直流電機的pwm調速控制器畢業論文(已修改)

　

【正文】 直流電機的PWM調速控制器畢業論文目錄緒論 1第一章 脈寬調制(PWM)直流調速控制概述 2 直流電機調速原理 2 PWM控制技術的應用 2 PWM在直流調速中的應用 2 PWM相關概念 3 PWM控制電機轉速的原理 3 設計目標 4第二章 元器件應用介紹 5 二極管 5 整流二極管 6 穩壓二極管 6 續流二極管 6 整流橋堆 7 三端穩壓器 7 8 運算放大器 11 LM324運算放大器 11 電壓比較器 12 LM393比較器 12 三極管 14 NPN型、PNP型三極管的結構和符號 14 NPN型三極管電流放大原理 15 晶體三極管的三種工作狀態 15 場效應管 16 場效應管的作用與特點 16 場效應管的分類 17 關于MOSFET—IRF740 17 光電耦合器 18第三章 電路設計 19 直流電源 19 177。6V直流穩壓電源 19 為直流電機供電的+36V直流電壓 21 三角波和PWM波發生電路 22 CD4520引腳圖及引腳功能 26 CD4520功能 27 運放電路LM324的原理及波形 27 參數計算 30 30 方波輸出 31 H橋驅動電路 33 H橋驅動電路原理 33 單雙極性可逆變換器比較 36 H橋驅動電路器件 38第四章 總結 39致謝 40參考文獻 41附圖一 42附圖二 42附表1 4319畢業設計論文 直流電機的PWM調速控制器緒論在當今社會生活中，電子科學技術的運用越來越深入到各個行業之中，并得到了長期的發展和進步，自動化控制更是得到了廣泛的應用，其中一項重要的應用就是——自動調速系統。直流電機由于具有速度控制容易，啟、制動性能良好，且在脈寬范圍內平滑調速等特點而在冶金、機械制造、輕工等工業部門中得到廣泛應用。直流電動機轉速的控制方法可分為兩類，即勵磁控制法與電樞電壓控制法。勵磁控制法控制磁通，其控制功率雖然小，但低速時受到磁飽和的限制，高速時受到換向火花和換向器結構強度的限制；而且由于勵磁線圈電感較大，動態響應較差。所以常用的控制方法是改變電樞端電壓調速的電樞電壓控制法。調節電阻R即可改變端電壓，達到調速目的。但這種傳統的調壓調速方法效率低。伴隨著電力電子技術的不斷發展，開關速度更快、控制更容易的全控型電力電子器件（GTR、MOSFET、IGBT、PIC）逐漸成為主流，由他們組成的各種功率變換裝置也隨之發展，從而使直流電動機調速裝置的種類不斷拓展，性能不斷提高。其中PWM（脈寬調制）是常用的一種調速方法。PWM（脈寬調制）具有極大的優越性：主電路簡單，需要的功率器件少：開關頻率高，快速響應性好，電流容易連續，諧波少，電極損耗及發熱都較小；波形系數好，對電網功率因數高；低速性能好，穩速精度高，調速范圍寬，可達1:10000左右。若與快速響應的電機配合，則系統頻帶寬，動態響應快，動態抗擾能力強；功率開關器件工作在開關狀態，導通損耗小，當開關頻率適當時，開關損耗也不大，因而裝置效率較高。本設計采用PWM技術對直流電機進行調速，與一般直流調速相比，既減少了對電源的污染，而且使控制過程更簡單方便，又因為線路的簡單化、功率器件需用的減少，使系統的維護、維修變得更加簡單，同時動、靜態性能卻提高了。第一章 脈寬調制(PWM)直流調速控制概述 直流電機調速原理當改變勵磁電流時，可以改變磁通量的大小，從而達到變磁通調速的目的。但由于勵磁線圈發熱和電動機磁飽和的限制，電動機的勵磁電流和磁通量只能在低于其額定值的范圍內調節，故只能弱磁調速。而對于調節電樞外加電阻R時，會使機械特性變軟，導致電機帶負載能力減弱。當改變電樞電壓理想空載轉速隨電樞電壓升降而發生相應的升降變化。不同電樞電壓的機械特性曲線相互平行，說明硬度不隨電樞電壓的變化而改變，電機帶負載能力恒定。當我們平滑調節他勵直流電機電樞兩端電壓時，可實現電機的無級調速。 PWM控制技術的應用PWM是Pulse Width Modulation的縮寫，即脈沖寬度調制，是通過對一系列脈沖的寬度進行調制，來等效地獲得所需要波形(含形狀和幅值)。調速可分為直流調速和交流調速。盡管直流電機比交流電機結構復雜、成本較高、維修保養貴，但是其調速性能好，所以在調速傳動領域中一直占主導地位。 PWM在直流調速中的應用PWM廣泛應用于直流調速系統，例如，以往普遍應用的晶閘管相控整流—直流電機調壓調速系統，現在也發展了全波步控整流PWM斬波—直流電壓調速系統，開關磁阻電動機也是有直流斬波器供電的。PWM控制技術是利用半導體開關器件的導通與關斷把直流電壓變成電壓脈沖序列，并通過控制電壓脈沖寬度或周期以達到變壓目的，或者控制電壓脈沖寬度和脈沖序列的周期以達到變壓變頻目的的一種控制技術。直流電動機轉速n的表達式為： n= UaIaΣRa∕Ceφ（r/min） （1—1）式中，Ua為電樞端電壓（V），Ia為電樞電流（Α），ΣRa為電樞電路總電阻（Ω），Φ為每級磁通量（Wb），Ce為與電機結構有關的常數。 由式1—1可知，直流電動機轉速n的控制方法可分為兩類，即勵磁控制法與電樞電壓控制法。勵磁控制法控制勵磁通Φ，其控制功率雖然小，但低速時受到磁極飽和的限制，高速時受到換向火花和換向器結構強度的限制。而且由于勵磁線圈電感較大，動態響應較差。所以常用的是電樞電壓控制法。Ua=UdIaR，雖然調節電阻R即可改變端電壓達到調速目的，但這種方法效率很低。隨著電力電子技術的進步，可由PWM斬波器進行斬波調壓。本文主要介紹PWM實現的直流調速系統。 PWM相關概念占空比：就是輸出的PWM中，高電平保持的時間與該PWM的時鐘周期的時間 之比。如圖1—1所示，占空比D關系式：D=t/T ﹪ 圖1—1 占空比圖例圖1—2所示為PWM矩形波，PWM調速就是通過改變直流電機電樞上電壓的“占空比”（D=t/T）來改變平均電壓的大小，從而控制電動機的轉速。ut3T2TTtO圖1—2 PWM波 PWM控制電機轉速的原理PWM是通過控制固定電壓的直流電源開關頻率，從而改變負載兩端的電壓，進而達到控制要求的一種電壓調整方法。PWM可以應用在許多方面，如電機調速、溫度控制、壓力控制等。在PWM驅動控制的調整系統中，按一個固定的頻率來接通和斷開電源，并根據需要改變一個周期內“接通”和“斷開”時間的長短。通過改變直流電機電樞上電壓的“占空比”來改變平均電壓的大小，從而控制電動機的轉速。在脈沖作用下，當電機通電時，速度增加；電機斷電時，速度逐漸減少。只要按一定規律，改變通、斷電的時間，即可讓電機轉速得到控制。設電機始終接通電源時，電機轉速最大為V ，當我們改變占空比D時，就可以得到不同的電機平均速度 ，從而達到調速的目的。嚴格地講，平均速度與占空比D并不是嚴格的線性關系，在一般的應用中，可以將其近似地看成線性關系。 設計目標本設計需要實現直流電機的正、反雙向轉動，同時能夠實現電機的調速。要使電機能夠正、反轉雙向轉動可以通過使用4個場效應管組成的H橋電路實現，而電機的調速則可通過使用三極管，場效應管等開關元件實現PWM（脈沖寬度調制）調速。第二章 元器件應用介紹 二極管二極管又稱晶體二極管,簡稱二極管(diode)。它只往一個方向傳送電流，我們稱之為二極管的單向導電性。它具有按照外加電壓的方向，使電流流動或不流動的性質。電路中，電流只能從二極管的正極流入，負極流出。P區的載流子是空穴，N區的載流子是自由電子，在靠近交界處，P區出現帶負電的粒子區，N區出現帶正電的粒子區，于是產生了內部電場。當電源正極接P端且負極接N端時，稱PN結外加正向電壓。此時外電場方向與內電場方向相反，削弱了內電場，使空間電荷區變窄，多數載流子就能越過空間電荷區形成電流。此時PN結處于正向導通狀態。加在二極管兩端的正向電壓很小時，二極管仍不能導通，通過二極管的正向電流十分微弱。只有當正向電壓達到門檻電壓（，）以后二極管才能真正導通，導通后二極管兩端電壓基本不變（，），稱為二極管的“正向壓降”。若PN結外加反向電壓，此時外電場方向與內電場方向相同，則使內電場增強。使空間電荷區變寬，有利于少數載流子漂移運動的進行，形成漂移電流即反向電流。但少數載流子很少，故反向電流很小。通常可認為PN結處于反向偏置時不導電。此時PN結處于截止狀態。二極管處于反向偏置時，任然會有微弱的電流通過二極管，成為漏電流。當二極管兩端反向電壓增加到某一數值，反向電流會急劇增大，二極管將失去單向導電性，這種狀態稱為二極管的擊穿。二極管的應用主要有：整流二極管、開關元件、限幅元件、繼流二極管、檢波二極管、變容二極管、顯示元件和穩壓二極管。圖2—1為二極管的伏安特性曲線 圖2—1 二極管的伏安特性曲線 整流二極管整流二極管利用二極管的單向導電性，可以把方向交替變化的交流電變換成方向單一的脈動直流電。通常它包含一個PN結，有陽極和陰極兩個端子。其結構如圖2—2所示。 圖2—2 整流二極管結構 穩壓二極管穩壓管的結構同整流二極管一樣。當加在穩壓二極管的反向電壓增加到一定數值時，將可能有大量載流子隧穿偽結的位壘，形成大的反向電流，此時電壓基本不變，稱為隧道擊穿。當反向電