1、 电机与拖动电机与拖动课课 程程 设设 计计 直流电机直流电机 PWM 脉宽调速系统设计脉宽调速系统设计 目录目录 .1 1 一、 课程设计内容一、 课程设计内容.2 2 二、 设计原理二、 设计原理2 2 2.1 系统设计原理.2 2 2.2 PWM 基本原理3 3 2.3 PWM 调速基本原理.3 3 三、 方案设计与选择三、 方案设计与选择4 4 3.1 脉宽调制电路的选择.4 4 3.2 驱动电路的选择.4 4 四、 方案具体实现四、 方案具体实现.5 5 4.1 设计方案.5 5 4.2 直流电机驱动控制总流程图5 5 4.3 矩形波信号产生器5 5 4.4 驱动电路7 7 4.5
2、总电路图9 9 4.6 调试数据及波形1010 4.6.1 调试数据1010 4.6.2 调试波形1010 五、 调试过程中遇到的问题及解决方案五、 调试过程中遇到的问题及解决方案.1111 六、心得体会六、心得体会1212 七、元件清单七、元件清单1212 八、小组分工八、小组分工1212 一一 、设计内容设计内容 1 直流电机的调速有单象限，二象限和四象限三种工作形式。要 求学生选择后两种工作形式的任意一种进行设计。 2 选用额定电压为 220V， 额定电流为 1.2A 的它励直流电动机 （即 把实验室的并励直流电动机做它励接法）作为调速对象。要求带 一发电机负载进行调速实验。 二、设计原
3、理二、设计原理 2.2.1.1.系统设计原理系统设计原理 脉宽调制技术是利用数字输出对模拟电路进行控制的一种 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， PWM 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，使输出端得到一系列幅 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。按一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 n 和其他参量的关系可表示为 aaa e UIR n C （1） 式中 Ua电枢供电电压（V）； Ia 电枢电流（A）； 励磁磁通（
4、Wb）； Ra电枢回路总电阻（）； CE电势系数， ，p 为电磁对数，a 为电枢并联支路 1 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，只要改变其中一个参量，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： (1)改变电枢回路总电阻 Ra； ； (2)改变电枢供电电压 Ua；(3)改变励磁磁通 下图为 PMW 直流电机设计框图 2 22 2.PWM.PWM 基本原理基本原理 脉冲宽度调制（PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码 的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来 对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM 信号仍然是数
5、字的， 因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要 么完全无(OFF)。 电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复 脉冲序列被加到模拟负载上去的。 通的时候即是直流供电被加到 负载上的时候， 断的时候即是供电被断开的时候。 只要带宽足够， 任何模拟值都可以使用 PWM 进行编码。简而言之，就是用改变电 机电枢(定子)电压的接通和断开的时间比(占空比)来控制马达 的速度，在脉宽调速系统中，当电机通电时，其速度增加；电机 断电时， 其速度减低。 只要按照一定的规律改变通、 断电的时间， 即可使电机的速度达到并保持一稳定值。 2.32.3. .直流电机直流电机 PWMPW
6、M 调速基调速基本原理本原理 众所周知，直流电动机转速公式为： n = （U - IR）/ K 其中 U 为电枢端电压，I 为电枢电流，R 为电枢电路总电阻， 为每极磁通量，K 为电动机结构参数。直流电机转速控制可分 为励磁控制法与电枢电压控制法。励磁控制法用得很少，大多数 应用场合都使用电枢电压控制法。随着电力电子技术的进步，改 变电枢电压可通过多种途径实现，其中脉冲宽度调制( PWM) 便 2 是常用的改变电枢电压的一种调速方法。 其方法是通过改变电机 电枢电压接通时间与通电周期的比值( 即占空比) 来调整直流 电机的电枢电压 U，从而控制电机速度。 三、方案设计三、方案设计与选择与选择 3.13.1 脉宽调制电路的选择脉宽调制电路的选择 方案方案 1 1：采用 51 单片机来进行 PWM 的产生以及调控。 方案方案 2 2：采用 TL494 脉宽调制芯片 鉴于 TL494 芯片价格较低而且外围电路比较容易搭建，调 控方便，故选用了方案 2 来进行 PWM 的产生。 3.23.2 驱动
