖使晶閘管V3導(dǎo)通，另一方面使電容C上的電位迅速降低為0。此后晶閘管V3的導(dǎo)通狀態(tài)一直延續(xù)到~u的正半周基本結(jié)束。這時(shí)因~u接近零而使晶閘管V3中的電流IL<IH，晶閘管V3進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。在~u的負(fù)半周，因晶閘管的A、K電極間為反向電壓，不滿足導(dǎo)通條件，晶閘管V3仍處于截止?fàn)顟B(tài)。直至u的下一個(gè)正半周，晶閘管V3再觸發(fā)導(dǎo)通。如果控制信號Ui為低電平，光電耦合器VLC中發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，使得光敏三極管V1導(dǎo)通，P1與P2間電位差顯著降低，單結(jié)晶體管V2無法建立使晶閘管V3導(dǎo)通的觸發(fā)電平，因而負(fù)載ZL中的電流IL始終為0。調(diào)整C與R2的數(shù)值，可改變晶閘管V3在~u正半周的導(dǎo)通角，從而達(dá)到改變負(fù)載ZL中平均電流IL大小的目的~u實(shí)用中應(yīng)注意:如果驅(qū)動(dòng)的是感性負(fù)載，必須設(shè)置合理的關(guān)斷泄流回路，一方面可保護(hù)開關(guān)器件，另外也可起到消除對外電磁干擾的作用繼電器與電磁閥驅(qū)動(dòng)電路繼電器廣泛用于生產(chǎn)控制和電力系統(tǒng)中，具有接觸電阻小、流通電流大和耐壓高等優(yōu)點(diǎn)，至今仍無法用無觸點(diǎn)器件取代對繼電器或接觸器的驅(qū)動(dòng)，實(shí)際上是對其勵(lì)磁線圈電流通斷的控制。繼電器勵(lì)磁線圈所需的勵(lì)磁電源有直流與交流兩種。

交流繼電器的控制第二節(jié)步進(jìn)電機(jī)功率放大電路步進(jìn)電機(jī)是一種特殊的機(jī)電元件，不能直接接到交直流電源上工作，必須使用專用驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)框圖步進(jìn)電動(dòng)機(jī)簡稱步進(jìn)電機(jī)，可在開環(huán)條件下十分方便地將數(shù)字系統(tǒng)的脈沖數(shù)轉(zhuǎn)變成與其相對應(yīng)的角位移或線位移，因而是控制系統(tǒng)中常用的自動(dòng)化執(zhí)行元件附：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)簡介機(jī)理：將脈沖信號轉(zhuǎn)換成線位移或角位移的電機(jī)。每來一個(gè)電脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，帶動(dòng)機(jī)械移動(dòng)一小段距離又稱電脈沖馬達(dá)特點(diǎn)：(1)脈沖－步距角(2)頻率－轉(zhuǎn)速(3)脈沖順序－方向結(jié)構(gòu)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)主要由兩部分構(gòu)成：定子和轉(zhuǎn)子它們均由磁性材料構(gòu)成，其上分別有六個(gè)、四個(gè)磁極定子轉(zhuǎn)子定子繞組種類：可變磁阻型（VR型-Variable）其轉(zhuǎn)子、定子采用軟磁材料－無勵(lì)磁時(shí)無保持力利用定子繞組產(chǎn)生的反應(yīng)電磁力吸引用轉(zhuǎn)子運(yùn)行，又稱反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)永磁型（PM型-PermanentMagnetType）轉(zhuǎn)子用永久磁鐵，具有記憶能力（斷電后也能保持一定轉(zhuǎn)矩）利用定子磁場與轉(zhuǎn)子磁鐵的恒定磁場相互吸引與排斥產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩混合型（HB型-HybridType）、其轉(zhuǎn)子由永久磁鐵和軟磁鐵芯組成，是具有磁性的多齒結(jié)構(gòu)具有VR型步進(jìn)電機(jī)步距角小、響應(yīng)頻率高的優(yōu)點(diǎn)，而且還具有PM型步進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁功率小、效率高的優(yōu)點(diǎn)，是永磁型和可變磁阻型相結(jié)合的一種形式。故稱為混合型步進(jìn)電機(jī)。定子的六個(gè)磁極上有控制繞組，兩個(gè)相對的磁極組成一相注意：這里的相和三相交流電中的“相”的概念不同。步進(jìn)機(jī)通的是直流電脈沖，這主要是指線圖的聯(lián)接和組數(shù)的區(qū)別ABC定子轉(zhuǎn)子IAIBIC下面以反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例說明步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理工作方式步進(jìn)電機(jī)的工作方式可分為：三相單三拍、三相單雙六拍、三相雙三拍等三相單三拍：三相繞組中的通電順序?yàn)椋篈相

B相

C相通電順序也可以為：

A相C相B相

工作過程->A相通電，A方向的磁通經(jīng)轉(zhuǎn)子形成閉合回路->若轉(zhuǎn)子和磁場軸線方向原有一定角度，則在磁場的作用下，轉(zhuǎn)子被磁化，吸引轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子的位置力圖使通電相磁路的磁阻最小，使轉(zhuǎn)、定子的齒對齊停止轉(zhuǎn)動(dòng)A相通電使轉(zhuǎn)子1、3齒和AA'對齊。CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A3412同理，B相通電，轉(zhuǎn)子2、4齒和B相軸線對齊，相對A相通電位置轉(zhuǎn)30；C相通電再轉(zhuǎn)30。1C'342CA'BB'A這種工作方式，因三相繞組中每次只有一相通電，而且，一個(gè)循環(huán)周期共包括三個(gè)脈沖，所以稱三相單三拍三相單三拍的特點(diǎn)：（1）每來一個(gè)電脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過30。此角稱為步距角，用S表示。（2）轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向取決于三相線圈通電的順序，改變通電順序即可改變轉(zhuǎn)向三相單雙六拍三相繞組的通電順序?yàn)椋?/p>

AABBBCCCAA

共六拍工作過程：A相通電，轉(zhuǎn)子1、3齒和A相對齊。CA'BB'C'A3412所以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到兩磁拉力平衡的位置上。相對AA'通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)了15°（1）BB'

磁場對2、4齒有磁拉力，該拉力使轉(zhuǎn)子順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)A、B相同時(shí)通電（2）AA'

磁場繼續(xù)對1、3齒有拉力CA'BB'C'A3412總之，每個(gè)循環(huán)周期，有六種通電狀態(tài)，所以稱為三相六拍，步距角為15CA'BB'C'A3412B相通電，轉(zhuǎn)子2、4齒和B相對齊，又轉(zhuǎn)了15三相雙三拍三相繞組的通電順序?yàn)椋?/p>

AB

BC

CA

AB

共三拍。AB通電CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A3412BC通電以上三種工作方式，三相雙三拍和三相單雙六拍較三相單三拍穩(wěn)定，因此較常采用工作方式為三相雙三拍時(shí)，每通入一個(gè)電脈沖，轉(zhuǎn)子也是轉(zhuǎn)30，即S=30CA通電CA'BB'C'A3412實(shí)際步進(jìn)電動(dòng)機(jī)實(shí)際采用的步進(jìn)電機(jī)的步距角多為3度和1.5度，步距角越小，機(jī)加工的精度越高為產(chǎn)生小步距角，定、轉(zhuǎn)子都做成多齒的，圖中轉(zhuǎn)子40個(gè)齒，定子仍是6個(gè)磁極，但每個(gè)磁極上也有五個(gè)齒轉(zhuǎn)子的齒距等于360/40=9

，齒寬、齒槽各4.5為使轉(zhuǎn)、定子的齒對齊，定子磁極上的小齒，齒寬和齒槽和轉(zhuǎn)子相同工作原理：假設(shè)是單三拍通電工作方式（1）A相通電時(shí)，定子A相的五個(gè)小齒和轉(zhuǎn)子對齊。此時(shí)，B相和A相空間差120，含

120/9=齒A相和C相差240，含240/9=個(gè)齒所以，A相的轉(zhuǎn)子、定子的五個(gè)小齒對齊時(shí)，B相、C相不能對齊，B相的轉(zhuǎn)子、定子相差1/3個(gè)齒（3），C相的轉(zhuǎn)子、定子相差2/3個(gè)齒（6）若工作方式改為三相六拍，則每通一個(gè)電脈沖，轉(zhuǎn)子只轉(zhuǎn)1.5

同理，C相通電再轉(zhuǎn)3……（2）A相斷電、B相通電后，轉(zhuǎn)子只需轉(zhuǎn)過1/3個(gè)齒（3），使B相轉(zhuǎn)子、定子對齊f：電脈沖的頻率

轉(zhuǎn)速步進(jìn)機(jī)通過一個(gè)電脈沖,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度,稱為步距角m:一個(gè)周期的運(yùn)行拍數(shù)Zr：轉(zhuǎn)子齒數(shù)如：Zr=40,m=3時(shí)步距角減小步距角－增加齒數(shù)、運(yùn)行拍數(shù)三相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)序：ABCBCAACBABCCP單三拍驅(qū)動(dòng)三相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)序：雙三拍驅(qū)動(dòng)ABBCCABCCAABABCABCABCCP三相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)序：三相六拍驅(qū)動(dòng)ACBABBABCCAABABCCP一、環(huán)形脈沖分配器環(huán)形分配器的主要功能（1）脈沖分配把來自控制環(huán)節(jié)的時(shí)鐘脈沖串按一定的規(guī)律分配給步進(jìn)電機(jī)各相驅(qū)動(dòng)器的輸入端以控制勵(lì)磁繞組的導(dǎo)通或截止每來一個(gè)CP脈沖，環(huán)形分配器的輸出轉(zhuǎn)換一次。因此，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的高低、升速或降速、起動(dòng)或停止都完全取決于CP脈沖的有無或頻率（2）步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向環(huán)形分配器還必須接受控制器的方向信號，從而決定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向一、環(huán)形脈沖分配器環(huán)形分配器的主要功能（3）其它功能：①使能輸入②零狀態(tài)輸出③清零輸入④方式輸入一、環(huán)形脈沖分配器環(huán)形分配器的主要功能（3）其它功能：①使能輸入當(dāng)使能輸人信號有效時(shí)，才可以接受信號輸入時(shí)鐘脈沖串及其它信號；無效時(shí)，各種輸入信號都不起作用，環(huán)分維持原輸出狀態(tài)。②零狀態(tài)輸出所謂零狀態(tài)是指初始狀態(tài)，一般指狀態(tài)轉(zhuǎn)換表中的第一種狀態(tài)，對應(yīng)步進(jìn)電機(jī)的一種勵(lì)磁狀態(tài)。在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，每過一次零狀態(tài)，該輸出端出現(xiàn)一個(gè)脈沖一、環(huán)形脈沖分配器環(huán)形分配器的主要功能（3）其它功能：③清零輸入該輸入信號有效時(shí)將使環(huán)形分配器輸出置為零狀態(tài)④方式輸入一種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可能有多種勵(lì)磁方式，如四相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有單四拍、雙四拍、四相八拍勵(lì)磁方式，對應(yīng)的環(huán)形分配器應(yīng)該能提供這幾種勵(lì)磁方式的輸出。方式輸入就是對各種勵(lì)磁方式輸出的選通信號一、環(huán)形脈沖分配器環(huán)形分配器的主要功能（3）其它功能：④方式輸入如三相電機(jī)：A-B-C-A...

A-AB-B-BC-C-CA-A....

AB-BC-CA-AB....如四相電機(jī)：A-B-C-D-A...

A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A....

AB-BC-CD-DA-AB....一、環(huán)形脈沖分配器環(huán)形分配器的主要功能功能可以用硬件電路實(shí)現(xiàn)，也可以用軟件實(shí)現(xiàn)硬件：專用集成電路

用JK觸發(fā)器或D觸發(fā)器構(gòu)成

用通用的可編程邏輯器件GAL組成環(huán)形脈沖分配器的輸出電流很小，需要功率放大才能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)功率放大電路有單電壓、雙電壓、斬波型等....

一、環(huán)形脈沖分配器環(huán)形分配器的主要功能集成電路CH250是一種專為反應(yīng)式三相步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)的環(huán)形分配器，輸出驅(qū)動(dòng)電流能力小于1mA，工作頻率低于2MHz。器件管腳如圖DIP16封裝

CH250的管腳說明如下：A、B、C--A、B、C三相輸出端，R3、R6--分別為雙三拍運(yùn)行和三相六拍運(yùn)行的清零端，高電平有效R3=1、R6=0，則輸出ABC=110R3=0、R6=1，則輸出ABC=100CL、EN--脈沖信號CP輸入端，可任選之一使用若選用CL時(shí)，上升沿觸發(fā)，此時(shí)EN為使能端，EN=1時(shí)使能，EN=0時(shí)時(shí)禁止若選用EN時(shí),下降沿觸發(fā)，此時(shí)CL為使能端CL=0時(shí)使能，CL=1時(shí)禁止J3r、J3L、J6r、J6L--分別為雙三拍、三相六拍運(yùn)行正反轉(zhuǎn)控制端

這四個(gè)端必須而且只能有一端為高電平，其余為低電平R3

R6

CLENJ3r

J3L

J6r

J6L

功能

0

0↑11000雙三拍正轉(zhuǎn)↑10100雙三拍反轉(zhuǎn)↑10010三相六拍正轉(zhuǎn)↑10001三相六拍反轉(zhuǎn)↓1××××鎖定0↓1000雙三拍正轉(zhuǎn)0↓0100雙三拍反轉(zhuǎn)0↓0010三相六拍正轉(zhuǎn)0↓0001三相六拍反轉(zhuǎn)0↑××××鎖定1××××

鎖定×0××××10××××××A=1,B=1,C=001××××××A=1,B=0,C=0雙三拍三相六拍二、功率放大電路1、單電壓功率放大電路步進(jìn)電機(jī)控制中最簡單的一種驅(qū)動(dòng)電路L是步進(jìn)電機(jī)繞組電感；RL是繞組電阻；D是續(xù)流二極管，RC是外接的限流電阻，V是大功率開關(guān)晶體管。U電源電壓一般選擇在l0～100V左右，也有高達(dá)200V以上的。VU1、單電壓功率放大電路電機(jī)繞組L是感性負(fù)載，電路的電磁時(shí)間常數(shù)為:時(shí)間常數(shù)T越小，晶體管V從截止變成飽和導(dǎo)通時(shí)繞組的電流按指數(shù)曲線上升越快，達(dá)到穩(wěn)定電流值的時(shí)間就越短，時(shí)間常數(shù)T越大，電流上升越慢，達(dá)穩(wěn)定值時(shí)間就越長當(dāng)導(dǎo)通時(shí)間達(dá)到3T時(shí)，電流上升可以達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的95%，這時(shí)可認(rèn)為基本達(dá)穩(wěn)態(tài)值。其穩(wěn)態(tài)電流為：1、單電壓功率放大電路驅(qū)動(dòng)電路時(shí)間常數(shù)T對電機(jī)繞組的電流到達(dá)穩(wěn)態(tài)值的時(shí)間有極大關(guān)系，它影響到步進(jìn)電機(jī)的工作頻率T越小，電流到達(dá)穩(wěn)態(tài)的時(shí)間越短，則電機(jī)的工作頻率就可越高T越大，電流到達(dá)穩(wěn)態(tài)的時(shí)間越長，電機(jī)的工作頻率就越低簡單改進(jìn)方法

可用增大RC的方法減小驅(qū)動(dòng)電路時(shí)間常數(shù)繞組電流I

L的波形a）Ui頻率低時(shí)b）Ui頻率高時(shí)1、單電壓功率放大電路簡單改進(jìn)方法：可用增大RC方法但RC增大又會(huì)使穩(wěn)態(tài)電流值減小，從而影響電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，因此在增大RC的同時(shí)，也應(yīng)同時(shí)提高供電的電源電壓U保護(hù)回路：在V從飽和突然變成截止時(shí)，繞組中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很大的反電勢，這個(gè)反電勢和電源U迭加在一起加在晶體管V的集電極上時(shí)，很容易使晶體管擊穿，將續(xù)流二極管D反向接在V的集電極和電源U之間，使得在晶體管V在截止瞬間電機(jī)繞組產(chǎn)生的反電勢通過二極管D續(xù)流作用而衰減掉，從而保護(hù)了晶體管T不受損壞1、單電壓功率放大電路電路特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，工作效率低，高頻特性差。外接電阻RC消耗相當(dāng)大的一部分能量，一般只用于小功率步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。2、單電壓基本型改進(jìn)電路在外接電阻RC的兩端并聯(lián)了一個(gè)電容C，同時(shí)在續(xù)流回路中串聯(lián)一個(gè)電阻Rd2、單電壓基本型改進(jìn)電路在RC上并聯(lián)電容C可以改善步進(jìn)電機(jī)繞組的電流脈沖前沿特性。在功率晶體管V導(dǎo)通瞬間，電容相當(dāng)于短路，迫使流通過繞組的電流上升進(jìn)一步加快，這樣可使電流的前沿明顯變陡，從而提高了步進(jìn)電機(jī)的高頻性能。不過這種電路也有不足的地方，這就是在低頻工作時(shí)會(huì)使振蕩有所增加，導(dǎo)致低頻性能較差在續(xù)流回路中串聯(lián)一個(gè)抑制電阻Rd，可以改善續(xù)流回路的放電時(shí)間常數(shù)Td。如忽略了續(xù)流二極管D的內(nèi)阻，則有：2、單電壓基本型改進(jìn)電路顯然，Rd越大，Td越小，所以Rd可減少回路的放電時(shí)間常數(shù)Td，使繞組中電流脈沖的后沿變陡，電流下降時(shí)間變小，從而提高高頻工作時(shí)的性能但Rd選得太大，會(huì)使步進(jìn)電機(jī)的低頻性能明顯變壞，電磁阻尼作用減弱，共振加劇，晶體管V被擊穿的可能性增加一般情況下，抑制電阻Rd的最大值可以用晶體管V的集射極的極限電壓UCEO來計(jì)算，即：

3、單電壓恒流功率放大電路3、單電壓恒流功率放大電路用晶體管構(gòu)成的恒流源代替了外接電阻RC圖(a)中，晶體管V1、V2和L、RL、D1、Rd組成單電壓的基本功率放大電路，在電路中V1是功率放大管，V2是電流放大管,它們構(gòu)成復(fù)合管，組成了放大倍數(shù)足夠大的動(dòng)放級晶體管V3、二極管D2、D3、電阻Rb、Re組成了恒流源電路在電路中二極管D2、D3處于正向工作狀態(tài)，它們起穩(wěn)壓作用。設(shè)V3的基射極電壓為Ueb，電阻Re的壓降為URe，二極管D2、D3的正向壓降均為UD，即有:3、單電壓恒流功率放大電路在通常的情況下，二極管的飽和壓降UD為0.7V，UD=Ueb，所以流過Re的電流Ie為:

則流過電阻Re的電流Ie為:3、單電壓恒流功率放大電路只要Re是恒定的，則電流Ie也是恒定的。而Ie也就是流過電機(jī)繞組L的電流在恒流電路中晶體管V3工作在放大區(qū)，因而它有較大的等效電阻，對回路的時(shí)間常數(shù)有較大的改善電阻Re的取值一般很小，故在Re上的功耗很小。為了使V3的功耗下降，一般可采用較低電壓的電源。這樣可做到功耗小、特性好的效果3、單電壓恒流功率放大電路(b)是另一種恒流方法。其恒流原理與圖（a）一樣，只是恒流源接在電源端。恒流回路用穩(wěn)壓管取代二極管采用恒流功放電路和基本型單電壓功放電路相比，頻率特性基本一致，但是功耗大為降低，提高了電源的效率3、單電壓恒流功率放大電路3、雙電壓功率放大電路電機(jī)的控制繞組中串聯(lián)電阻可以減小時(shí)間常數(shù)，但會(huì)增加電路的功耗當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的工作頻率較高，且需要進(jìn)一步需要加快電流上升率時(shí)，可采用加大電源電壓的強(qiáng)迫的過壓勵(lì)磁的方法即在通電的瞬間用高電壓過壓驅(qū)動(dòng)，當(dāng)電流上升到步進(jìn)電機(jī)正常工作時(shí)所需要的電流時(shí)再轉(zhuǎn)入由低電壓供電因此雙電壓功率放大電路采用兩種電壓電源，一個(gè)是高電壓電源，另一個(gè)是低壓電源，故也稱高低壓功率放大電路。如圖3、雙電壓功率放大電路U1為高壓電源，大約為80～150V，U2是低壓電源，一般為5～20V左右V1是高壓電源的開關(guān)管，V2是功率驅(qū)動(dòng)管V1基極加上高壓電源開關(guān)控制信號UH，同時(shí)在V2的基極加上步進(jìn)控制信號UL。而且要求UH和UL上升沿的上升時(shí)刻一致，且UH的持續(xù)時(shí)間要比UL的短的多，其時(shí)間可以根據(jù)高壓源U1、電路的電磁時(shí)間常數(shù)來計(jì)算在一般的控制系統(tǒng)中，UH的信號是由UL信號產(chǎn)生的。把UL經(jīng)過一個(gè)微分電路之后再整形定時(shí)得到UH，在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中也可以用定時(shí)器或軟件產(chǎn)生UH及UL3、雙電壓功率放大電路（1）高電壓工作狀態(tài)當(dāng)UH、UL同時(shí)為高電平時(shí)，V1和V2同時(shí)飽和導(dǎo)通。由于V1導(dǎo)通，高壓電源U1加到二極管D1的負(fù)極，二極管D1因反向偏置而截止。高壓電源U1加在繞組和外接電阻RC上。這樣應(yīng)有穩(wěn)態(tài)電流I1為:高電源電壓U1對繞組供電，有利于提高電流的上升率，可以提高了步進(jìn)電機(jī)的工作頻率和高頻的力矩3、雙電壓功率放大電路（2）低電壓工作狀態(tài)當(dāng)UH由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，UL繼續(xù)為高電平，V1截止，V2繼續(xù)導(dǎo)通，低電壓電源U2通過二極管D1繼續(xù)對電機(jī)的繞組供電，故繞組中保持一定的穩(wěn)態(tài)電流。從而使電機(jī)這段時(shí)間內(nèi)保持相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩以完成步進(jìn)過程。在這段時(shí)間內(nèi)，繞組的電流基本保持為:

此電流不允許超過步進(jìn)電機(jī)的額定電流或者說可以將電機(jī)的額定電流代入上式來確定供電電源電壓U23、雙電壓功率放大電路（3）關(guān)斷狀態(tài)當(dāng)UH和UL都為低電平時(shí)，晶體管V1和V2均處于截止?fàn)顟B(tài)，高電壓電源U1和低電壓電源U2都被關(guān)斷，無法向電機(jī)繞組供電。但由于電機(jī)繞組是感性負(fù)載，在電源突然關(guān)斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的反電動(dòng)勢，該電勢力圖保持電流的原有大小和方向在電路中二極管D1、D2提供了泄放回路。反電勢通過RL、RC、D2、U2、U1、D1電流回路而泄放。在這個(gè)回路中，U1和U2是反向相接的，其等效電路如圖所示3、雙電壓功率放大電路（3）關(guān)斷狀態(tài)如果仍以二極管D1的負(fù)極端看作電源端，則加在繞組L上的電壓是

U=U2-U1＜0，說明在晶體管V1、V2截止的瞬間，加在繞組L上的電壓是負(fù)電壓，和原來加在繞組上的正電壓相反，加速了繞組內(nèi)反電勢的泄放過程，因此有較好的電流下降沿3、雙電壓功率放大電路(4)電路特點(diǎn)高速率的上升和下降沿。高頻特性相當(dāng)好，電源效率也較好高功耗較低，高頻工作時(shí)有較大的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩高壓產(chǎn)生的電流上沖作用在低頻工作時(shí)會(huì)導(dǎo)致輸入能量過大，使電機(jī)的低頻振蕩加重在高、低壓切換時(shí)電流不夠平滑，存在有谷點(diǎn)，影響步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性在中功率和大功率步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)中常用end4、斬波恒流功率放大電路雙電壓功率放大電路的缺點(diǎn)是在高低壓連接處電流出現(xiàn)谷點(diǎn)，這樣必然引起電磁轉(zhuǎn)矩在谷點(diǎn)時(shí)下降斬波恒流功率放大電路可以有效地克服這種不足，并且提高步進(jìn)電機(jī)的效率和電磁轉(zhuǎn)矩如圖一種典型的斬波恒流動(dòng)放電路

4、斬波恒流功率放大電路UI為步進(jìn)電機(jī)一相的脈沖信號，當(dāng)UI為高電平時(shí)，V5導(dǎo)通，D1發(fā)光，V1導(dǎo)通，V2截止，V3、V4導(dǎo)通。UI為高電平也將使V6、V7、V8導(dǎo)通。電機(jī)得電，繞組L中的電流上升，因此采樣電阻R12上的電壓降也隨電流的上升而增加，即電位US升高，當(dāng)繞組中的電流升到額定值以上時(shí)，US的電位將高于比較器A的同相輸入端的參數(shù)電壓UP，比較器A輸出負(fù)電壓，二極管D2導(dǎo)通。D2導(dǎo)通:將使V5截止，V1截止，V2導(dǎo)通，V3、V4截止，即關(guān)閉了電源U，電機(jī)斷電，但V7、V8仍然導(dǎo)通，故這時(shí)的反電勢有兩個(gè)泄放回路，4、斬波恒流功率放大電路兩個(gè)泄放回路：一個(gè)回路是L、RL、V8、R12、D3，另一個(gè)回路是L、RL、R13、D4、U、D3。由于RL是繞組電阻，R13是泄放電阻，兩個(gè)泄放回路的并聯(lián)電阻很小，所以泄放時(shí)間常數(shù)較大，繞組L中的電流泄放緩慢。當(dāng)電流降到額定值以下時(shí)，采樣電阻R12上產(chǎn)生的壓降US低于參考電壓UP，比較器A輸出高電平。二極管D2截止，晶體管V5又導(dǎo)通，并有V1導(dǎo)通、V2截止，V3、V4導(dǎo)通。電源U又加于繞組L，使其電流又上升。4、斬波恒流功率放大電路繞組L中的電流保持在額定值上下似鋸齒形波動(dòng)的很小的范圍內(nèi)。調(diào)整電阻R11或R12的值都可以改變電流的額定值。比較器A的開環(huán)增益對電流的平滑性有影響。增益越大，波動(dòng)越小。

4、斬波恒流功率放大電路當(dāng)UI為低電平時(shí)，V5截止，V1截止，V2導(dǎo)通，使V3、V4截止。V6、V7、V8截止，則電機(jī)斷電。繞組L中的電流通過RL、R13、D4、U、D3回路泄放這時(shí)相當(dāng)于對繞組L加上一個(gè)負(fù)電源-U，使電流下降速率提高，故電流泄放時(shí)間較短。4、斬波恒流功率放大電路從提高高頻工作頻率和電源效率的角度上看，斬波恒流功放電路是一種較好的功放電路。它可以用較高的電源電壓，同時(shí)無需外接電阻來限定額定電流和減少時(shí)間常數(shù)。由于電流波形頂部呈鋸齒波波動(dòng)，所以會(huì)產(chǎn)生較大的電磁噪聲。第三節(jié)

直流伺服電機(jī)的PWM功率放大電路功率放大電路主要有兩種類型一種是晶閘管功率放大電路一種是晶體管脈沖寬度調(diào)制（PWM）功率放大電路基本組成：磁極、電樞、電刷及換向片

在A、B兩電刷間加直流電壓時(shí)，電流便從A刷流入，由B刷流出。載流導(dǎo)體在磁場中受到電磁力，而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)距附：直流電動(dòng)機(jī)工作原理直流電動(dòng)機(jī)控制方式->電樞控制：（恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式）對于它激式直流電動(dòng)機(jī)，當(dāng)激磁電壓恒定，而負(fù)載轉(zhuǎn)矩一定時(shí)，升高電樞電壓，電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨之增高，反之，減小電樞電壓，電機(jī)的轉(zhuǎn)速就降低

當(dāng)電樞電壓極性改變后，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向也隨之改變。這種控制方式稱為電樞控制式，電樞繞組稱為控制繞組->勵(lì)磁磁場控制：（恒功率調(diào)速方式）電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與磁通Ф（也就是勵(lì)磁電流）成反比，即當(dāng)磁通減小時(shí)，轉(zhuǎn)速n升高；反之，則n降低與此同時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩Te是磁通Ф和電樞電流Ia的乘積（即Te=CTФIa），電樞電流不變時(shí)，隨著磁通Ф的減小，其轉(zhuǎn)速升高，轉(zhuǎn)矩也會(huì)相應(yīng)地減小所以，在這種調(diào)速方法中，隨著電動(dòng)機(jī)磁通Ф的減小，其轉(zhuǎn)速升高，轉(zhuǎn)矩也會(huì)相應(yīng)地降低。在額定電壓和額定電流下，不同轉(zhuǎn)速時(shí)，電動(dòng)機(jī)始終可以輸出額定功率，因此這種調(diào)速方法稱為恒功率調(diào)速直流電動(dòng)機(jī)靜態(tài)特性機(jī)械特性：指控制電壓恒定時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩變

化的關(guān)系TmTd1Td2Td3ω01ω02ω03ω0Ua1Ua2Ua3直流電動(dòng)機(jī)靜態(tài)特性調(diào)節(jié)特性：指轉(zhuǎn)矩恒定時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨控制電壓變

化的關(guān)系。UaTm1=0Tm2Tm3ω01ω02ω03ωUa1=0Ua2Ua3第三節(jié)

直流伺服電機(jī)的PWM功率放大電路脈寬調(diào)制使功率放大器中的晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)下，開關(guān)頻率保持恒定，通過調(diào)整開關(guān)周期內(nèi)晶體管導(dǎo)通時(shí)間的方法來改變輸出，使電機(jī)電樞兩端獲得寬度隨時(shí)間變化的電壓脈沖脈寬的變化，使電樞電壓的平均值也發(fā)生改變，從而達(dá)到調(diào)節(jié)速度的目的PWM方式的速度控制系統(tǒng)主要組成脈沖寬度調(diào)制器脈沖功率放大器第三節(jié)

直流伺服電機(jī)的PWM功率放大電路一、脈寬調(diào)制器作用：根據(jù)控制指令信號對脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制，以便用寬度隨指令變化的脈沖信號去控制大功率品體管的導(dǎo)通時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對電樞繞組兩端電壓的控制組成：由三角波發(fā)生器、加法器和比較器組成一、脈寬調(diào)制器三角波發(fā)生器用于產(chǎn)生一定頻率的三角波UT，經(jīng)加法器與輸入的指令信號UI相加，產(chǎn)生信號UI+UT，然后送入比較器脈寬調(diào)制器對信號波形的調(diào)制電路如下圖一、脈寬調(diào)制器

一、脈寬調(diào)制器(a)當(dāng)指令信號UI=0時(shí)，輸出信號UB為正負(fù)脈沖寬度相等，即占空比為50%的矩形脈沖(b,c)當(dāng)UI>0或UI<0時(shí)，輸出電壓的波形占空比已不在是50%，改變指令信號UI即可改變輸出電壓波形的脈沖寬度當(dāng)UI>0時(shí)，UB的正脈寬大于負(fù)脈寬，當(dāng)UI<0時(shí)，UB的負(fù)脈寬大于正脈寬,從而實(shí)現(xiàn)了脈寬調(diào)制。當(dāng)UI≥UTPP/2（UTPP是三角波的峰峰值）時(shí)，UB為一正直流信號；當(dāng)UI≤-UTPP/2時(shí)，UB為一負(fù)的直流信號有集成化的脈寬調(diào)制器芯片，如LM3524等有些單片機(jī)本身也具有PWM輸出功能，如80C552、8098、Atmega系列等，其輸出脈沖寬度及頻率可由編程確定二、開關(guān)功率放大電路作用：對脈寬調(diào)制器輸出的信號進(jìn)行放大，輸出具有足夠功率的信號，以驅(qū)動(dòng)直流伺服電動(dòng)機(jī)開關(guān)功率放大器常采用大功率晶體管構(gòu)成根據(jù)其功能分類，有單向的和雙向的根據(jù)其結(jié)構(gòu)分類，單極性的、雙極性的、有限單極性的1、單向驅(qū)動(dòng)放大電路最簡單的一種形式-電動(dòng)機(jī)只作單方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)其中一種是：電動(dòng)機(jī)的電壓和電流均為正，兩者的方向都是不可逆的特點(diǎn)：具有高的加速系統(tǒng)，減速性能卻很差，控制電路本身無減速制動(dòng)功能，僅僅靠系統(tǒng)的摩擦力和粘滯-阻尼來減速1、單向驅(qū)動(dòng)放大電路最簡單的一種形式-電動(dòng)機(jī)只作單方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)另一種是：單向驅(qū)動(dòng)放大電路加上動(dòng)力制動(dòng)電路可使電機(jī)在兩象限運(yùn)行電機(jī)單方向轉(zhuǎn)動(dòng)，但能通過改變驅(qū)動(dòng)電流而使電機(jī)的電流反向而形成制動(dòng)電流，產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩制動(dòng)電流是反電勢的函數(shù)，高速時(shí)有較大的制動(dòng)能力，而在零速附近電流將減少到零（1）直流電機(jī)無制動(dòng)狀態(tài)的不可逆PWM系統(tǒng)由大功率晶體管V1和二極管Dl、D2組成功率管的基極加脈寬調(diào)制信號Ub，則電動(dòng)機(jī)電樞兩端電壓Ua的波形如圖UbUa（1）直流電機(jī)無制動(dòng)狀態(tài)的不可逆PWM系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由平均電壓Ua決定當(dāng)改變功率晶體管在一個(gè)開關(guān)周期T內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間t1的長短，即可改變電樞兩端的平均電壓Ua的大小，從而控制了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速（1）直流電機(jī)無制動(dòng)狀態(tài)的不可逆PWM系統(tǒng)電樞電流是不能反向流動(dòng)的，它不能進(jìn)入第二象限運(yùn)行，即無制動(dòng)工作狀態(tài)這種系統(tǒng)在輕載(或空載)情況下還可能出現(xiàn)電樞電流斷續(xù)的現(xiàn)象（1）直流電機(jī)無制動(dòng)狀態(tài)的不可逆PWM系統(tǒng)

（1）直流電機(jī)無制動(dòng)狀態(tài)的不可逆PWM系統(tǒng)為簡化，圖中電流變化曲線用直線代替指數(shù)曲線。當(dāng)0≤t≤t1時(shí)，Vl飽和導(dǎo)通，并將電動(dòng)機(jī)與電源電壓Us接通,這時(shí)Us＞Eg,電流ia1按指數(shù)規(guī)律增長，電動(dòng)機(jī)將電源能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能傳遞給負(fù)載。同時(shí)因電流ia1的增加，向電樞回路中的電感La儲(chǔ)存磁能。當(dāng)t1＜t1≤T時(shí)，Vl管截止，則電動(dòng)機(jī)和電源斷開。這時(shí)電樞電感電動(dòng)勢eL=-La(dia1/dt)通過續(xù)流二極管D2將維持ia2的續(xù)流，電動(dòng)機(jī)將消耗儲(chǔ)存的磁能，電流減小。

（1）直流電機(jī)無制動(dòng)狀態(tài)的不可逆PWM系統(tǒng)在PWM方波信號的作用下，電樞電壓中包含有直流分量和交流分量，通常PWM的開關(guān)頻率比電動(dòng)機(jī)的截止頻率要高得多，因此電樞電壓中的交流分量將被電動(dòng)機(jī)所衰減，真正起作用的是直流分量，交流分量對轉(zhuǎn)速的影響是極其微小的。（2）帶制動(dòng)回路的不可逆PWM系統(tǒng)在工程實(shí)際中，直流伺服電動(dòng)機(jī)的不可逆驅(qū)動(dòng)，多采用快速性能好的帶制動(dòng)回路的不可逆控制。Vl是主控管，V2是輔助管兩路脈寬調(diào)制信號Ub1、Ub2加到Vl、V2的基極，且極性相反(a)基極電壓波形(b)電樞電壓波形

(c)電動(dòng)狀態(tài)電流波形(d)發(fā)電狀態(tài)電流波形

(e)輕載時(shí)的電流波形

(f)狀態(tài)圖有制動(dòng)的不可逆PWM控制電路0≤t＜t1期間Ub1為正，Ub2為負(fù)，V1飽和導(dǎo)通，V2截止，電動(dòng)機(jī)與電源Us接通；t1≤t＜T期間，Ub1為負(fù)，Ub2為正，V1截止，電動(dòng)機(jī)與電源Us斷開，V2飽和導(dǎo)通，提供了電流閉合通路。當(dāng)控制電壓的占空比α一定時(shí)，根據(jù)電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢Eg與PWM功率轉(zhuǎn)換電路輸出的平均電壓Ua之間的關(guān)系，電機(jī)可能出現(xiàn)不同的工作狀態(tài)。有制動(dòng)的不可逆PWM控制電路當(dāng)Ua＞Eg，Ia＞0時(shí)，電流的近似變化曲線如圖c所示，電動(dòng)機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)。0≤t＜t1，電流ia沿回路1從A點(diǎn)流向B點(diǎn)，電流逐漸增加。t1≤t＜T，盡管Vl管截止，但電樞電感La中的自感電動(dòng)勢將維持電流ia沿回路2繼續(xù)流動(dòng)。有制動(dòng)的不可逆PWM控制電路Eg＞Ua時(shí):當(dāng)脈寬調(diào)制器的控制電壓突然減小，或者電動(dòng)機(jī)在位能負(fù)載轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)下工作，會(huì)出現(xiàn)Eg＞Ua的情況，電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，這時(shí)電樞電流變化如圖d所示t1≤t＜T，V2在反電動(dòng)勢Eg和控制信號Ub2的作用下飽和導(dǎo)通，電流ia3經(jīng)V2沿回路3流動(dòng)，ia3的方向由B到A與反電動(dòng)勢Eg同向，產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩(能耗制動(dòng)狀態(tài))。0≤t＜t1，V2截止，這時(shí)因電樞電感的作用，電樞電流不允許突變，使Ladia/dt+Eg＞Us，電樞電流ia4維持在反方向由B到A，流動(dòng)的通路只能經(jīng)二極管Dl沿回路4閉合，將能量回饋給電源。有制動(dòng)的不可逆PWM控制電路由于某種原因，或者電動(dòng)機(jī)工作在輕載情況下，I≈0時(shí)，電動(dòng)和制動(dòng)狀態(tài)交替出現(xiàn)，電流的近似變化曲線如圖e所示，在一個(gè)開關(guān)周期之內(nèi)，四個(gè)電流閉合通路交替工作。為敘述方便，假設(shè)從t=t1開始，t1≤t＜T，開始時(shí)Vl管截止，續(xù)流電流ia2通過D2由A到B沿回路2減小到在t2時(shí)刻為零，然后在反電動(dòng)勢Eg的作用下，晶體管V2導(dǎo)通，電流ia3改變方向由B到A，沿回路3流動(dòng)，電動(dòng)機(jī)由電感放電的電動(dòng)狀態(tài)變?yōu)槟芎闹苿?dòng)狀態(tài)。有制動(dòng)的不可逆PWM控制電路由于某種原因，或者電動(dòng)機(jī)工作在輕載情況下，I≈0時(shí)，電動(dòng)和制動(dòng)狀態(tài)交替出現(xiàn)，電流的近似變化曲線如圖e所示，T≤t＜T＋t1，回饋制動(dòng)電流ia4沿回路4由B至A在t3時(shí)刻減小到零后，Vl管導(dǎo)通將電動(dòng)機(jī)和電源接通，電樞電流再次改變方向由A到B沿回路1流動(dòng)，電動(dòng)機(jī)又由回饋制動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱?dòng)狀態(tài)。具有制動(dòng)回路的不可逆PWM控制系統(tǒng)的電樞電流始終是連續(xù)的。2、雙向驅(qū)動(dòng)放大電路雙向驅(qū)動(dòng)放大電路能夠使電動(dòng)機(jī)以兩個(gè)方向運(yùn)行，可在四個(gè)象限控制?？赡鍼WM控制有三種工作模式：雙極模式、單極模式受限單極模式1)、雙極模式T型PWM功率轉(zhuǎn)換電路在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，作用到電樞上的電壓極性是正負(fù)交替的，雙極工作模式由此而得名。典型的雙極模式T型PWM功率轉(zhuǎn)換電路如圖

1)、雙極模式T型PWM功率轉(zhuǎn)換電路1)、雙極模式T型PWM功率轉(zhuǎn)換電路由大功率晶體管Vl、V2，二極管Dl、D2及兩個(gè)電源+Us、-Us組成。在0≤t＜t1期間，Vl飽和導(dǎo)通，V2截止，電動(dòng)機(jī)的電樞A、B兩端加上+Us。在t1≤t＜T期間，V2飽和導(dǎo)通，Vl截止，電動(dòng)機(jī)電樞A、B兩端加上-Us。當(dāng)控制信號為零時(shí)，t1=T/2，Vl和V2導(dǎo)通時(shí)間相等，電樞電壓的平均值Ua=UAB=0，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)，此時(shí)平均電流為零。當(dāng)控制信號為正時(shí)，有t1＞T/2，Ua＞0,電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)當(dāng)控制信號為負(fù)時(shí)，有t1＜T/2，Ua＜0,電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)其波形如圖

2)、雙極模式H型PWM功率轉(zhuǎn)換電路由四個(gè)大功率晶體管和四個(gè)續(xù)流二級管組成。四個(gè)大功率管分為兩組，Vl和V4為一組，V2和V3為另一組。同一組中的兩個(gè)晶體管同時(shí)導(dǎo)通、同時(shí)關(guān)斷，兩組晶體管之間交替地輪流導(dǎo)通和截止。輸出電壓和電流波形如圖8-2-12：

(a)V1、V4基極電壓(b)V2、V3基極電壓(c)電樞電壓波形

(d)電樞電流波形

(e)工作狀態(tài)圖圖表示在信號電壓為正時(shí)輕載情況下的波形。

圖表示在信號電壓為正時(shí)輕載情況下的波形。在0≤t＜t1期間，Ub1、Ub4為正，Ub2、Ub3為負(fù)，Vl和V4導(dǎo)通，V2、V3截止。當(dāng)Ua>Eg時(shí)，電樞電流ia沿回路1經(jīng)Vl和V4從A流向B，電動(dòng)機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)。在t1≤t＜T期間，Ub1、Ub2為負(fù)，晶體管Vl、V4截止；Ub2、Ub3為正，在電樞電感La的作用下，電樞電流ia沿回路2經(jīng)D3、D2繼續(xù)維持電流在原方向從A流向B，電動(dòng)機(jī)仍然工作在電動(dòng)狀態(tài)。受二極管D3、D2正向?qū)妷航档南拗?，晶體管V2、V3并不能導(dǎo)通。

假若在t=t2時(shí)刻正向電流ia衰減到零，則在t2≤t＜T期間，晶體管V2和V3在電源Us和反電動(dòng)勢Eg的作用下導(dǎo)通，電樞電流ia反向流通，亦即ia沿回路3經(jīng)晶體管V2、V3從B流向A，電動(dòng)機(jī)工作在反接制動(dòng)狀態(tài)。在T＜t≤t3期間，晶體管基極電壓改變極性，V2、V3截止，電樞電感La維持電流ia沿回路4經(jīng)二極管D4、Dl繼續(xù)從B流向A，電動(dòng)機(jī)仍工作在制動(dòng)狀態(tài)。假若在t=t3時(shí)刻，反向電流(-ia)衰減到零，那么在t3＜t＜t4期間，在電源電壓Us作用下，晶體管Vl、V4導(dǎo)通，電樞電流ia又沿回路1經(jīng)Vl、V4從A流向B，電動(dòng)機(jī)又工作在電動(dòng)狀態(tài)。

由此可見，即使在輕載情況下，電樞電流仍然是連續(xù)的，不會(huì)出現(xiàn)電流斷續(xù)，但其工作狀態(tài)呈電動(dòng)和制動(dòng)交替出現(xiàn)。

若電動(dòng)機(jī)的負(fù)載較重，或者最小負(fù)載電流大于電流脈動(dòng)量，則在工作過程中ia不會(huì)改變方向，電動(dòng)機(jī)始終都工作在電動(dòng)狀態(tài)，電壓、電流波形如圖（b）所示。假定電動(dòng)機(jī)原來處于高速正轉(zhuǎn)狀態(tài)，當(dāng)控制指令突然減小，電樞電壓Ua立即降低，使Eg>Ua。若在0＜t＜t1期間，由于電流不能突變，Ladia/dt+Eg＞Ua，電樞電流ia沿回路4經(jīng)由二極管D4、Dl從B流向A，把能量回饋給電源，電動(dòng)機(jī)工作在再生制動(dòng)狀態(tài)。若在t1≤t＜T期間，晶體管V2、V3導(dǎo)通，電流ia沿回路3經(jīng)V2、V3從B流向A，電動(dòng)機(jī)工作在反接制動(dòng)狀態(tài)。

從上面的簡單分析不難看出，電動(dòng)機(jī)不論運(yùn)行在何種工作狀態(tài)。在0≤t＜t1期間電樞電壓UAB總是等于+Us，在t1≤t＜T期間電樞電壓UAB總是等于-Us。雙極模式PWM控制的電樞電流無斷續(xù)現(xiàn)象。即使電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)電樞，電壓瞬時(shí)值不等于零，而是正、負(fù)脈沖電壓的寬度相等，電樞回路中流過一個(gè)交變的電流ia這個(gè)電流可使電動(dòng)機(jī)發(fā)生高頻顫動(dòng)，有利于減小靜摩擦，但同時(shí)也增大了電動(dòng)機(jī)的空載損耗。H型雙極模式PWM功率轉(zhuǎn)換電路只需要單一電源供電，晶體管的耐壓相對要求較低，缺點(diǎn)是電樞兩端電壓懸浮，不便于引出反饋，且基極驅(qū)動(dòng)回路數(shù)比T型電路多。高壓伺服電動(dòng)機(jī)較普遍采用H型電路。

H型雙極模式PWM功率轉(zhuǎn)換電路只需要單一電源供電，晶體管的耐壓相對要求較低，缺點(diǎn)電樞兩端電壓懸浮，不便于引出反饋，基極驅(qū)動(dòng)回路數(shù)比T型電路多。高壓伺服電動(dòng)機(jī)較普遍采用H型電路。三、同步式與異步式脈寬調(diào)制控制電路上面介紹的均是直流脈寬調(diào)制控制方法，并不改變輸出電壓的頻率。這種調(diào)制方法在低頻輸出時(shí)，諧波所產(chǎn)生的影響比較大，使調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。三、同步式與異步式脈寬調(diào)制控制電路在PWM控制中，常常用一系列等幅而不等寬的脈沖來代替正弦波，將正弦半波波形分成N等分，于是正弦半波可看成由N個(gè)彼此相連的