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1绪论1.1背景直流调速技术的研究和应用已达到比较成熟的地步，尤其是随着全数字直流调速的出现，更提高了直流调速系统的精度及可靠性。
目前国内各大专院校，科研单位和厂家也都在开发直流调速装置，但大多数调速技术都是结合工业生产中，而在民用中应用相对较少，所以应用已有的成熟技术开发性能价格比高的，具有自主知识产权的直流调速单元，将有广阔的应用前景。
1.2直流电动机的调速方法本系统采用转速环和电流环双闭环结构,因此需要实时检测电机的电枢电流并把它作为电流调节器的反馈信号。
由电动机理论知，直流电动机的机械特性方程为T R C C C U n m e e Nφφ2N -=式中n N ——直流电动机的转速（r/min ）U N ——电动机的额定电压(v)：R ——电动机电枢电路总电阻(Ω)C e ——电动势常数(v·min ／r)； C m ——转矩常数，C m ＝9.55C e; T ——电动机电磁转矩(N·m)；φ——电动机磁通(wb)。
由上式可以知道：直流电动机的调速方法有三种：（1）调节电枢供电电压U 。
改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电压，从电动机额定转速向下变速，属恒转矩调速方法。
对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，这种方法最好。
I a 变化遇到的时间常数较小，能快速响应，但是需要大容量可调直流电源。
（2）改变电动机主磁通Φ。
改变磁通可以实现无级平滑调速，但只能减弱磁通进行调2速（简称弱磁调速），从电机额定转速向上调速，属恒功率调速方法。
I f变化时间遇到的时间常数同I a变化遇到的相比要大得多，响应速度较慢，但所需电源容量小。
（3）改变电枢回路电阻R。
在电动机电枢回路外串电阻进行调速的方法，设备简单，操作方便。
但是只能进行有级调速，调速平滑性差，机械特性较软；空载时几乎没什么调速作用；还会在调速电阻上消耗大量电能。
1.3选择PWM控制系统的理由脉宽调制器UPW 采用美国硅通用公司（Silicon General）的第二代产品SG3525，这是一种性能优良，功能全、通用性强的单片集成PWM 控制器。
0 前言在电气时代的今天，电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用，无论在工业农业生产、交通运输、国防航空航天、医疗卫生、商务与办公设备，还是在日常生活中的家用电器，都在大量地使用着各式各样的电动机。
据资料统计，现在有的90%以上的动力源来自于电动机，电动机与人们的生活息息相关，密不可分。
随着现代化步伐的迈进，人们对自动化的需求越来越高，使电动机控制向更复杂的控制发展。
直流电动机具有优良的调速特性,调速平滑、方便,调速范围广,过载能力大,能承受频繁的冲击负载,可实现频繁的无级快速起动、制动和反转,能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求。
直流调速技术不断发展，走向成熟化、完善化、系列化、标准化，在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代。
直流电机的数字控制是直流电动机控制的发展趋势，用单片机的数字控制的发展趋势,用单片机进行控制是实现电动机数字控制的最常用的手段。
由于电网相控变流器供电的直流电机调速系统能够引起电网波形畸变、降低电网功率因数，除此之外，该系统还有体积大、价格高、电压电流脉动频率低、有噪声等缺点。
而采用直流电动机的PWM调速控制系统可以克服电网相控调速系统的上述诸多缺点。
电动机的控制技术的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、电动控制技术、微机应用技术的最新发展成果。
正是这些技术的进步使电机控制技术在近20多年内发生了翻天覆地的变化，其中电动机的控制部分已由模拟控制逐渐让位于以单片机为主的微处理器控制，形成数字和模拟的混合控制系统和纯数字控制的应用，并曾向全数字化控制方向快速发展。
电动机的驱动部分所用的功率器件经历了几次更新换代，目前开关速度更快、控制更容易的全控型功率器件MOSFET和IGBT成为主流。
功率器件控制条件的变化和微电子技术的使用也使新型的电动控制方法能够得到实现，脉宽调制控制方法（PWM和SPWM）,变频技术在直流调速和交流调速中获得广泛的应用。
单相桥式PWM逆变电路设计一、设计原理单相桥式PWM逆变电路由整流桥、滤波电路、逆变桥和控制电路组成。
整流桥将输入的交流电转换为直流电，滤波电路对直流电进行平滑处理，逆变桥将直流电转换为交流电输出，控制电路对逆变桥进行PWM控制，调节输出电压的幅值和频率。
二、设计方法1.选择逆变桥和整流桥元件：根据输出功率的要求选择合适的逆变桥和整流桥元件，常见的有MOSFET、IGBT和二极管等。
2.设计滤波电路：通过选择合适的电容和电感元件，设计滤波电路对直流电进行平滑处理。
常见的滤波电路有LC滤波电路和RC滤波电路，可以根据具体情况选择合适的滤波电路。
3.设计控制电路：控制电路是单相桥式PWM逆变电路的关键部分，通过控制电路对逆变桥进行PWM调制，实现对输出电压的控制。
常见的控制方法有脉宽调制（PWM）和脉振宽调制（PPWM），可以根据实际需求选择合适的控制方法。
4.稳定性分析和保护措施：在设计过程中需要考虑逆变电路的稳定性和保护措施。
通过稳定度分析和保护措施的选择，可以提高逆变电路的可靠性和安全性。
5.实验验证和调试：设计完成后需要进行实验验证和调试，对电路进行性能测试和参数调节，确保逆变电路的正常工作。
三、设计注意事项1.选择合适的元件：在设计过程中需要根据具体要求选择合适的元件，包括逆变桥、整流桥、滤波电路和控制电路等。
合理选择元件能够提高电路的性能和可靠性。
2.稳定性和保护措施：在设计过程中需要考虑逆变电路的稳定性和保护措施。
通过分析稳定性和选择保护措施，可以防止电路因过电流、过压等故障而损坏。
3.实验验证和调试：设计完成后需要进行实验验证和调试，对电路进行性能测试和参数调节，确保逆变电路的正常工作。
及时调试和修改电路中存在的问题，确保电路的性能满足设计要求。
四、总结单相桥式PWM逆变电路是一种常见的电力电子转换电路，设计涉及到逆变桥、整流桥、滤波电路和控制电路等方面。
通过选择合适的元件、稳定性分析和保护措施以及实验验证和调试，可以设计出性能优良、稳定可靠的逆变电路。
单相桥式PWM逆变电路设计介绍单相桥式PWM逆变电路的背景和重要性单相桥式PWM逆变电路是一种常见的电力电子技术应用，广泛用于交流电能转换为直流电能的场合。
由于其高效、可靠的特点，被广泛运用于电力系统中的UPS（不间断电源）、电机驱动和太阳能逆变器等领域。
在现代电力系统中，交流电能的应用日益增多，而很多电子设备却需要使用直流电能。
因此，采用桥式PWM逆变电路来实现交流电与直流电的转换是非常必要和重要的。
本文将详细讨论单相桥式PWM逆变电路的设计原理和关键技术。
首先，将介绍PWM技术的基本原理，并解释为什么选择桥式逆变器。
其次，将详细讲解桥式逆变器的工作原理和电路结构。
最后，将给出一种基于控制策略的桥式逆变器设计方案。
通过本文的研究，读者将能够深入了解单相桥式PWM逆变电路的设计原理和实践应用，为电力系统和电子设备的设计提供有益的参考。
单相桥式PWM逆变电路是一种常用的电力电子变换器。
它通过控制开关器件的开关周期和占空比，将直流电源转换为交流电源，实现电能的变换和调节。
该逆变电路的基本组成包括：单相桥式整流电路：它由四个可控开关器件组成，通常使用MOSFET或IGBT等器件，用于将交流电源转换为直流电源。
PWM调制电路：PWM调制电路通过控制开关器件的开关周期和工作占空比，可以实现输出电压的调节和波形控制。
滤波电路：滤波电路用于平滑输出电压，去除输出电压中的高频噪声和谐波。
输出变压器：输出变压器用于将逆变电路的输出电压变换为所需的电压等级。
单相桥式PWM逆变电路的工作原理是：首先，经过单相桥式整流电路的整流，将交流电源转换为直流电源；然后，通过PWM 调制电路控制开关器件的开关周期和工作占空比，将直流电源转换为交流电源；最后，经过滤波电路的处理，输出平滑的交流电压。
这样，单相桥式PWM逆变电路实现了将直流电源转换为交流电源的功能，可以广泛应用于电力电子变换器、逆变电源、变频调速等领域。
本文讨论了单相桥式PWM逆变电路的设计步骤和注意事项。
电力电子pwm课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解电力电子PWM（脉宽调制）技术的基本原理，掌握PWM技术的分类及其在电力电子装置中的应用。
2. 学生能掌握PWM波的生成方法和控制策略，了解不同调制策略对电力电子器件工作状态的影响。
3. 学生能了解PWM技术在电力系统中的节能效果和优化作用。
技能目标：1. 学生具备运用PWM技术进行电力电子装置设计和调试的能力，能独立完成简单的PWM控制器搭建。
2. 学生能运用所学知识分析和解决实际电力电子工程中与PWM相关的问题，提高实践操作能力。
情感态度价值观目标：1. 学生通过学习PWM技术，培养对电力电子工程的兴趣和热情，增强对新能源技术发展的关注。
2. 学生在学习过程中，养成合作、探究、创新的精神，提高自主学习能力和解决问题的能力。
3. 学生了解PWM技术在节能减排和环境保护方面的重要性，培养环保意识和责任感。
课程性质：本课程为电力电子技术领域的一门专业课程，具有理论性与实践性相结合的特点。
学生特点：学生为高年级本科生，具备一定的电力电子基础知识和实验技能。
教学要求：注重理论与实践相结合，强调学生在学习过程中发挥主动性和创造性，培养实际操作能力。
通过课程学习，使学生能够将所学知识应用于实际电力电子工程中，为我国新能源和电力电子技术的发展贡献力量。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. 电力电子PWM技术基本原理：介绍PWM技术的基本概念、分类及其在电力电子装置中的应用。
- 教材章节：第3章“电力电子PWM技术”2. PWM波的生成与控制策略：讲解PWM波的生成方法、控制策略及其对电力电子器件工作状态的影响。
- 教材章节：第4章“PWM波的生成与控制策略”3. PWM技术在电力系统中的应用：分析PWM技术在电力系统中的节能效果、优化作用及其在新能源领域的应用。
- 教材章节：第5章“PWM技术在电力系统中的应用”4. PWM控制器设计与调试：教授PWM控制器的设计方法、调试技巧，使学生具备实际操作能力。
****学院课程设计电子电气工程院电气工程及其自动化专业题目PWM控制直流调速系统设计学生姓名****班级***学号指导教师完成日期2010 年12 月28 日摘要以电力电子学和电机调速技术为基础，本设计了一种基于PWM控制技术的直流电机调速控制系统;为了得到好的动静态性能，该控制系统采用了双闭环控制。
霍尔电流传感器与测速电机共同实现速度控制的功能，同时完成了人机交互的任务。
对于调速系统中要用到的大功率半导体开关器件，本文选用的是IGBT。
论文中对IGBT应用时要注意的各个技术方面进行了详细的讨论，给出了专用IGBT驱动芯片SG3525的内部结构和应用电路。
论文对PWM控制的原理进行了说明，重点对集成PWM控制器SG3525做了介绍，分析了SG3525的内部结构和外部电路的接法，并给出了它在系统中的应用电路。
论文对系统中用到测速电机和霍尔电流传感器的原理和应用也进行了介绍。
最后分析了系统的静动态特性，结果表明双闭环控制对系统的性能有很大的改善，即双闭环控制系统有响应快，静态稳定性好的特点。
关键词: IGBT；PWM控制；双闭环AbstractTo the power electronics and motor technology as the foundation, The design of a PWM control technology based on the DC motor speed control system; In order to obtain a good dynamic and static properties, The control system uses a double-loop control. Hall current sensor and guns together to achieve the motor speed control function, while the completion of the HCI mission.Speed Control System for the use of the power semiconductor devices, the paper uses the IGBT. The thesis of IGBT application to the attention of the various technical aspects of detailed discussions, given the exclusive IGBT driver IC SG3525 the internal structure and application circuit. PWM control of the paper, the principle of the note, with a focus on integrated PWM controller SG3525 made a presentation the SG3525 analysis of the internal structure and external circuit access method, and gives it a system of circuit. Papers on gun systems used motor and Hall current sensor application of the principle and also introduced. Finally, the paper analyzes the static and dynamic characteristics of the results shows that the closed-loop control on the performance of the system is greatly improved. that is, double-loop control system is fast response, good static stability characteristics.Keywords: IGBT; PWM control; Double Closed-loop目录第1章引言 (1)1.1课题来源 (1)1.2 直流电动机的调速方法介绍 (1)1.3 选择PWM控制系统的理由 (3)1.5 设计技术指标要求 (4)第2章 PWM控制直流调速系统主电路设计 (4)2.1 主电路结构设计 (4)2.1.1电路组成及系统分析 (4)2.2电路总体介绍 (5)2.2.1主电路工作原理 (5)2.2.2降压斩波电路与电机的电动状态 (6)2.2.3升压斩波电路与电机的制动状态 (6)2.2.4半桥电路与电机的电动和制动运行状态 (6)2.2.5电机可逆运行的实现 (7)2.3 PWM变换器介绍 (7)2.4.2 缓冲电路参数 (14)2.4.3 泵升电路参数 (14)第3章PWM控制直流调速系统控制电路设计 (16)3.1控制电路设计 (16)3.1.1 SG3525的应用 (16)3.1.2 SG3525芯片的主要特点 (16)3.1.3 SG3525引脚各端子功能 (17)3.1.4 SG3525的工作原理 (18)3.2 LM1413的应用 (19)3.3脉冲变压器的应用 (19)3.4速度调节器（ST-1） (19)3.5电枢电流调节器（LT-1） (21)3.6速度变换单元（FBS） (22)3.7电流检测 (23)3.8 脉冲变压器 (23)3.9 给定单元 (24)结束语 (25)致谢 (26)参考文献 (27)第1章引言1.1课题来源目前，直流调速技术的研究和应用已达到比较成熟的地步，尤其是随着全数字直流调速的出现，更提高了直流调速系统的精度及可靠性。
控制系统课程设计设计题目：H型双极式PWM直流调速系统设计学生姓名：***学号：200515221108专业班级：05自动化1班学部：信息科学与技术部指导教师：***2008 年11 月28 日河北理工大学本科生课程设计成绩总评表学部：信息科学与技术部班级：05自动化1班注：设计总成绩=说明书评定成绩（60%）＋答辩成绩（40%）设计任务书(一)性能指标要求：稳态指标：系统无静差动态指标：%5≤i σ；空载起动到额定转速时%10≤n σ。
(二)给定电机及系统参数：P N = 220W , U N = 48V , I N =3.7A ,2=λ，n N = 200r/min ，R a = 6.5Ω 电枢回路总电阻R =8Ω 电枢回路总电感L = 120mH 电机飞轮惯量GD 2 = 1.29Nm 2(三)设计步骤及说明书要求： 1 画出系统结构图，并简要说明工作原理。
2 根据给定电机参数，设计整流变压器，并计算变压器容量及副边电压值;选 择整流二极管及开关管的参数，并确定过流、过压保护元件参数。
3分析PWM 变换器，脉宽调制器（UPW ）及逻辑延时（DLD ）工作原理。
4 设计ACR 、ASR 并满足给定性能指标要求。
5 完成说明书，对构成系统的各环节分析时，应先画出本环节原理图，对照分析。
6打印说明书（A4），打印电气原理图（A4）。
目录一引言 (1)二系统构成和原理 (1)三 PWM主电路设计 (3)四电流调节器和转速调节器的设计 (4)4.1 电流调节器ACR的设计 (4)4.2转速调节器ASR设计 (4)4.2.1电流环等效闭环传递函数 (7)4.2.2转速调节器结构的选择 (8)4.2.3时间常数的确定 (8)4.2.4转速调节器参数的选择 (8)4.2.5校验近似条件 (8)4.2.6校核转速超调量 (8)4.2.7转速调节器的实现 (9)五基于SG3525 为核心构成的控制电路 (9)5.1 SG3525芯片的内部结构及工作原理 (9)5.2逻辑延时环节 (10)六驱动电路设计 (11)七电流反馈和转速反馈电路设计 (12)7.1电流反馈电路设计 (12)7.2转速反馈电路设计 (13)八结束语 (13)九参考文献 (15)十总电路图 (16)1引言直流电动机由于有着广泛的起制动性能，宜于在广泛范围内平滑调速，且直流拖动系统在理论上和实践上都比较成熟，因而目前应用广泛。
学院电力电子课程设计题目： DC/DC PWM控制电路的设计小组成员：学号：学部（系）：机械与电气工程学部专业年级：电气133指导教师：2 年 12 月 16 日目录一、总体设计方案....................... 错误!未定义书签。
二、设计原理及各部分功能............... 错误!未定义书签。
三、实验所得的各个波形................. 错误!未定义书签。
四、TL494及相关器件说明................ 错误!未定义书签。
五、总结及心得体会................................. - 8 -一、总体设计方案题目DC/DC PWM控制电路的设计●题目介绍电力电子电路控制中广泛应用着脉冲宽度调制技术（Pulse Width Modulation, 简称PWM），将宽度变化而频率不变的脉冲作为电力电子变换电路中功率开关管的驱动信号，控制开关管的通断，从而控制电力电子电路的输出电压以满足对电能变换的需要。
由于开关频率不变，输出电压中的谐波频率固定，滤波器设计比较容易。
本课程设计主要采用比较常用的PWM集成芯片TL494（也可用其它芯片）完成设计，让同学们初步掌握PWM控制电路的设计方法。
●课设要求1. 设计基于PWM芯片的控制电路，包括外围电路。
按照单路输出方案进行设计，开关频率设计为10KHz；具有软起动功能、保护封锁脉冲功能，以及限流控制功能。
电路设计方案应尽可能简单、可靠。
2. 实验室提供面包板和器件，在面包板或通用板上搭建设计的控制电路。
3. 设计并搭建能验证你的设计的外围实验电路，并通过调试验证设计的正确性。
4. 扩展性设计：增加驱动电路部分的设计内容。
二、设计原理本次实验所用芯片为TL494芯片，TL494是美国德州仪器公司生产的一种电压驱动型脉宽调制控制集成电路，主要应用在各种开关电源中。
TL494的内部电路由基准电压产生电路、振荡电路、间歇期调整电路、两个误差放大器、脉宽调制比较器以及输出电路等组成。
电力电子技术中的PWM调制技术详解在现代工业领域中，电力电子技术扮演着至关重要的角色。
PWM （脉宽调制）技术作为电力电子技术的核心之一，已经广泛应用于各种电源和驱动系统中。
本文将深入探讨PWM调制技术的原理、应用和优势。
1. PWM调制技术的原理PWM调制技术是通过改变脉冲宽度的方式来控制电路输出的一种方法。
其基本原理是将模拟信号转换为脉冲信号，通过调整脉冲的宽度来控制输出电压或电流的大小。
PWM信号的脉冲宽度与所需输出信号的幅值成正比。
在PWM调制技术中，常用的脉冲产生方法包括比较器法、计数器法和改进型PWM等。
其中，比较器法是最常用的一种方法。
该方法通过一个比较器将输入信号与一定频率、恒定幅度的三角波进行比较，从而产生脉冲宽度调制的信号。
2. PWM调制技术的应用PWM调制技术已经广泛应用于各种电力电子设备和系统中。
以下是几个常见的应用领域：2.1 变频调速系统PWM调制技术在变频调速系统中起到了关键作用。
通过调整PWM 信号的脉冲宽度，可以实现对电机转矩和转速的精确控制。
这种技术的应用使得电机的运行更加稳定、高效，并且节省能源。
2.2 电力逆变器电力逆变器是将直流电能转换为交流电能的设备，广泛应用于太阳能发电、风能发电等领域。
PWM调制技术能够有效地控制逆变器的输出波形质量，提高逆变器的效率和稳定性。
2.3 电源管理系统在电源管理系统中，PWM调制技术能够实现电源的高效转换和稳定输出。
通过精确控制PWM信号的脉冲宽度，可以实现电源的输出电压的调节和稳定，以满足不同电器设备的需求。
3. PWM调制技术的优势PWM调制技术相比传统的模拟控制方法具有以下优势：3.1 高精度控制PWM调制技术能够精确调节输出信号的幅度，通过调整脉冲宽度来实现高精度控制。
这种精准性在很多需要精确控制的领域非常重要，比如电机调速系统和逆变器控制系统。
3.2 高效能转换由于PWM调制技术只有两种状态（高电平和低电平），因此能量损耗相对较小，能够实现高效率的能量转换。
新疆工业高等专科学校电气与信息工程系课程设计说明书可逆直流PW碉速系统设计专业班级：电气自动化09—40 ( 1)班学生姓名：钱杰指导教师：何颖完成日期：2011-6-2新疆工业高等专科学校电气与信息工程系课程设计任务书2011/12学年学期2011年6月2日教研室主任（签名）系（部）主任（签名）年月曰新疆工业高等专科学校电气与信息工程系课程设计评定意见设计题目：可逆直流PWM调速系统学生姓名：钱杰专业电气自动化班级09—40 (1)班评定意见:评定成绩：_____________指导教师(签名)：_______________ 年月曰评定意见参考提纲：1•学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求。
2•学生的勤勉态度。
3•设计或说明书的优缺点，包括：学生对理论知识的掌握程度、实践工作能力、表现出的创造性和综合应用能力等。
摘要本文介绍了一种基于PWM 信号，采用H 桥对直流电机进行调压调速的驱动电路，利用PWM 调节导通时间来改变输出波形的宽度，从而达到调压调速的目的。
在这次的电力电子设计中我们小组经过商量讨论后，采用的是二极管的桥式连接和绝缘栅型三极管构成的桥式连接，来调节直流电机可逆，控制宽度调节输出波形的时间，来实现调速，方案制定后我们开始用仿真。
我们组经过调式后，满足了可逆和调速。
关键词：脉宽调制；H桥驱动电桥；PR0TE1&真；电机原理目录1 基本原理. (1)1.1直流电机工作原理及基本结构 (1)1.1.1直流电机基本工作原理 (1)1.1.2直流电机结构 (2)2. PWM基本介绍 (4)2.1PWM控制调速原理 (4)2.2脉宽调制变换器 (5)2.3桥式可逆PWM换器 (6)2.4．调试过程 (9)总结与体会 (11)致谢 (12)参考文献........................ 错误! 未定义书签。
附录 A (14)附录 B (15)1基本原理1.1直流电机工作原理及基本结构1.1.1直流电机基本工作原理在电工课程中，我们已经知道通电导体在磁场中会受到电磁力的作用--电磁力定律。
电动机就是应用这个定律工作的。
图1.1是直流电动机的原理图。
电枢绕组通过电刷接到直流电源上，绕组的旋转轴与机械负载相联。
电流从电刷A 流入电枢绕组，从电刷B流出。
电枢电流la与磁场相互作用产生电磁力F,其方向可用左手定则判定。
这一对电磁力所形成的电磁转矩T，使电动机电枢逆时针方向旋转。
如上图a所示。
当电枢转到上图b所示位置时，由于换向器的作用，电源电流la仍由电刷A流入绕组，由电刷B流出。
电磁力和电磁转矩的方向仍然使电动机电枢逆时针方向旋转。
电枢转动时，割切磁力线而产生感应电动势，这个电动势（用右手定则判定）的方向与电枢电流la和外加电压U的方向总是相反的，称为反电动势Ea。
它与发电机的电动势E 的作用不同。
发电机的电动势是电源电动势，在外电路产生电流。
而Ea是反电动势，电源只有克服这个反电动势才能向电动机输入电流。
可见，电动机向负载输出机械功率的同时，电源却向电动机输入电功率，电动机起着将电能转换为机械能的作用。
发电机和电动机两者的电磁转矩T的作用是不同的。
发电机的电磁转矩是阻转矩，它与原动机的驱动转矩T1的方向是相反的。
电动机的电磁转矩是驱动转矩，它使电枢转动。
电动机的电磁转矩T必须与机械负载转矩T2及空载损耗转矩T o相平衡，即T= T2十T o。
当电动机轴上的机械负载发生变化时，则电动机的转速、反电动势、电流及电磁转矩将自动进行调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。
可见，直流电机作发电机运行和作电动机运行时，虽然都产生电动势和电磁转矩，但两者作用截然相反。
图1.1直流电机原理图1.1.2直流电机结构我们讨论电机及其它电器的结构，目的在于了解它们各主要部件的名称、作用、相互组装及动作关系。
以利正确选用和使用。
电机的结构是由以下几方面的要求来确定的。
首先是电磁方面的要求：使电机产生足够的磁场，感应出一定的电动势，通过一定的电流，产生一定的电磁转矩，要有一定的绝缘强度。
其次是机械方面的要求：电机能传递一定的转矩，保持机械上的坚固稳定。
此外，还要满足冷却的要求，温升不能过高；还要考虑便于检修，运行可靠等。
从电机的基本工作原理知道，电机的磁极和电枢之间必须有相对运动，因此，任何电机都有固定不动的定子和旋转的转子两部分组成，在这两部分之间的间隙叫空气隙。
下面介绍直流电机的结构。
图1.2是直流电机结构图。
图1.2直流电机结构图1—风扇2 —机座3 —电枢4 —主磁极 5 —刷架6 —换向器7 —接线板8 —出线盒9换向磁极10 —端盖主磁极：主磁极的作用是产生主磁通©，主磁极铁心包括极心和极掌两部分。
极心上套有励磁绕组，各主磁极上的绕组一般都是串联的。
直流电机的磁极如图所示。
极掌的作用是使空气隙中磁感应强度分布最为合适。
改变励磁电流I f的方向，就可改变主磁极极性，也就改变了磁场方向。
换向磁极：在两个相邻的主磁极之间中性面内有一个小磁极，这就是换向磁极。
它的构造与主磁极相似，它的励磁绕组与主磁极的励磁绕组相串联。
换向磁极的作用是产生附加磁场，改善电机的换向，减小电刷与换向器之间的火花，不致使换向器烧坏。
主磁极中性面内的磁感应强度本应为零值，但是，由于电枢电流通过电枢绕组时所产生的电枢磁场，使主磁极中性面的磁感应强度不能为零值。
于是使转到中性面内进行电流换向的绕组产生感应电动势，使得电刷与换向器之间产生较大的火花。
用换向磁极的附加磁场来抵消电枢磁场，使主磁极中性面内的磁感应强度接近于零，这样就改善了电枢绕组的电流换向条件，减小了电刷与换向器之间的火花。
电刷装置：电刷装置主要由用碳一石墨制成导电块的电刷、加压弹簧和刷盒等组成。
固定在机座上（小容量电机装在端盖上）不动的电刷，借助于加压弹簧的压力和旋转的换向器保持滑动接触，使电枢绕组与外电路接通。
电刷数一般等于主磁极数，各同极性的电刷经软线汇在一起，再引到接线盒内的接线板上，作为电枢绕组的引出端。
机座：机座用铸钢或铸铁制成。
用来固定主磁极、换向磁极和端盖等，它是电机磁路的一部分。
机座上的接线盒有励磁绕组和电枢绕组的接线端，用来对外接线。
端盖：端盖由铸铁制成，用螺钉固定在底座的两端，盖内有轴承用以支撑旋转的电枢。
转子又称电枢，是电机的旋转部分。
它由电枢铁心、绕组、换向器等组成。
电枢铁心：电枢铁心由硅钢片冲制迭压而成，在外圆上有分布均匀的槽用来嵌放绕组。
铁心也作为电机磁路的一部分。
绕组：绕组是产生感应电动势或电磁转矩，实现能量转换的主要部件。
它是由许多绕组元件构成，按一定规则嵌放在铁心槽内和换向片相连，使各组线圈的电动势相加。
绕组端部用镀锌钢丝箍住，防止绕组因离心力而发生径向位移。
换向器：换向器由许多铜制换向片组成，外形呈圆柱形，片与片之间用云母绝缘。
为了使电机安全而有效地运行，制造厂对电机的工作条件都加以技术规定。
按照规定的工作条件进行运行的状态叫做额定工作状态。
电机在额定工作时的各种技术数据叫做额定值，一般加下标e表示。
这些额定值都列在电机的铭牌上，使用电机前，应熟悉铭牌。
使用中的实际值，一般不应超过铭牌所规定的额定值。
2. PWM 基本介绍自从全控型整流电力电子器件问世以后，就出现了采用脉冲宽度调制的高频开关 控制方式，形成了脉宽调制变换器一直流电动机调速系统，简称直流脉宽调速系统， 或直流PWI 调速系统。
PWM 系统在很多方面有较大的优越性： 主电路线路简单，需用的功率器件少； 开关频率咼，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小； 低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达 1: 10000左右； 若与快速响应的电动机配合，贝U 系统频带宽，动态响应快，动态抗干扰能力强； 功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大， 因而装置效率较高；直流电源采用不控整流时，电网效率因数比相控整流器高。
由于上述优点，在中、小容量的高动态性能系统中，直流PW 碉速系统的应用日益广泛。
2.1 PWM 控制调速原理直流电机PW 调速的基本原理图如图2.1。
可控开关S 以固定的周期重复地接通和断开，当开关S 接通时，直流供电电源U 通过开关S 施加到直流电机两端，电机在电源作用 下转动，同时电机电枢电感储存能量；当开关 S 断开时，供电电源停止向电动机提供能 量，但此时电枢电感所储存的能量将通过续流二极管 VD 使电机电枢电流继续维持，电枢 电流仍然产生电磁转矩使得电机继续旋转。
开关 S 重复动作时，在电机电枢两端就形成 了一系列的电压脉冲波形，如图2.2所示。
电枢电压平均值Uav 的理论计算式为：Uav U 凹 U T(1)其中a 为占空比，即导通时间与脉冲周期之比。
由式(1)可知，平均电压由占空比及电源电压决定，保持开关频率恒定，改变占 空比能够相应地改变平均电压，从而实现了直流电动机的调压调速。
图2.2电压及电流波形图2.1简单直流PWM 控制电路 62.2脉宽调制变换器在干线铁道电力机车、工矿电力机车、城市电车和地铁电机车等电力牵引设备上，常采用直流串励或复励电动机，由恒压直流电网供电。
过去用切换电枢回路电阻来控制电机的起动、制动和调速，在电阻中耗电很大。
为了节能，并实行无触电控制，现在多改用电力电子开关器件，如快速晶闸管，GTO IGBT等。
采用简单的单管控制时，称作直流斩波器，后来逐渐发展成采用各种脉冲宽度调制开关的电路，统称为脉宽调制变换器。
直流斩波器-电动机系统的原理如图2.3( a)所示，其中VT用开关符号表示任何一种电力电子器件，VD表示续流二极管。
当VT导通时，直流电源电压Us加到电动机上；当VT关断时，直流电源与电机脱开，电动机电枢经VD续流，两端电压接近于零。
如此反复，得到电枢端电压波形u=f(t),如图2.3 (b)所示，好象是电源电压Us在ton 时间内被接上，又在(T-ton )内被斩断，故称为“斩波”。
这样，电动机得到的平均电压为：Ud=(ton/T)*Us= p *Us式中T---功率开关器件的开关周期ton---开通时间p ---占空比，p = ton/T= ton*f ，其中f为开关频率。
图2.3脉宽调制变换器-电动机系统的原理图和电压波形图如图2.4所示，给出了一种可逆脉宽调速系统的基本原理图，由VT1—VT2共4个电力电子开关器件构成桥式(或称H形)可逆脉冲宽度调制( PULSE WIDTH MODULATION简称PWM变换器。
VT1和VT4同时导通和关断，VT2和VT3同时通断，使电动机M 的电枢两端承受电压+ Us或-Us。
改变两组开关器件导通的时间，也就改变了电压脉冲的宽度，得到电动机两端电压波形如图 2.4 ( b)所示b) 电压波形图a) 3a)基本原理图b) 电压波形图2.4桥式可逆脉宽调速系统基本原理图和电压波形如果用ton表示VT1和VT4导通的时间，开关周期T和占空比p的定义和上面相同，则电动机电枢端电压平均值为：Ud=(to n/T)*Us-[ (T-to n ) / T]* Us= (2*t on/ T-1 ) * Us= (2p -1 ) *Us 脉宽调制变换器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速。
