课程设计-运用脉冲宽度调制设计直流电机PWM控制调速系统

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1、 1 1、前言 在当今的社会生活中，电子科学技术的运用越来越深入到了各行各业之中，并得 到了长足的发展和进步，自动化控制系统更是得到了广泛的应用，其中一项重要的应 用就是自动调速系统。相较于交流电动机，直流电动机结构复杂、价格昂贵、制 造困难且不容易维护，但由于直流电动机具有良好的调速性能、较大的启动转矩和过 载能力强，适宜在广泛的范围内平滑调速，所以直流调速系统至今仍是自调速系统中 的重要形式。 而伴随着电力电子技术的不断发展，开关速度更快、控制更容易的全控性功率器 件 MOSFET 和 IGBT 成为主流，PWM 表现出了越大的优越性：主电路线路简单，需 用的功率器件少；开关频率高，电流容

2、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；若与快速响应的电机配合， 则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强；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，电网功率因数比相控整流器高。本设计采用 PWM 技术来对直流电机进行 调速，与一般直流调速相比，既减少了对电源的污染，而且使控制过程更简单方便， 减少了对人力资源的使用，又因为线路的简单化、功率器件需用的减少，使系统的维 护、维修变得更加简单了，但动、静态性能却提高了。 1.1 设计内容 本次课程设计是运用

3、脉冲宽度调制设计直流电机 PWM 控制调速系统。 1.2 任务要求 设计要求：介绍直流电机 PWM 控制调速基本原理。设计出主电路、转速调节电 路、PWM 驱动装置控制电路、基极驱动电路，并进行系统调试。 2 2 脉宽调制 PWM 2.1 脉宽调制 PWM 简介 脉宽调制的全称为：Pulse Width Modulator，简称 PWM，由于它的特殊性能常被 用于直流负载回路中。灯具调光或直流电动机调速、HW-1020 型调速器、就是利用 脉宽调制(PWM)原理制作的马达调速器。PWM 调速器已经在工业直流电机调速、工 业传送带调速、灯光照明调解、计算机电源散热、直流电扇等、得到广泛应用。脉宽

4、 调制（PWM）技术用于直流电机调速，可简化电路结构，减小设备体积，减轻设备 重量，并且控制方便，性能稳定。 2.2 PWM 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。 2.3 PWM 控制调速优点 PWM 控制调速系统的优点有： （1）简化了主电路和控制电路的结构，使装置的体积变小，重量减轻，造价下 降， 所用功率元件少，