PWM控制的直流电动机调速系统设计.doc
《PWM控制的直流电动机调速系统设计.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《PWM控制的直流电动机调速系统设计.doc(21页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、PWM控制的直流电动机调速系统设计 作者: 日期:2 个人收集整理 勿做商业用途中国计量学院课程设计设计报告书题目: PWM控制的直流电 动机调速系统设计 二级学院 现代科技学院 专 业 电气工程及自动化 班 级 电气062 姓 名 * 学 号 * 同组同学姓名 * * 同组同学学 * * 2009年 12 月 23 日设计题目: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、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
2、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PWM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,会产生一些不必要的热损耗,以及对噪声敏感等。而在用了PWM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PWM 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
3、耗小,装置效率高.PWM 具有很强的抗噪性,且有节约空间、比较经济等特点。2、设计要求及组内分工2.1设计要求(1)根据电机与拖动实验室提供的直流电动机,设计基于PWM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,其中一个为加速键(每按一次,使电机转速增加);另一个为减速键,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:主要由胡佳春和叶秋平完成(2)负责调速控制软件编写及调试:主要由朱健和叶秋平完成(3)撰写报告:主要由胡佳春和
4、朱健完成3、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 (1)式中 Ua-电枢供电电压(V); Ia 电枢电流(A); 励磁磁通(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
5、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。4、方案选择及论证 4。1、方案选择4。1.1、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 n=U-【I(R+Rw)】/Ke (2)式中Rw为电枢回路中的外接电阻()。当负载一定时,随着串入的外接电阻Rw的增大,电枢回路总电阻R=(Ra+Rw)增大,电动机转速就降低。Rw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
6、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.4。1.2、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1-1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降低.与此同时,由于电动机的转矩Te是磁通和电枢电流Ia的乘积(即Te=CTIa),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
7、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。4.1。3、采用PWM控制的调速方法图1为PWM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(忽略V1的管压降,这期间电源电压Ud全部加到电枢上),然后关断T2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1b中所示。电动机电枢端电压Ua为其平均值。图1 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 (3)式(3)中 (4) 为一个周期T中,晶体管V1导通时间的比率,称为负载率或占空比.使用下面三种方法中的任何一种,都可以改变的值,从而达到
8、调压的目的: (1)定宽调频法:T1保持一定,使T2在0范围内变化; (2)调宽调频法:T2保持一定,使T1在0范围内变化(3)定频调宽法:T1+T2=T保持一定,使T,在0T范围内变化。 不管哪种方法,的变化范围均为0l,因而电枢电压平均值Ua的调节范围为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1-2a所示的桥式(或称H型)降压斩波电路。 在图2a中,晶体管V1、V4是同时导通同时关断的,V2、V3也是同时导通同时关断的,但V1与V2、V3与V4都不允许同时导通,否则电源Ud直通短路。设V1、V4先同时导通
9、T1秒后同时关断,间隔一定时间(为避免电源直通短路.该间隔时间称为死区时问)之后,再使V2、V3同时导通T2秒后同时关断,如此反复,则电动机电枢端电压波形如图2b所示。图2 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 (4)由于01,Ua值的范围是 Ud+Ud,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3两种斩波器的输出电压特性4.2、元器件的选择比较4。2。1、基于IGBT和 MOSFET功率管的驱动电路设计的比较IGBT驱动电路能驱动大型的功率设备,但价格高。MOSFET能驱动较
10、大的功率设备,价格比IGBT低很多。本课程设计是驱动小功率直流电动机,可以用IGBT和 MOSFET功率管的驱动电路设计。但电动机功率仅为100W,所以本课程设计采用MOSFET管来进行控制。功率场效应管(MOSFET)与双极型功率相比具有如下特点:1场效应管(MOSFET)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;2输入阻抗高,可达108以上;3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;4有较优良的线性区,并且场效应管(MOSFET)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Hi
11、-Fi音响;5功率场效应管(MOSFET)可以多个并联使用,增加输出电流而无需均流电阻。4。2。2、 89S52单片机52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89S52单片机。4.2.2、 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。4.2。3、 7805稳压管7805能使输入电压(正常条件7-25伏)转化为5伏左
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- PWM 控制 直流电动机 调速 系统 设计
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【a199****6536】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【a199****6536】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。