直流电机调速控制

毕业设计论文 PWM控制直流电机调速

1 绪论

脉宽调制(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序列，并控制电压脉冲的宽度和脉冲序列的周期以达到变压变频目的的一种控制技术。PWM控制技术广泛地应用于开关稳压电源，不间断电源(UPS)，以及交直流电动机传动等领。本文阐述了PWM变频调速系统的基本原理和特点，并在此基础上给出了一种基于Mitel SA866DE三相PWM波形发生器和绝缘栅双极功率晶体管(IGBT)的变频调速设计方案。 直流电动机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;能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动系统领域中得到了广泛的应用。

直流电动机的转速调节主要有三种方法：调节电枢供电的电压、减弱励磁磁通和改变电枢回路电阻。针对三种调速方法，都有各自的特点，也存在一定的缺陷。例如改变电枢回路电阻调速只能实现有级调速，减弱磁通虽然能够平滑调速，但这种方法的调速范围不大，一般都是配合变压调速使用。所以，在直流调速系统中，都是以变压调速为主。其中，在变压调速系统中，大体上又可分为可控整流式调速系统和直流PWM调速系统两种。直流PWM调速系统与可控整流式调速系统相比有下列优点: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，稳速精度高，调速范围宽，可达1：10000左右;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,主电路损耗小,装置效率高;直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。

电子工艺课程设计报告

姓名 卢星星

班级 T983-6

学号 ***********

指导老师 王思山

标题 直流电机调速与控制系统设计

一．课程设计课题总体分析

1.1 直流电机调速原理

图1.1所示电枢电压为Ua，电枢电流为Ia，电枢回路总电阻为Ra,电机常数Ca，励磁磁通量是￠。

根据KVL方程：电机转速n=(Ua-IaRa)/Ca￠,其中，对于极对数p，匝数为N，电枢支路数为a的电机来说：电机常数Ca=pN/60a,意味着电机确定后，该值是不变的。而在Ua-IaRa中，由于Ra仅为绕组电阻，导致IaRa非常小，所以Ua-IaRa约等于Ua。由此可见我们改变电枢电压时，转速n即可随之改变。

图1.1直流电机原理图

1.2 系统硬件组成原理

图1.2 调速系统硬件原理框图

直流电机调速系统硬件原理框图如图1.2所示，以89C51单片机为控制核心，包括测速电路、电源电路、数模转换电机驱动电路、显示电路、键盘控制电路。

1.3 直流电动机转速控制系统的工作原理

直流电动机的转速与施加于电动机两端的电压大小有关。本系统用DAC0832控制输出到直流电动机的电压的方法来控制电动机的转速。当电动机转速小于设定值时，DAC0832芯片的输出电压增大，当大于设定值时则DAC0832芯片输出电压减小，从而使电动机以设定的速度恒速旋转。我们采用比例调节器算法。控制规律： Y=KPe(t)+KI

式中：Y---比例调节器输出，KP---比例系数，KI ---积分系数

e(t)---调节器的输入，一般为偏差值。

系统采用了比例积分调节器，简称PI调节器，使系统在扰动的作用下，通过PI调节器的调节器作用使电动机的转速达到静态无差，从而实现了静态无差。无静差调速系统中，比例积分调节器的比例部分使动态响应比较快（无滞后），积分部分使系统消除静差。

一、直流电机调速方法

〔1〕调节电枢供电电压U。改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电压，从电动机额定转速向下变速，属恒转矩调速方法。对于要求在一定X围内无级平滑调速的系统来说，这种方法最好。𝐼𝑎变化遇到的时间常数较小，能快速响应，但是需要大容量可调直流电源。

〔2〕改变电动机主磁通Φ。改变磁通可以实现无级平滑调速，但只能减弱磁通进展调速〔简称弱磁调速〕，从电机额定转速向上调速，属恒功率调速方法。𝐼𝑓变化时间遇到的时间常数同𝐼𝑎变化遇到的相比要大得多，响应速度较慢，但所需电源容景小。

〔3〕改变电枢回路电阻R。在电动机电枢回路外串电阻进展调速的方法，设备简单，操作方便。但是只能进展有级调速，调速平滑性差，机械特性较软；空载时几乎没调速作用；还会在调速电阻上消耗大暈电能。

二、异步电机调速方法

三相异步电动机转速公式为：n=60f/p(1−s)。

从上式可见，改变供电频率f、电动机的极对数P与转差率s均可达到改变转速的目的。从调速的本质来看，不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转速两种。

在生产机械中广泛使用不改变同步转速的调速方法有绕线式电动机的转子串电阻调速、斩波调速、串级调速以与应用电磁转差离合器、液力偶合器、油膜离合器等调速。改变同步转速的有改变定子极对数的多速电动机，改变定子电压、频率的变频调速有能无换向电动机调速等。

从调速时的能耗观点来看，有高效调速方法与低效调速方法两种：

〔1〕高效调速指时转差率不变，因此无转差损耗，如多速电动机、变频调速以与能将转差损耗回收的调速方法〔如串级调速等〕。

〔2〕有转差损耗的调速方法属低效调速，如转子串电阻调速方法，能量就损耗在转子回路中；

〔3〕电磁离合器的调速方法，能量损耗在离合器线圈中； 〔4〕液力偶合器调速，能量损耗在液力偶合器的油中。一般来说转差损耗随调速X围扩大而增加，如果调速X围不大，能量损耗是很小的。

直流电动机调速方法有

直流电动机的调速方法主要有以下几种：

1. 变电压调速法：通过改变直流电机的输入电压来调整电机的转速。增大输入电压可以提高电机的转速，减小输入电压可以降低电机的转速。

2. 变电流调速法：通过改变电机的励磁电流来调整电机的转速。增大励磁电流可以提高电机的转速，减小励磁电流可以降低电机的转速。

3. 变极数调速法：通过改变电枢绕组和励磁绕组的并联组合方式来调整电机的转速。增加并联绕组的极数可以提高电机的转速，减小并联绕组的极数可以降低电机的转速。

4. 变电阻调速法：通过改变电枢绕组或励磁绕组的电阻来调整电机的转速。增大电阻可以降低电机的转速，减小电阻可以提高电机的转速。

5. 变频调速法：通过改变电机所接受的频率来调整电机的转速。提高频率可以提高电机的转速，降低频率可以降低电机的转速。

这些调速方法可以单独应用，也可以结合使用，以实现更精确的电机转速调节。