毕业论文：PWM控制的直流电动机调速系统设计 ㊣ 精品文档 值得下载

，在范围内变化。

不管哪种方法，的变化范围均为，因而电枢电压平均值的调节范围为，均为正值，即电动机只能在方向调速，称为不可逆调速。

当需要电动机在正反向两个方向调速运转，即可逆调速时，就要使用图所示的桥式或称型降压斩波电路。

在图中，晶体管是同时导通同时关断的，也是同时导通同时关断的，但与与都不允许同时导通，否则电源直通短路。

设先同时导通秒后同时关断，间隔定时间为避免电源直通短路。

该间隔时间称为死区时问之后，再使同时导通秒后同时关断，如此反复，则电动机电枢端电压波形如图所示。

图桥式降压斩波器原理电路及输出电压波形原理图输出电压波形电动机电枢端电压的平均值为由于，值的范围是，因而电动机可以在正反两个方向调速运转。

图给出了两种斩波电路的电枢电压平均值的特性曲线。

图两种斩波器的输出电压特性元器件的选择比较基于和功率管的驱动电路设计的比较驱动电路能驱动大型的功率设备，但价格高。

能驱动较大的功率设备，价格比低很多。

本课程设计是驱动小功率直流电动机，可以用和功率管的驱动电路设计。

但电动机功率仅为，所以本课程设计采用管来进行控制。

功率场效应管与双极型功率相比具有如下特点场效应管是电压控制型器件双极型是电流控制型器件，因此在驱动大电流时无需推动级，电路较简单输入阻抗高，可达以上工作频率范围宽，开关速度高开关时间为几十纳秒到几百纳秒，开关损耗小有较优良的线性区，并且场效应管的输入电容比双极型的输入电容小得多，所以它的交流输入阻抗极高噪声也小，最合适制作音响功率场效应管可以多个并联使用，增加输出电流而无需均流电阻。

单片机单片机价格便宜，使用简单方便，功能较齐全，能够达到控制本电路的要求。

所本本课程设计采用单片机。

光耦隔离开关光耦隔离开关是种把发光元件和光敏元件封装在同壳体内，中间通过电光电的转换来传输电信号的半导体光电子器件。

光耦以光信号为媒介来实现电信号的耦合与传递，输入与输出在电气上完全隔离，具有抗干扰性能强的特点。

采用光耦隔离可以很好地实现弱电和强电的隔离，达到抗干扰目的。

稳压管能使输入电压正常条件伏转化为伏左右输出，供光耦隔离开关发光部分及单片机等供电。

价格便宜，使用方便。

功率管管脚接输入信号，管脚接地，管脚接电压源。

图示意图图主要参数直流电机参数额定转速，额定电压。

系统电路总设计图总体电路原理图本次课程设计采用定频调宽法保持定，使在范围内变化来改变的值从而达到调压的目的。

以单片机系统和稳压电源系统以及光电耦合部分组成。

由键盘和发出指令，单片机处理后经口发出矩形波，通过占空比的调节达到电机调速的目的。

当按下按键时，功率管脚的高电平占空比增大，电枢电压增大，电机转速增大当按下按键时，功率管脚的高电平占空比减小，电枢电压减小，电机转速减小。

从而通过单片机达到简单调速的目的。

单片机最小系统部分图最小单片机系统本次设计中主要应用了单片机的东西，由于有前几次的经验，这次课程设计应该来说还是比较顺利的，由于我和胡佳春在实习，平时比较忙，许多准备工作都是在做，自己对课程设计所花时间不多，以至于给后面的答辩和论文写作方面带来了很多的麻烦。

从原理图的设计，电路板的焊接到写课程设计论文，在这个过程中我们也遇到了很多的困难，如成员间分工不明确，程序大家都不熟悉等。

这次课程设计给我最大的体会就是有很多东西如果不是自己亲自动手，只在书本上是学不到的，设计初期要考虑周到，否则后期会带来很多不必要的麻烦。

虽然可能会多花些时间，但这比空想要有效的多。

做事情定要细心，更要耐心，遇到问题要慢慢去检查，然后仔细分析后再解决除此之外，还要有合作精神，注重团队合作，和合作者起做，相互鼓励，互相弥补不足之处，很多难点的突破都来自于与同学的交流，交流使自己获得更多信息，开拓了思路，这样很多事情就成了。

本次设计把理论应用到了实践中，同时通过设计，也加深了自己对理论知识的理解和掌握，在解决困难的过程中，获得了许多专业方面的知识，拓展了视野。

提高了理论水平和实际的动手能力，学会了解决问题的方法，激发了我们的探索精神。

这样的课程设计是很好的锻炼机会，通过实验设计使我深入了解到课程设计在大学学习的重要性，课程设计增强了我们的实践动手能力，也为大四后学期的毕业设计提供了宝贵的经验。

参考文献主要书目电路与电子技术基础数字电子技术基础浙江科学技术出版社李青总主编电路电子实验指导书中国计量学院电工电子实验中心机电工程训练教程电子技术实训清华大学出版社朱朝霞主编杨其华主审另外从互联网下载了部分图片及资料程序程序设计思想当按键时，电压升高，转速上升，当按键时，电压下降，转速下降定时器中断用来产生周期为的脉宽信号，定时器每次中断后改变下次的定时设臵，设臵值由按键决定，按，高脉宽定时时间加大，按，低脉宽定时时间增大，每次变化。

程序框图程序代码，存放高电平的脉宽时间，定时，初始化，周期，高电平判断是否有按键按下开始增加或减少，改变占空比存放低电平的脉宽时间，定时，刚开始时，高低电平各为，此时电压为输入电压的半，电机此时的转速为最低。

调速设定为向上调节，即按加键时转速上升，此时按减键，转速不变。

，定时器用来产生脉宽，周期固定为去抖，假设电路板接两个键，分别为和，为脉宽增加，为脉宽减小是加键，值减小，高电平脉宽增加，值增大，低电平时间减小超出调速范围，即高脉宽大于溢出了，则保持此数值是减键，值增加，高电平脉宽减小，值减小，低电平时间增大考虑到低电平过多，电压很低，电机无法运行，所以设定低电平最长保持，高电平最少是低电平保持，高电平几乎为的情况，这种情况输出电压几乎为，电机停止，高电平最少保持，低电平最大，双字节减法子程序，功能定时器中断，总周期，其中高电平时间由决定，低电平时间由确定。

定时的时间由键盘设定，按加键每次设定减小的时间，使高电平时间增加，按减键每次设定减少的时间，高电平时间减小，附录图整体电路图图功率管第脚的波形图电机转速图图电枢电压图控制的直流电动机调速系统设计前言近年来，随着科技的进步，电力电子技术得到了迅速的发展，直流电机得到了越来越广泛的应用。

直流它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需要能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求，从而对直流电机的调速提出了较高的要求，改变电枢回路电阻调速，改变电枢电压调速等技术已远远不能满足要求，这时通过方式控制直流电机调速的方法应运而生。

采用传统的调速系统主要有以下缺陷模拟电路容易随时间漂移，会产生些不必要的热损耗，以及对噪声敏感等。

而在用了技术后，避免了以上的缺陷，实现了用数字方式来控制模拟信号，可以大幅度降低成本和功耗。

另外，由于调速系统的开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可获得平稳的直流电流，低速特性好同样，由于开关频率高，快速响应特性好，动态抗干扰能力强，可以获得很宽的频带开关器件只工作在开关状态，主电路损耗小，装臵效率高。

具有很强的抗噪性，且有节约空间比较经济等特点。

设计要求及组内分工设计要求根据电机与拖动实验室提供的直流电动机，设计基于的电动机调速方案。

选用合适的功率器件，设计电动机的驱动电路。

设计波形发生电路，使能通过按键对电机转速进行调节，要求至少有两个速度控制按键，其中个为加速键每按次，使电机转速增加另个为减速键，功能与加速键相反。

撰写课程设计报告。

组内分工负责直流电动机调速控制硬件设计及电路焊接主要由胡佳春和叶秋平完成负责调速控制软件编写及调试主要由朱健和叶秋平完成撰写报告主要由胡佳春和朱健完成系统设计原理脉宽调制技术是利用数字输出对模拟电路进行控制的种有效技术，尤其是在对电机的转速控制方面，可大大节省能量，控制技术的理论基础为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，使输出端得到系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。

按定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。

直流电动机的转速和其他参量的关系可表示为式中电枢供电电压电枢电流励磁磁通电枢回路总电阻电势系数为电磁对数，为电枢并联支路数，为导体数。

由式可以看出，式中三个参量都可以成为变量，只要改变其中个参量，就可以改变电动机的转速，所以直流电动机有三种基本调速方法改变电枢回路总电阻改变电枢供电电压改变励磁磁通。

方案选择及论证方案选择改变电枢回路电阻调速可以通过改变电枢回路电阻来调速，此时转速特性公式为式中为电枢回路中的外接电阻。

当负载定时，随着串入的外接电阻的增大，电枢回路总电阻增大，电动机转速就降低。

的改变可用接触器或主令开关切换来实现。

这种调速方法为有级调速，转速变化率大，轻载下很难得到低速，效率低，故现在这种调速方法已极少采用，本次设计不采用。

改变励磁电流调速当电枢电压恒定时，改变电动机的励磁电流也能实现调速。

由式可看出，电动机的转速与磁通也就是励磁电流成反比，即当磁通减小时，转速升高反之，则降低。

与此同时，由于电动机的转矩是磁通和电枢电流的乘积即，电枢电流不变时，随着磁通的减小，其转速升高，转矩也会相应地减小。

所以，在这种调速方法中，随着电动机磁通的减小，其转矩升高，转矩也会相应地降低。

在额定电压和额定电流下，不同转速时，电动机始终可以输出额定功率，因此这种调速方法称为恒功率调速。

为了使电动机的容量能得到充分利用，通常只是在电动机基速以上调速时才采用这种调速方法。

本次设计不采用。

采用控制的调速方法图为降压斩波器的原理电路及输出电压波形。

在图中，假定晶体管先导通，秒忽略的管压降，这期间电源电压全部加到电枢上，然后关断秒这期间电枢端电压为零。

如此反复，则电枢端电压波形如图中所示。

电动机电枢端电压为其平均值。

图降压斩波器原理电路及输出电压波形原理图输出电压波形式中为个周期中，晶体管导通时间的比率，称为负载率或占空比。

使用下面三种方法中的任何种，都可以改变的值，从而达到调压的目的定宽调频法保持定，使在∞范围内变化调宽调频法保持定，使在∞范围内变化定频调宽法保持定，使，在范围内变化。

不管哪种方法，的变化范围均为，因而电枢电压平均值的调