直流電機PWM調(diào)速控制器的設計.doc

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1、直流電機PWM調(diào)速控制器的設計摘要在電氣時代的今天，電動機在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人們?nèi)粘Ｉ钪衅鹬种匾淖饔?。直流電機是最常見的一種電機，在各領域中得到廣泛應用。研究直流電機的控制和測量方法，對提高控制精度和響應速度、節(jié)約能源等都具有重要意義。電機調(diào)速問題一直是自動化領域比較重要的問題之一。不同領域?qū)τ陔姍C的調(diào)速性能有著不同的要求，因此，不同的調(diào)速方法有著不同的應用場合。本文基于PWM的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)進行了研究，并設計出應用于直流電動機的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。首先描述了變頻器的發(fā)展歷程，提出了PWM調(diào)速方法的優(yōu)勢，指出了未來PWM調(diào)速方法的發(fā)展前景，點出了研究PWM調(diào)速方法的意義。應用于

2、直流電機的調(diào)速方式很多，其中以PWM變頻調(diào)速方式應用最為廣泛，而PWM變頻器中，H型PWM變頻器性能尤為突出，作為本次設計的基礎理論，本文將對PWM的理論進行詳細論述。在此基礎上，本文將做出AT89S52單片機控制的H型PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)的整體設計，然后對各個部分分別進行論證，力圖在每個組成單元上都達到最好的系統(tǒng)性能。關鍵詞：直流調(diào)速；雙閉環(huán)；PWM；AT89S52；直流電機2直流電機PWM調(diào)速系統(tǒng)原理設計2.1PWM脈寬調(diào)制2.1.1PWM脈寬調(diào)制介紹脈寬調(diào)制的全稱為：PulseWidthModulator,簡稱PWM。由于它的特殊性能常被用于直流負載回路中燈具調(diào)光或直流電動機調(diào)速，

3、HW-1020型調(diào)速器就是利用脈寬調(diào)制(PWM)原理制作的馬達調(diào)速器，PWM調(diào)速器已經(jīng)在工業(yè)直流電機調(diào)速、工業(yè)傳送帶調(diào)速、燈光照明調(diào)解、計算機電源散熱及直流電扇等得到廣泛應用。自從全控型電力電子器件問世以后，就出現(xiàn)了采用脈沖寬度調(diào)制的高頻開關控制方式，形成了脈寬調(diào)制變換器-直流電動機調(diào)速系統(tǒng)，簡稱直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)，或直流PWM調(diào)速系統(tǒng)。與V-M系統(tǒng)相比，PWM系統(tǒng)在很多方面有較大的優(yōu)越性：主電路簡單，需用的電力電子器件少；開關頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機損耗及發(fā)熱都較小；低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬，可達1:10000左右；若與快速響應的電動機配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應快

4、，動態(tài)抗干擾能力強；電力電子開關器件工作在開關狀態(tài)，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；直流電源采用不控整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。因而，PWM調(diào)速系統(tǒng)的應用日益廣泛，特別是在中、小容量的高動態(tài)性能系統(tǒng)中，已經(jīng)完全取代了V-M系統(tǒng)。目前，高頻電壓領域的具體發(fā)展狀況基本情況是這樣的。目前已經(jīng)提到并得到應用的PWM控制方案就不下于數(shù)十種，尤其是微處理器應用于PWM技術(shù)數(shù)字化后，花樣是不斷翻新，從最初追求電壓波形的正弦，到電流波形的正弦，再到磁通的正弦；從效率最優(yōu)，轉(zhuǎn)矩脈動最少，再到消除噪音等，PWM控制技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了一個不斷創(chuàng)新和不斷完善的過程。目前仍

5、有新的方案不斷提出，這說明該項技術(shù)的研究方興未艾。不少方法已經(jīng)趨向于成熟，并有許多已經(jīng)在實際中得到應用。PWM控制技術(shù)一般可分為三大類，即正弦PWM、優(yōu)化PWM及隨機PWM，從實現(xiàn)方法上來看，大致有模擬式和數(shù)字式兩種，而數(shù)字式中又包括硬件、軟件或查表等幾種實現(xiàn)方式，從控制特性來看主要可分為兩種：開環(huán)式（電壓或磁通控制型）和閉環(huán)式（電流或磁控型）。隨著計算機畢業(yè)設計技術(shù)的不斷進步，數(shù)字化PWM已逐步取代模擬式PWM，成為電力電子裝置共用的核心技術(shù)。交流電機調(diào)速性能的不斷提高在很大程度上是由于PWM技術(shù)的不斷進步。目前廣泛應用的是在規(guī)則采樣PWM的基礎上發(fā)展起來的準優(yōu)化PWM法，即三次諧波

6、疊加法和電壓空間矢量PWM法，這兩種方法具有計算簡單、實時控制容易的特點。直流電動機具有良好的起、制動性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)整，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。自從全控型電力電子器件問世以后，就出現(xiàn)了采用脈沖寬度調(diào)制的高頻開關控制方式，形成了脈寬調(diào)制變換器--直流電動機調(diào)速系統(tǒng)，簡稱直流PWM調(diào)速系統(tǒng)。直流PWM調(diào)速系統(tǒng)采用門極可關斷晶閘管GTO、全控電力晶體管GTR、MOSFET、IGBT等電力電子器件組成的直流脈沖寬度（PWM）型的調(diào)速系統(tǒng)近年來已經(jīng)發(fā)展成熟，用途越來越廣泛，與晶閘管可控整流調(diào)速系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)）相比，在很多方面具有較大的優(yōu)越性：（1

7、）主電路線路簡單，需用的功率元件少；（2）開關頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機損耗和發(fā)熱都較??；（3）低速性能好，穩(wěn)速精度高，因而調(diào)速范圍寬；（4）系統(tǒng)頻帶寬，快速響應性能好，動態(tài)抗擾能力強；（5）主電路元件工作在開關狀態(tài)，導通損耗小，裝置效率較高；（6）直流電源采用不可控三相整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)高。2.1.2PWM基本原理脈沖寬度調(diào)制（PWM）是一種對模擬信號電平進行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體