基于单片机控制的pwm直流调速系统

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1、辽宁工程技术大学毕业设计（论文）0引言脉宽调制（PulseWidthModulation）控制技术，通常简称为PWM控制技术，是利用半导体开关器件的导通和关断，把直流电压变成电压脉冲列，控制电压脉冲的宽度或周期以达到变压目的，或控制电压脉冲的宽度和周期以达到变压变频目的的一种控制技术。近年来，电气传动的PWM控制技术以成为电气传动自动控制技术的热点之一。直流电动机因其可以方便地通过改变电枢电压和励磁0电流实现大范围的调速而得到广泛的应用，调节电枢串联电阻来改变电枢上的电压，是最经典的直流电机调速方法，但是有相当部分的电能

2、消耗在所串联电阻上，很不经济。80年代，以晶闸管为功率开关器件的斩波调速器以其无级、高效、节能而得到大力推广。但晶闸管斩波调速器不足之处是晶闸管一旦被触发，其关断必须依赖换流电容和换流电感振荡产生反压来实现，换流电容和电感增加了装置的成本，也增加了换流损耗；电源电压下降还会导致换流失败，使系统的可靠性降低；此外，由于晶闸管的开、关时间比较长，加上存在换流环节，使得斩波器的工作频率不能太高（一般在300Hz以下）电机上的力矩脉动和电流脉动比较严重。因此直流斩波调速呼唤快速自关断器件。于是90年代出现了以IGBT为代表，具有

3、自关断能力并可在高速下工作的功率器件作为开关元件的PWM直流调速系统成为更为先进的直流调速方案。纵观电气传动国内外发展的情况，虽然直流电动机因其结构复杂、成本较高、维修保养费用较贵以及随着电力电子技术的进步对交流调速问题的解决，交流调速在发达国家已经占据主导地位，但是在我国目前仍有大量的各类机床和系统使用直流电动机作为伺服驱动,有些用模拟PWM控制、有些用晶闸管移相控制。如果将其改造为微处理器控制PWM调速控制，使其具有控制方式多样化,能与数字速度给定信号直接接口等优点，则有利于国家工业化的发展。PWM直流电动机调压调速

4、系统拥有需用的功率元件少、线路简单、控制方便、开关频率高、低速性能好、稳速精度高及调速范围宽等优点，在工厂企业得到广泛的应用。通过学习并熟练掌握这个调速系统，对我们今后的工作有十分重要的意义。73辽宁工程技术大学毕业设计（论文）1调速原理的分析本章重点在于直流电动机调速方法的分析，通过对直流电机结构的介绍引出直流电机的调速原理，进而对各种调速方法进行介绍、分析与比较，从而选择应用脉宽调制（PulseWidthModulation）控制技术对直流电动机进行转速控制。本章最后还对霍尔效应及其原理进行了介绍，目的在于应用霍尔效

5、应实现转速的测量与反馈。1.1直流电机的结构与调速原理1.1.1直流电机的结构直流电机的结构是多种多样的，但任何直流电机都包括定子部分和转子部分，这两部分间存在着一定大小的气隙，使电机中电路和磁场发生相对运动。直流电机定子部分主要由主磁极、电刷装置和换向极等组成，转子部分主要由电枢绕组、换向器和转轴等构成。结构图如图1-1：图1-1直流电机结构图Fig.1-1StructurediagramofDC-motor1-电刷；2-磁轭；3-永久磁钢；4-极靴；5-电枢绕组；6-内磁轭1-Brush;2-Yoke;3-Perma

6、netMagnet;4-PoleShoe;5-ArmatureWinding;6-InnerPunchYoke1.1.2直流电机的调速原理为了提高劳动生产率和保证产品的质量，就要求生产机械能以最合理的速度进行工作，这样就要求对生产机械的核心部分——电机，进行调速控制。直流电机的转速n与其他参数的关系如公式1-1(1-1)73辽宁工程技术大学毕业设计（论文）式中——电枢供电电压（V）；——电枢电流（A）；——电枢回路总电阻（）；——励磁磁通（Wb）；——电势系数；由公式1-1可见，改变、、这三个参数中的任何一个都可以另转速

7、得到改变。所以直流电机有三种基本调速方法：1）改变电枢的供电电压；2）改变励磁磁通；3）改变电枢回路总电阻。改变电枢回路总电阻调速，可以通过在电枢回路中串接电阻来实现。如公式1-2。(1-2)式中是外接电阻。由此可见，当负载一定时，外接电阻的增大，会导致电枢回路总电阻R的增大，从而使n减少。其机械特性如图1-2，M为转矩。图1-2改变电枢回路总电阻调速时的机械特性Fig.1-2Themechanicalcharacteristicofspeedcontrolbychangingthetotalresistanceofar

8、maturecircuit这种调速方法是有级调速的，调速不平滑，而且串接了电阻增大了电路的功耗，所以这种方法一般不使用。改变电枢的供电电压调速，就是改变电枢两端的电压73辽宁工程技术大学毕业设计（论文），使速度n也改变。现在随着电力电子技术的发展，可以方便的改变电压的输出值，从而可以方便的改变电机的转速。其机械特性如