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1、设计报告书.3、采用PWM控制的调速措施图1为PW降压斩波器的原理电路及输出电压波形。在图1a中,假定晶体管V1先导通T1,秒(忽视V1的管压降，这期间电源电压U所有加到电枢上)，然后关断T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a为其平均值。图 降压斩波器原理电路及输出电压波形a) 原理图b)输出电压波形 （3)式()中 （4）为一种周期T中,晶体管V1导通时间的比率，称为负载率或占空比。使用下面三种措施中的任何一种，都可以变化的值，从而达到调压的目的: (1)定宽调频法：1保持一定,使T2在0范畴内变化; (）调宽调频法：保持一定,使T在范畴内变化
2、(3)定频调宽法:T1+2=T保持一定，使T,在0T范畴内变化。 不管哪种措施,的变化范畴均为0l,因而电枢电压平均值Ua的调节范畴为0Ud,均为正值，即电动机只能在某一方向调速，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12a所示的桥式(或称H型）降压斩波电路。 在图2a中,晶体管1、4是同步导通同步关断的,V2、V3也是同步导通同步关断的,但V1与2、3与4都不容许同步导通，否则电源Ud直通短路。设V、V4先同步导通T秒后同步关断,间隔一定期间（为避免电源直通短路。该间隔时间称为死区时问）之后，再使V2、V3同步导通2秒后同步关断,如此反复,则电动机电
3、枢端电压波形如图2b所示。图 桥式PWM降压斩波器原理电路及输出电压波形a)原理图 b）输出电压波形电动机电枢端电压的平均值为 ()由于01，a值的范畴是 -dUd,因而电动机可以在正、反两个方向调速运转。 图3给出了两种PWM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42、元器件的选择比较42.1、基于IBT和MOFE功率管的驱动电路设计的比较G驱动电路能驱动大型的功率设备,但价格高。MOSFET能驱动较大的功率设备，价格比IGT低诸多。本课程设计是驱动小功率直流电动机，可以用IGBT和 MOFET功率管的驱动电路设计。但电动机功率仅为100W,因此本课程设计采用MOST
4、管来进行控制。功率场效应管（MOSET)与双极型功率相比具有如下特点:1.场效应管（MOSFT)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，电路较简朴; 2.输入阻抗高,可达108以上; 3.工作频率范畴宽,开关速度高(开关时间为几十纳秒到几百纳秒），开关损耗小； 4有较优良的线性区,并且场效应管(MOSFE)的输入电容比双极型的输入电容小得多，因此它的交流输入阻抗极高;噪声也小，最合适制作Hi-Fi音响; 5.功率场效应管(MOSFT)可以多种并联使用,增长输出电流而无需均流电阻。4.2.2、8S52单片机52单片机价格便宜，使用简朴、以便，功能较齐全，可以达到
5、控制本电路的规定。所本本课程设计采用9S2单片机。.2、 光耦隔离开关光耦隔离开关是一种把发光元件和光敏元件封装在同一壳体内，中间通过电光电的转换来传播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。采用光耦隔离可以较好地实现弱电和强电的隔离,达到抗干扰目的。4.3、 705稳压管705能使输入电压（正常条件7-25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，使用以便。44 IR70MOET功率管1管脚(G)接输入信号,2管脚(s）接地，3管脚（D）接电压源。 图4 IRF740示意图 图 I7
6、40重要参数4.2.5、 直流电机参数额定转速100r/mn，额定电压20V。设计题目:PWM控制的直流电动机调速系统设计1、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、以便,调速范畴广;过载能力大,能承受频繁的冲击负载,可实现频繁的无级迅速起动、制动和反转;需要能满足生产过程自动化系统多种不同的特殊运营规定，从而对直流电机的调速提出了较高的规定，变化电枢回路电阻调速，变化电枢电压调速等技术已远远不能满足规定,这时通过PW方式控制直流电机调速的措施应运而生。采用老式的调速系统重要有如下缺陷:模拟电路容易随时间漂移
7、,会产生某些不必要的热损耗，以及对噪声敏感等。而在用了PW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，可以大幅度减少成本和功耗。此外,由于PM 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,迅速响应特性好,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,装置效率高。M 具有很强的抗噪性，且有节省空间、比较经济等特点。2、设计规定及组内分工.1设计规定()根据电机与拖动实验室提供的直流电动机,设计基于WM的电动机调速方案。（2)选用合适的功率器件,设计电动机的驱动电路。（3)设计PWM波形发生电
8、路,使能通过按键对电机转速进行调节,规定至少有两个速度控制按键,其中一种为加速键(每按一次，使电机转速增长)；另一种为减速键，功能与加速键相反。（4)撰写课程设计报告。2.2组内分工（1)负责直流电动机调速控制硬件设计及电路焊接:重要由胡佳春和叶秋平完毕（2）负责调速控制软件编写及调试:重要由朱健和叶秋平完毕(3)撰写报告：重要由胡佳春和朱健完毕、系统设计原理脉宽调制技术是运用数字输出对模拟电路进行控制的一种有效技术,特别是在对电机的转速控制方面,可大大节省能量，PM控制技术的理论基本为:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相似，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的
9、脉冲,用这些脉冲来替代正弦波或其她所需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可变化逆变电路输出电压的大小，也可变化输出频率。直流电动机的转速n和其她参量的关系可表达为 (1）式中 电枢供电电压(V)； a 电枢电流(A）； 励磁磁通（Wb)； R电枢回路总电阻()； CE电势系数，,p为电磁对数，为电枢并联支路数，N为导体数。由式（1)可以看出,式中Ua、Ra、三个参量都可以成为变量，只要变化其中一种参量，就可以变化电动机的转速，因此直流电动机有三种基本调速措施：()变化电枢回路总电阻a;；()变化电枢供电电压Ua；(3)变化励磁磁通。4、方案选择及论证 41、方案选择4.1.、变化
10、电枢回路电阻调速可以通过变化电枢回路电阻来调速，此时转速特性公式为 n=U-【I(R+Rw)】/K （)式中Rw为电枢回路中的外接电阻(）。当负载一定期,随着串入的外接电阻Rw的增大,电枢回路总电阻R=（a+Rw)增大,电动机转速就减少。Rw的变化可用接触器或主令开关切换来实现。这种调速措施为有级调速，转速变化率大,轻载下很难得到低速,效率低,故目前这种调速措施已很少采用,本次设计不采用。4.1.2、变化励磁电流调速当电枢电压恒定期,变化电动机的励磁电流也能实现调速。由式-1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n升高;反之,则n减少。与此同步，由于电动机的转
11、矩e是磁通和电枢电流a的乘积（即Te=CIa)，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。因此,在这种调速措施中,随着电动机磁通的减小,其转矩升高,转矩也会相应地减少。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，因此这种调速措施称为恒功率调速。为了使电动机的容量能得到充足运用,一般只是在电动机基速以上调速时才采用这种调速措施。本次设计不采用。、系统电路总设计图6 总体电路原理图 本次课程设计采用定频调宽法:T1T2保持一定，使1在范畴内变化来变化的值从而达到调压的目的。以9S5单片机系统和780稳压电源系统以及光电耦合MOFET部分构成。由键盘K和2发
12、出指令，单片机解决后经6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k1按键时，IR7MOE功率管1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key2按键时，RF740SFE功率管1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朴调速的目的。、单片机最小系统部分图7 最小单片机系统本次设计中重要应用了89S5单片机,由最小单片机系统构成，并将单片机的26口作为输出口,输出占空比不同的矩形波，供应后续驱动电路部分，在单片机的外围扩展了两个按键,K1作为加速按键，作为减速按键，进行调速控制。5.2、驱动电路部分图8驱动电路驱动部分重要由用的光电耦合
13、器和OSET构成，由单片机的P26口提供的信号,6当为高电平时，发光管导通,光电耦合器输出低电平,MOSFT关闭，回路关闭。当P2口为低电平时,发光管关闭,光电耦合器输出为高电平，MOS打开,回路导通。53、电源部分图9电源电路电源部分采用的是三端稳压器780，输入由ACC变压器提供9V直流电,经7805稳压,由电容滤波，输出+5电压，为单片机提供工作电源。实验数据记录 答辩时得知数据有偏差，但的确为实验实测数据。附录有图。转速和电压的关系序号1234转速(M）1193096717电压（)62.19.110.4 、硬件调试过程 由于我在实习的缘故,调试过程重要由叶秋平完毕，调试的过程中得到了杨
14、成安同窗的大力协助，调试工程中浮现了一种问题:电机转速快，不能调速。通过人们商量,大体的调试环节如下:用示波器检测检查电路1.使用按键,示波器检测MOSF功率管1脚,发现其占空比能变化。.检测2.6，光耦隔离开关发射端A脚,接受端C脚，波形正常。然后检测MSFE功率管1脚的波形,发现其低电平为v左右,高电平为3v左右。3.最后猜想也许是V的电平也也许使MOSET功率管导通，于是减小MOSFE功率管3脚的电压,把其改为5。用示波器测量1脚电压,显示方波的低电平为v左右,高电平v左右。最后按下按键能控制电机转速。因素分析：OSET功率管3脚的输入电压过高时,在前面电路的影响下其低电平电压会偏高，从而导通IRF740MSFE功率管。解决措施：减少MOST功率管3脚的输入电压，可降至5V、设计总结体会这一次的课程设计让我学到了不少的东西，由于有前几次的经验,这次课程设计应当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
