PWM控制的调速方法

由天下分享时间：2024/10/5 14:22:05 加入收藏我要投稿点赞

（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

n?Ua?Ia?RaCe? （1）

式中 Ua——电枢供电电压（V）； Ia ——电枢电流（A）； Ф——励磁磁通（Wb）； Ra——电枢回路总电阻（Ω）；

CE——电势系数，，p为电磁对数，a为电枢并联支路数，N为导体数。

由式（1）可以看出，式中Ua、Ra、Ф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Ф。

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)】/KeФ （2）

式中Rw为电枢回路中的外接电阻（Ω）。

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Ф（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Ф和电枢电流Ia的乘积（即Te=CTФIa），电枢电流不变时，随着磁通Ф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Ф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。

5、系统电路总设计

图6 总体电路原理图

本次课程设计采用定频调宽法：T1+T2保持一定，使T1在0～T范围内变化来改变a的值从而达到调压的目的。以89S51单片机系统和7805稳压电源系统以及光电耦合MOSFET部分组成。由键盘K1和K2发出指令，单片机处理后经P26口发出矩形波，通过占空比的调节达到电机调速的目的。当按下key1按键时，IRF740MOSFET功率管1脚的高电平占空比增大，电枢电压增大，电机转速增大；当按下key2按键时，IRF740MOSFET功率管1脚的高电平占空比减小，电枢电压减小，电机转速减小。从而通过单片机达到简单调速的目的。 5.1、单片机最小系统部分

图7 最小单片机系统

本次设计中主要应用了89S51单片机，由最小单片机系统组成，并将单片

机的P26口作为输出口，输出占空比不同的矩形波，供给后续驱动电路部分，在单片机的外围扩展了两个按键，K1作为加速按键，K2作为减速按键，进行调速控制。

5.2、驱动电路部分

图8驱动电路

驱动部分主要由用的光电耦合器和MOSFET组成，由单片机的P26口提供的信号，P26当为高电平时，发光管导通，光电耦合器输出低电平，MOSFET关闭，回路关闭。当P26口为低电平时，发光管关闭，光电耦合器输出为高电

平，MOSFET打开，回路导通。 5.3、电源部分

图9电源电路

电源部分采用的是三端稳压器7805，输入由AC-DC变压器提供+9V直流

电，经7805稳压，由电容滤波，输出+5V电压，为单片机提供工作电源。实验数据记录

答辩时得知数据有偏差，但确实为实验实测数据。附录有图。

6、硬件调试过程