二 直流电机调速
直流电机原理
直流电压平衡方程
Ud = RaId – E 反电动势 E= Ke n 直流电动机调速方程
U d I d R n Ke Φ
三 直流电机调速电路
小功率直流调速采用直流PWM斩波控制 1. 半桥式斩波电路 电动机只能单方向电动运行，能耗 制动 2. 全桥式斩波电路 电机能正反运行（智能车只要单向） 反接制动——制动速度快，电流大， 制动时间长，电机会反转。
2. 全桥式（H型）斩波电路
1. 双极式斩波控制 2. 单极式斩波控制 3. 受限单极式斩波控制
Ton Ud E E T
Ton 占空比 ＝ T ,
（1）双极式斩波控制
T1、T3和T2、T4成对作PWM控制
模式1：T1、T3同时驱动导
通（T2和T4关断），电流 id1自 E+→T1→R→L→EM→T3→ E-,L电流上升。
电动势EM经过T4的通路，因此id
将断续，在断续区间ud=EM，平 均电压 Ud较电流连续时要抬高， 即电动机轻载时转速提高，机械 特性变软（图4.3）。
1.
2. 3. • •
全桥式（H型）斩波电路特点 双极式控制，两两对称导通，有直通现象， 开关损耗大 单极式控制，T1,T4互补导通，T3正转时导 通,T2反正转时导通，开关损耗减小。 T1,T4可能直通 受限单极式控制，无论正转或反转，都只 有一只开关管处于PWM方式（T1或T4），减 小了开关损耗和桥臂直通可能 全桥式电路是正反转控制电路，对智能车 不需要反转，但可以利用它进行反接制动， 制动快，但制动时间长可能反转。 建议采用受限单极式控制，损耗小，没有 直通现象，工作可靠。
第三讲
智能车电机驱动控制 设 计
一 智能车驱动要求：
1. 直流电动机是智能车前进的动力 2. 直流电机由7.2V蓄电池供电 3. 前进速度要求可以控制，加速，减速 ▲ 弯道时减速 ▲ 直道时加速通过 因此电机需要调压控制 4. 到达终点线时，在3米内停止 控制方案：a 终点线时切断电源，自由停车 b 能耗制动 c 反接制动
正转
反转
停止
α 从1→－1逐步变化，电动机电流id从正变到负 在变化过程中电流始终连续。 即使在α ＝0时，Ud＝0，电动机不是完全静止不动， 是在正反电流作用下微振。
（2）单极式斩波控制
T1、T4工作在互反的PWM状 态（调压） 以T2、T3控制电动机的转向
正转时：T3门极给正信号（恒通），T2门极给负信号（恒关断） 反转时：T2恒通，T3恒关断，减小T2、T3开关损耗和直通可能。
工况b：T1关断 电感L经D2续流
半桥式电路制动过程
工况c：T2导通 T1关断 电机反电势Em经T2，产 生电流，转速n下降－ 能耗制动。
工况d： T2关断 T1关断 电感L反电势EL使D1导 通，电感储能向电源E 充电
半桥式电路特点 1. 电路简单，用元件少 2. 能耗制动，不会产生反转，停车 准确 3. T1在PWM驱动时，T2不给脉冲， T2在PWM驱动时，T1不给脉冲。 防止了T1,T2同时导通
四
斩波电路的驱动控制
PWM的驱动信号采用锯齿波或三角波与脉宽控制 信号Uct比较产生。 单极性调制：载波（锯齿波）没有负值，是单 极性的。 双极性调制：锯齿波有正负值，控制信号 Uct可 以是正负直流。 集成模块，如SG1524/1527,TL494,MC34060, 可编程UC1840等
在－1≤ α < 0时，Ud <0,
电动机反转
模式3：－1≤α<0, Ud<0,即AB间电压反向
T2、T4被驱动导通电 流id3的流向： E+→T2→EM→L→R →T4→E-,L电流反向 上升，电动机反转。
模式4：在电动机反转状态， T2、T4关断
L电流经D1和D3续流， id4的流向： E→D3→EM→L→R→D2 →E+, L电流反向下降。
模式 2－2
在D4续流时，尽管T4被驱动，但是有导通的D4短接， T4不会导通。 但是电感续流结束后（负载较小情 况），D4截止，T4导通，电动机反电动势EM将通过 T4和D3形成回路（图4.13b），电流反向，电动机处 于能耗制动阶段，。
模式2－3
T4关断时，电感L将经 D1→E→D3放电（图4.13c）， 电动机处于回馈制动状态， ud=uAB =E。 电动机反转时的情况与正转 相似，模式4有类似的变化。
T U d on E E T
＝
Ton , T
Ton，在正转时是T1的导通时间，
在反转时是T4的导通时间， Ud：正转时为“＋”，反转时 应为“－”。
（3）受限单极式斩波控制
正转: T1受PWM控制,T3恒通； T4、T2恒关断 反转: T4受PWM控制, T2恒 通。 T1、T3恒关断 无论正转或反转，都只有一只开 关管处于PWM方式（T1或 T4），减小了开关损耗和桥臂 直通可能。 电流较小（轻载）时，没有反
五
半桥式电路设计
1. 半桥式PWM主电路
2 开关器件 • IRF4905
电力场效应管 P- 沟道 • 主要参数 VDSS -55V 漏－源电压 IDSS -25A 漏－源电流 IGSS ±100nA 栅极电流

IRF4905测试电路
• IRF3205L • 电力场效应管 • N- 沟道
• 主要参数 VDSS 55V 漏－源电压 IDSS 25A 漏－源电流 IGSS ±100nA 栅极电流
• IRF3205L测试电路
制作步骤
1 2 3 4 5 领取元件 在多孔板上排列元件 焊接 调试 按时上交作品
要求：电路排列整齐，焊接光滑、可靠 电机转动平稳，改变脉冲宽度可以调速。 制动可靠快速。
正转T1导通时状态与双极 式图4.11的模式1相同， 反转T4导通时的工作状态 和模式3相同。 不同在T1或T4关断时，电感L的续流回路模式2和模式4。
模式 2－1
正转T1关断时，因为T3恒 通，电感L经EM→T3→D4形 成回路，电感能量消耗在电 阻R上，ud=uAB =0。
模式 2－1
模式 2－2
1.
半桥式斩波电路
T1,T2 －功率场效
应管 T1（n型） ,T2 （p型） D1,D2 － 二极管 M － 电动机
Ton Ud E E T 经过T1的通断（PWM控制），调节电压Ud 改变电压Ud,电机转速改变－调压调速
半桥式调压电路
工况a：T1导通 电源E经T1给电机供电
调节脉冲宽可调Ud
模式2：T1、T3关断，T2、
T4驱动，因为电感电流不能立 即为0，电流id2的通路是E－ →D4→R→L→EM→D2→E+, L电流下降。因为电感经D2、 D4续流，短接T2和T4不能导通。
AB间电压Ud
2Ton Ud ( 1) E E T 2Ton ＝ 1 占空比 T
在Ton＝T时，α＝1；在Ton＝0时,α＝－1， 占空比的调节范围为－1≤α≤1。 在0<α≤1时，Ud>0, 电动机正转