由于直流電機具有良好的制動(dòng)、調速性能，因此廣泛應用在航天、工業(yè)等領(lǐng)域。隨著(zhù)電力電子先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，脈寬調制(PWM)調速成為直流電機常用的調速方法，具有調速精度高、響應速度快、調速范圍寬和功耗低等優(yōu)點(diǎn)。而以H橋電路作為驅動(dòng)器的功率電路，更便于實(shí)現直流電機的四象限運行，包括正轉、正轉制動(dòng)、反轉、反轉制動(dòng)，應用在現代直流電機伺服系統中。
直流電機PWM調速控制原理
眾所周知，直流電動(dòng)機轉速公式為：n=(U-IR)/Kφ
其中U為電樞端電壓，I為電樞電流，R為電樞電路總電阻，φ為每極磁通量，K為電動(dòng)機結構參數。
直流電機轉速控制可分為勵磁控制法與電樞電壓控制法。勵磁控制法用得很少，大多數應用場(chǎng)合都使用電樞電壓控制法。隨著(zhù)電力電子技術(shù)的進(jìn)步，改變電樞電壓可通過(guò)多種途徑實(shí)現，其中脈沖寬度調制 (PWM)便是常用的改變電樞電壓的一種調速方法。其方法是通過(guò)改變電機電樞電壓接通時(shí)間與通電周期的比值(即占空比)來(lái)調整直流電機的電樞電壓U，從而控制電機速度。
PWM的核心部件是電壓-脈寬變換器，其作用是根據控制指令信號對脈沖寬度進(jìn)行調制，以便用寬度隨指令變化的脈沖信號去控制大功率晶體管的導通時(shí)間，實(shí)現對電樞繞組兩端電壓的控制。
電壓-脈寬變換器結構如圖1所示，由三角波發(fā)生器、加法器和比較器組成。三角波發(fā)生器用于產(chǎn)生一定頻率的三角波UT，該三角波經(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。比較器是一個(gè)工作在開(kāi)環(huán)狀態(tài)下的運算放大器，具有極高的開(kāi)環(huán)增益及限幅開(kāi)關(guān)特性。兩個(gè)輸入端的信號差的微弱變化，會(huì )使比較器輸出對應的開(kāi)關(guān)信號。一般情況下，比較器負輸入端接地，信號UI+UT從正端輸入。當UI+UT>0時(shí)，比較器輸出滿(mǎn)幅度的正電平；當UI+UT<0時(shí)，比較器輸出滿(mǎn)幅度的負電平。
電壓-脈寬變換器對信號波形的調制過(guò)程如圖2所示。由于比較器的限幅特性，輸出信號US的幅度不變，但脈沖寬度隨UI的變化而變化，US的頻率由三角波的頻率所決定。
當指令信號UI=0時(shí)，輸出信號US為正負脈沖寬度相等的矩形脈沖。
當UI>0時(shí)，US的正脈寬大于負脈寬。
當UI<0時(shí)，US的正脈寬小于負脈寬。
當UI≥UTPP/2時(shí)(UTPP是三角波的峰值)，US為一正直流信號;當UI≤UTPP/2時(shí)，US為一負直流信號。
