直流电动机PWM控制系统设计

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设计（论文）题目：直流电动机PWM控制系统设计

下达日期：2014 年07 月02 日

开始日期：2014 年09 月9 日

完成日期：2014 年月日

***师：***

学生专业：电气自动化

班级：自动化1207班

学生姓名：ZHAO

教研室主任：王永康

学院：电气工程

陕西工业职业技术学院毕业设计（论文）任务书

一、设计（论文）内容及要求：

（一）设计（论文）内容

本设计采用PWM控制技术，利用斩波原理改变脉冲宽度，改变直流电动机两端的直流平均电压的大小，来实现对直流电动机的速度控制。

（二）要求

1．PWM控制器（或单片机）为核心。

2．运用PWM控制器（单片机）为核心，构建控制系统电路。

3.利用PWM控制器（单片机）、大功率开关器件、隔离电路、驱动芯片等硬件，设计建立直流电动机PWM控制系统，力求实用、简单、经济。

4. 保护电路

二、技术指标：

1、采用速度、电流双闭环控制以提高系统控制精度；

2、输出信号稳定，以此来驱动大功率开关器件；

3、控制信号通过PWM控制器（单片机）对功率开关进行控制，使其满足按要求进行速度调节的要求。

4、电动机额定数据为：10kW、220V、55A、1000r/min，电枢电阻Ra为0.5Ω，

C e =0.122V·min/r时间常数：T

l

=0.02s,T

m

=0.16s。

5、调速范围D=10。

6、稳态指标：无静差。

7、动态指标：电流超调量不大于5%；转速超调量不大于10%。

三、主要参考资料：

1电机控制专用集成电路谭建成主编机械工业出版社

2电气传动的脉宽调制控制技术吴守箴主编机械工业出版社3电力电子技术王兆安黄俊主编机械工业出版社

4电力拖动自动控制系统陈伯时主编机械工业出版社

5自动控制原理与系统孔凡才主编机械工业出版社

6单片机原理与应用王津主编重庆大学出版社

陕西工业职业技术学院毕业设计（论文）任务书

直流电动机PWM控制系统设计

摘要

直流电机由于具有速度控制容易，启、制动性能良好，且在宽范围内平滑调速等特点而在冶金、机械制造、轻工等工业部门中得到广泛应用。直流电动机转速的控制方法可分为两类，即励磁控制法与电枢电压控制法。励磁控制法控制磁通，其控制功率虽然小，但低速时受到磁饱和的限制，高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制;而且由于励磁线圈电感较大，动态响应较差。所以常用的控制方法是改变电枢端电压调速的电枢电压控制法。调节电阻R即可改变端电压，达到调速目的。但这种传统的调压调速方法效率低。随着电力电子技术的进步，发展了许多新的电枢电压控制方法，其中PWM(脉宽调制)是常用的一种调速方法。其基本原理是用改变电机电枢(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。文利用SG3524集成PWM控制器设计了一个基于PWM控制的直流调速系统，本系统采用了电流转速双闭环控制，并且设计了完善的保护措施，既保障了系统的可靠运行，又使系统具有较高的动、静态性能。

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以稳定值。最近几年来，随着微电子技术和计算机技术的发展及单片机的广泛应用，使调速装置向集成化、小型化和智能化方向发展。

本电机调速系统采用脉宽调制方式，与晶闸管调速相比技术先进可减少对电源的污染。为使整个系统能正常安全地运行, 过流、过载、过压、欠压保护电路, 另外还有过压吸收电路。确保了系统可靠运行。

关键词：脉冲宽度调制,开关 ,直流调速系统 ,双闭环控制

目录

直流电动机PWM控制系统设计 (11)

第一章、设计分析 (11)

1双闭环调速系统的结构图 (11)

2调速系统起动过程的电流和转速波形 (11)

3 H桥双极式逆变器的工作原理 (11)

4 PWM调速系统的静特性 (13)

第二章、电路设计 (16)

1给定基准电源 (14)

2双闭环调节器电路设计 (15)

（1）电流调节器 (15)

（2）转速调节器 (15)

3 SG3524信号产生电路 (16)

4 IGBT基极驱动电路原理 (18)

5 基于EXB841驱动电路设计 (18)

6 锯齿波信号发生电路 (19)

7转速及电流检测电路 (20)

（1）转速检测电路 (20)

（2）电流检测电路 (20)

第三章、参数整定 (21)

1 C T,R T，R D的选取 (21)

2 R2和 RP1 的选取 (21)

3其它引脚器件的确定 (21)

第四章、电路图总体设计 (23)

第五章、结束语 (24)

第六章、参考文献 (25)

第一章、设计分析

1双闭环调速系统的结构图

直流双闭环调速系统的结构图如图1所示，转速调节器与电流调节器串极联结，转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制PWM 装置。其中脉宽调制变换器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速，达到设计要求。

图1-1 双闭环调速系统的结构图

2 调速系统起动过程的电流和转速波形

如图1-2所示，这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。这是在最大电流（转矩）受限的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程。 I dL

n

I d I dm

I dL n

I d O

I dm

I n

n

(a)

(b)