單片機(jī)控制直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速和正反轉(zhuǎn)畢業(yè)論文

1、指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī)： 審定成績(jī)： 重 慶 郵 電 大 學(xué) 移 通 學(xué) 院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 設(shè)計(jì)題目：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速和正反轉(zhuǎn)學(xué) 校： 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院 學(xué) 生 姓 名： 專(zhuān) 業(yè)： 電氣工程與自動(dòng)化 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 指 導(dǎo) 教 師： 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2013 年 12 月重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院目 錄綜述3一、直流電動(dòng)機(jī)的工作原理4二、直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)5三、直流電動(dòng)機(jī)的分類(lèi)6四、電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性7五、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)與調(diào)速8六、直流電機(jī)h橋驅(qū)動(dòng)電路14七、pwm的控制技術(shù)19八、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)21九、設(shè)計(jì)結(jié)論十、心得體會(huì)參考文獻(xiàn)綜述直流電動(dòng)機(jī)是人類(lèi)最早發(fā)明和應(yīng)用的一種電機(jī)。直流電機(jī)

2、可作為電動(dòng)機(jī)用，也可作為發(fā)電機(jī)用。直流電動(dòng)機(jī)是將直流電轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的而帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的電器設(shè)備。與交流電動(dòng)機(jī)相比，直流機(jī)因結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)困難、價(jià)格較貴等缺點(diǎn)制約了它的發(fā)展，但是它具有良好的起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)性能，因此在速度調(diào)節(jié)要求較要、正反轉(zhuǎn)和起動(dòng)頻繁或多個(gè)單元同步協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械上，仍廣泛采用直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。在工業(yè)領(lǐng)域直流電動(dòng)機(jī)仍占有一席之地。因此有必要了解直流電動(dòng)的運(yùn)行特性。在四種直流電動(dòng)機(jī)中，他勵(lì)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用最為廣泛。一、直流電動(dòng)機(jī)的工作原理如圖1-1所示，電樞繞組通過(guò)電刷接到直流電源上，繞組的轉(zhuǎn)軸與機(jī)械負(fù)載相連，這是便有電流從電源正極流出，經(jīng)電刷a流入電樞繞組，然后經(jīng)過(guò)電刷b流回電源的

3、負(fù)極。在圖1-1所示位置，在n級(jí)下面導(dǎo)線(xiàn)電流是由a到b，根據(jù)左手定則可知導(dǎo)線(xiàn)ab受力的方向向左，而cd的受力方向是向右的。當(dāng)兩個(gè)電磁力對(duì)轉(zhuǎn)軸所形成的電磁轉(zhuǎn)矩大于阻轉(zhuǎn)矩是，電動(dòng)機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。當(dāng)線(xiàn)圈轉(zhuǎn)過(guò)180度時(shí)，這是導(dǎo)線(xiàn)的電流方向變?yōu)橛蒬到c和b到a，因此電磁轉(zhuǎn)矩的方向仍然是逆時(shí)針的 ,這樣就使得電機(jī)一直旋轉(zhuǎn)下去。圖1-1 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理圖二、直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)直流電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子和機(jī)座等部分構(gòu)成。圖2-1 直流電機(jī)結(jié)構(gòu)圖1、定子主磁極 主磁極的作用是建立主磁場(chǎng)。絕大多數(shù)直流電機(jī)的主磁極不是用永久磁鐵而是由勵(lì)磁繞組通以直流電流來(lái)建立磁場(chǎng)。主磁極由主磁極鐵心和套裝在鐵心上的勵(lì)磁繞組構(gòu)成。換向極

4、 換向極是安裝在兩相鄰主磁極之間的一個(gè)小磁極，它的作用是改善直流電機(jī)的換向情況，使電機(jī)運(yùn)行時(shí)不產(chǎn)生有害的火花。機(jī)座 機(jī)座有兩個(gè)作用，一是用來(lái)固定主磁極、換向級(jí)和端蓋；另一個(gè)是作為磁路的一部分。電刷裝置 電刷裝置是把直流電壓、直流電流引入或引出的裝置。由電刷、刷握、刷桿座和銅絲辮組成2、轉(zhuǎn)子電樞鐵心 電樞鐵心也有兩個(gè)用處，一是作為主磁路的主要部分，二是嵌放電樞繞組。電樞繞組電樞繞組由許多按一定規(guī)律連接的線(xiàn)圈組成，它是直流電機(jī)的主要電路部分，是通過(guò)電流和感應(yīng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)以實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件。換向器換向器也是直流電機(jī)的重要部件。在直流電動(dòng)機(jī)中，它的作用是將電刷上所通過(guò)的直流電流轉(zhuǎn)換為繞組內(nèi)的交

5、變電流；在直流發(fā)電機(jī)中，它將繞組內(nèi)的交變電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為電刷端上的直流電動(dòng)勢(shì)。三、直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)根據(jù)勵(lì)磁線(xiàn)圈和轉(zhuǎn)子繞組的連接關(guān)系，勵(lì)磁式的直流電機(jī)又可細(xì)分為：他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)1、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)是一種勵(lì)磁繞組與電樞繞組無(wú)連接關(guān)系，而由其他直流電源而由其他直流電源對(duì)勵(lì)磁繞組單獨(dú)供電的直流電動(dòng)機(jī)，如圖3-1（a）所示。2、并勵(lì)電直流動(dòng)機(jī)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，如圖3-1（b）所示。這種直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組上所加的電壓就是電樞電路兩端的電壓。3、串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞串聯(lián)，如圖3-1（c）所示。這種直流電

6、動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流就是電樞電流，若有調(diào)節(jié)電阻與勵(lì)磁繞組并聯(lián)，其電流則為電樞電流的一部分。4、復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)這種直流電機(jī)的主磁極上裝有兩個(gè)勵(lì)磁繞組，一個(gè)與電樞電路并聯(lián)，然后再和另一個(gè)勵(lì)磁繞組串聯(lián)，如圖3-1（d）所示。 圖（a） 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 圖（b） 并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 圖（c） 串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 圖（d） 復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)圖3-1 直流電動(dòng)機(jī)的四種類(lèi)型四、電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。機(jī)械特性是電動(dòng)機(jī)機(jī)械性能的主要表現(xiàn)，它與負(fù)載的機(jī)械特性，運(yùn)動(dòng)方程式相聯(lián)系，將決定拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行及過(guò)渡過(guò)程的工作情況。機(jī)械特性中的是電磁轉(zhuǎn)矩，它與電動(dòng)機(jī)軸上的輸出轉(zhuǎn)矩是不同的，其間差一空載轉(zhuǎn)矩，即： 在一

7、般情況下，因?yàn)榭蛰d轉(zhuǎn)矩相比或很小，所以在一般的工程計(jì)算中可以略去，即：已知直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程式為式中為電樞回路總電阻，包括及電樞回路串聯(lián)電阻，為理想空載轉(zhuǎn)速記為，記為，為機(jī)械特性的斜率。當(dāng)， ，電樞回路沒(méi)有串電阻時(shí)的機(jī)械特性稱(chēng)為直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性。當(dāng)改變或或電樞回路串電阻時(shí)，其機(jī)械特性的或?qū)⑾鄳?yīng)變化，此時(shí)稱(chēng)為直流電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性。  若不計(jì)電樞反應(yīng)的影響，當(dāng)電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)行時(shí)，其機(jī)械特性是一條橫跨i、ii、iv象限的直線(xiàn)。其中第i象限為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，其特點(diǎn)是電磁轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)方向（轉(zhuǎn)速的方向）相同，第ii、iv象限為制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。五、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)與調(diào)

8、速他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)1、直接起動(dòng) 直接起動(dòng)是指接通勵(lì)磁電源后，將電動(dòng)機(jī)的電樞直接投入額定電壓的電源上起動(dòng)。直接起動(dòng)又稱(chēng)為全壓起動(dòng)。由于起動(dòng)瞬間，轉(zhuǎn)速等于零，電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) （5-1）則起動(dòng)電流為 （5-2）由于電樞繞組的電阻ra很小，所以起動(dòng)電流很大，可達(dá)到額定電流的十幾倍。該電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊很大。因而，除了小容量電機(jī)可采用直接起動(dòng)外，對(duì)大中、容量的電動(dòng)機(jī)不能直接起動(dòng)。2、降電壓起動(dòng)降低電樞電壓起動(dòng)，即起動(dòng)前將施加在電動(dòng)機(jī)電樞兩端的電源電壓降低，以減小起動(dòng)電流 ，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，再逐漸提高電源電壓，使起動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩維持在一定數(shù)值，保證電動(dòng)機(jī)按需要的加速度升速。這種起動(dòng)方法需要專(zhuān)用電源，投資

9、較大，但起動(dòng)電流小，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩容易控制，起動(dòng)平穩(wěn)，起動(dòng)能耗小，是一種較好的起動(dòng)方法。 3、電樞串電阻起動(dòng)在實(shí)際中，如果能夠做到適當(dāng)選用各級(jí)起動(dòng)電阻，那么串電阻起動(dòng)由于其起動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)和可靠，同時(shí)可以中道平滑快速情動(dòng)，因而得到廣泛應(yīng)用。但對(duì)于不同類(lèi)型和規(guī)格的直流電動(dòng)機(jī)，對(duì)起動(dòng)電阻的級(jí)數(shù)要求也不盡相同。下面所示直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)電樞電路串電阻二級(jí)起動(dòng)為例說(shuō)明起動(dòng)過(guò)程。起動(dòng)過(guò)程分析：如圖5-1（a）所示，當(dāng)電動(dòng)機(jī)已有磁場(chǎng)時(shí)，給電樞電路加電源電壓u。觸點(diǎn)km1、km2均斷開(kāi)，電樞傳入了全部附加電阻rk1+rk2電樞回路總電阻為ral=ra+rk1+rk2。這時(shí)起動(dòng)電流為： （5-3）與起動(dòng)電流所對(duì)應(yīng)的起

10、動(dòng)轉(zhuǎn)矩為t1。對(duì)應(yīng)于由電阻所確定的人為機(jī)械特性如圖5-1（b）中的曲線(xiàn)1所示。圖5-1 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)分二級(jí)起動(dòng)的電路和特性根據(jù)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的基本運(yùn)動(dòng)方程： （5-4）式中： t 電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩； tl 由負(fù)載作用所產(chǎn)生的阻轉(zhuǎn)矩； jdw/dt -電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩后所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩。由于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩t1大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩tl,電動(dòng)機(jī)收到加速轉(zhuǎn)矩的作用，轉(zhuǎn)矩有零逐漸上升，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始起動(dòng)。在圖4-1（b）中，由a點(diǎn)沿著曲線(xiàn)1上升，反電動(dòng)勢(shì)亦隨之上升，電樞電流下降，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩亦隨之下降，加速轉(zhuǎn)矩減小。上升到b點(diǎn)時(shí)，為保證一定的加速轉(zhuǎn)矩，控制觸點(diǎn)km1閉合，切除一段起動(dòng)電阻rk1后，b點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電樞電

11、流i2成為切換電流，其對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩t2成為切換轉(zhuǎn)矩。切除rk1后 ,電樞回路總電阻為ra2=ra+rk2。這時(shí)電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)于由電阻ra2確定的人為機(jī)械特性。在切除起動(dòng)電阻rk1的瞬間，由于慣性電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，仍為nb，其反電動(dòng)勢(shì)亦不變。因此，電樞電流突增，其相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)矩也突增。適當(dāng)?shù)倪x擇切除的電阻值rk1，使切除rk1后的電樞電流剛好等于i1,所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩為t2，即在曲線(xiàn)2上的c點(diǎn)。又有t1>t2,電動(dòng)機(jī)在加速轉(zhuǎn)矩作用下，由c點(diǎn)沿曲線(xiàn)2上升到d點(diǎn)?？刂泣c(diǎn)km2閉合，又切除一切起動(dòng)電阻rk2。同理，由d點(diǎn)過(guò)度到e點(diǎn)，而且e點(diǎn)正好在固定的機(jī)械特性上。電樞電流又由i2突增到i1相應(yīng)的

12、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩由t2突增到t1。t1>t2，沿固有特性加速到g點(diǎn)t=tl，n=ng電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，起動(dòng)過(guò)程結(jié)束。在分級(jí)起動(dòng)過(guò)程中，各級(jí)的最大電流i1（或者相應(yīng)的最大轉(zhuǎn)矩t2）及切換電流i2（或者與之對(duì)應(yīng)的切換轉(zhuǎn)矩t2）都是不變的，這樣，使得起動(dòng)過(guò)程中有均勻的加速。要滿(mǎn)足以上電樞回路串接電阻分級(jí)起動(dòng)的要求，前提是選擇合適的各級(jí)起動(dòng)電阻。 他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的調(diào)速 1、電樞串電阻調(diào)速他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻調(diào)速原理圖如圖3-1，即在電樞電路內(nèi)串聯(lián)一個(gè)調(diào)速變阻器。保持電源電壓及勵(lì)磁電流為額定值不變，調(diào)節(jié)變阻器，電動(dòng)機(jī)將運(yùn)行于不同的轉(zhuǎn)速，機(jī)械特性如圖3-2，圖中的負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。me+-+-圖3-1 電路

13、圖從圖3-2可以看到，調(diào)速前，系統(tǒng)工作a點(diǎn)，電阻改變r(jià)a的瞬間，因機(jī)械慣性，轉(zhuǎn)速來(lái)不及改變，工作點(diǎn)有a平移到人為特性上的b點(diǎn)。由于此時(shí)t<tl,n下降，工作點(diǎn)沿人為特性由b點(diǎn)移至c點(diǎn)為止。系統(tǒng)在比原來(lái)低的轉(zhuǎn)速下重新穩(wěn)定運(yùn)行。圖3-2 機(jī)械特性調(diào)速方法的調(diào)速性能如下：1) 調(diào)速方向是往下調(diào)。(ra + rr)增大所以n就下降，(ra + rr)與n成反比。 2) 調(diào)速的平滑性取決于調(diào)速變阻器的調(diào)節(jié)方式。如能均勻的調(diào)節(jié)變阻器的電阻值，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。不過(guò)，一般調(diào)速電阻多為分級(jí)調(diào)節(jié)。故為有級(jí)調(diào)速。3) 調(diào)速的穩(wěn)定性差，因?yàn)閞a增加后，機(jī)械特性硬度降低，靜差率增大。4) 調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性差，因?yàn)槌跗?/p>

14、投資雖然不大，但損耗增加，運(yùn)行效率低。5) 調(diào)速范圍不大，因受低速時(shí)靜差率的限制。6) 調(diào)速時(shí)的允許負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。因?yàn)檎{(diào)速時(shí)的基本不變，滿(mǎn)載電流即額定電流ian一定，因此，各種轉(zhuǎn)速下也許輸出的轉(zhuǎn)矩相同，為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速?？傊?，這種調(diào)速方法缺點(diǎn)甚多，調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性很差、調(diào)速方法簡(jiǎn)單，控制設(shè)備不復(fù)雜、 一般用于串勵(lì)或復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的電車(chē)、煉鋼車(chē)間的澆鑄吊車(chē)等生產(chǎn)機(jī)械。2、改變電樞電壓調(diào)速他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電樞回路不串聯(lián)電阻，用一可調(diào)的直流電源向電樞供電，最高電壓不應(yīng)超過(guò)額定電壓。勵(lì)磁繞組由另一電源供電，保持勵(lì)磁磁通為額定值。電樞電壓不同時(shí)，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)載將運(yùn)行于不同的轉(zhuǎn)速上，機(jī)械特性如圖3-3可以

15、看出，當(dāng)電樞電壓為額定值時(shí)，電動(dòng)機(jī)和負(fù)載的機(jī)械特性的交點(diǎn)為a，轉(zhuǎn)速為n；電壓降到u1后，交點(diǎn)為a1，轉(zhuǎn)速為n1；電壓為u2，交點(diǎn)為a2，轉(zhuǎn)速為n2。電樞電壓越低，轉(zhuǎn)速也越低。同樣，改變電樞電壓調(diào)速方法的調(diào)速范圍也只能在額定轉(zhuǎn)速與零轉(zhuǎn)速之間調(diào)節(jié)。n t>>an0圖3-3 改變電樞電壓調(diào)速機(jī)械特性改變電樞電壓調(diào)速平滑性好，如果能均勻的調(diào)節(jié)變阻器的電阻值即可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速效率高，調(diào)速范圍大；轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性較串電阻調(diào)速好；所需的可調(diào)壓電源設(shè)備投資較高，但運(yùn)行費(fèi)用少?？傊?，這種調(diào)速方法在直流電力拖動(dòng)系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。3、改變勵(lì)磁電流調(diào)速改變勵(lì)磁電流的多少便可改變磁通的多少，從而達(dá)到調(diào)速的目的

16、。保持他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞電源電壓不變，電樞回路也不串接電阻，在電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩不很大（小于額定轉(zhuǎn)矩）時(shí)，減少直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁磁通，可使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)弱磁調(diào)速，如圖3-5所示。<<圖3-4 改變勵(lì)磁電流調(diào)速?gòu)膱D中可以看出，當(dāng)勵(lì)磁磁通為額定值n時(shí)，電動(dòng)機(jī)和負(fù)載的機(jī)械特性的交點(diǎn)a，轉(zhuǎn)速為n；勵(lì)磁磁通減少為1時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)速增大，同時(shí)機(jī)械特性斜率也變大，交點(diǎn)為c，轉(zhuǎn)速為n1。弱磁調(diào)速的范圍是在額定轉(zhuǎn)速與電動(dòng)機(jī)所允許最高轉(zhuǎn)速之間進(jìn)行調(diào)速，至于電動(dòng)機(jī)所允許最高轉(zhuǎn)速值時(shí)受換向也機(jī)械強(qiáng)度所限制，一般約1.2nn左右，特殊設(shè)計(jì)的調(diào)速電動(dòng)機(jī)，可達(dá)到3nn或更高。弱磁調(diào)速

17、的優(yōu)點(diǎn)時(shí)設(shè)備簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)方便，運(yùn)行斜率也較高，適用于恒功率負(fù)載。缺點(diǎn)時(shí)勵(lì)磁過(guò)弱時(shí)，機(jī)械特性的斜率大，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性差，拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，可能會(huì)使電樞電流過(guò)大。在實(shí)際電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，可以將幾種調(diào)速方法結(jié)合，這樣可以得到較寬的調(diào)速范圍，電動(dòng)機(jī)可以在調(diào)速范圍之內(nèi)的任何轉(zhuǎn)速上運(yùn)行，而且調(diào)速時(shí)損耗較小，運(yùn)行效率較高，能很好地滿(mǎn)足各種生產(chǎn)機(jī)械對(duì)調(diào)速的要求。應(yīng)用:不經(jīng)常逆轉(zhuǎn)的重型機(jī)床。 六、直流電機(jī)h橋驅(qū)動(dòng)電路h橋功率驅(qū)動(dòng)電路可應(yīng)用于步進(jìn)電機(jī)、交流電機(jī)及直流電機(jī)等的驅(qū)動(dòng)。一、h橋驅(qū)動(dòng)電路所謂 h 橋驅(qū)動(dòng)電路是為直流電機(jī)而設(shè)計(jì)的一種常見(jiàn)電路，它主要實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的正反向驅(qū)動(dòng)，其典型電路形式如下：從圖中可以看出，其形狀

18、類(lèi)似于字母“h”，而作為負(fù)載的直流電機(jī)是像“橋”一樣架在上面的，所以稱(chēng)之為“ h 橋驅(qū)動(dòng)”。4個(gè)開(kāi)關(guān)所在位置就稱(chēng)為“橋臂”。從電路中不難看出，假設(shè)開(kāi)關(guān)a、d接通，電機(jī)為正向轉(zhuǎn)動(dòng)，則開(kāi)關(guān)b、c接通時(shí)，直流電機(jī)將反向轉(zhuǎn)動(dòng)。從而實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的正反向驅(qū)動(dòng)。借助這4個(gè)開(kāi)關(guān)還可以產(chǎn)生電機(jī)的另外2個(gè)工作狀態(tài)：a） 剎車(chē) 將b 、d開(kāi)關(guān)（或a、c）接通，則電機(jī)慣性轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的電勢(shì)將被短路，形成阻礙運(yùn)動(dòng)的反電勢(shì)，形成“剎車(chē)”作用。b） 惰行 4個(gè)開(kāi)關(guān)全部斷開(kāi)，則電機(jī)慣性所產(chǎn)生的電勢(shì)將無(wú)法形成電路，從而也就不會(huì)產(chǎn)生阻礙運(yùn)動(dòng)的反電勢(shì)，電機(jī)將慣性轉(zhuǎn)動(dòng)較長(zhǎng)時(shí)間。以上只是從原理上描述了h橋驅(qū)動(dòng)，而實(shí)際應(yīng)用中很少用開(kāi)關(guān)構(gòu)成橋臂

19、，通常使用晶體管，因?yàn)榭刂聘鼮榉奖?，速度壽命都長(zhǎng)于有接點(diǎn)的開(kāi)關(guān)（繼電器）。細(xì)分下來(lái)，晶體管有雙極性和mos管之分，而集成電路（例如l298）只是將它們集成而已，其實(shí)質(zhì)還是這兩種晶體管，只是為了設(shè)計(jì)、使用方便、可靠而做成了一塊電路。雙極性晶體管構(gòu)成的 h 橋：mos管構(gòu)成的 h 橋：二、使能控制和方向邏輯驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，保證h橋上兩個(gè)同側(cè)的三極管不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通非常重要。如果三極管ta和tb同時(shí)導(dǎo)通，那么電流就會(huì)從正極穿過(guò)兩個(gè)三極管直接回到負(fù)極。此時(shí)，電路中除了三極管外沒(méi)有其他任何負(fù)載，因此電路上的電流就可能達(dá)到最大值（該電流僅受電源性能限制），甚至燒壞三極管。基于上述原因，在實(shí)際驅(qū)動(dòng)電路中通常要用硬件

20、電路方便地控制三極管的開(kāi)關(guān)。圖4.15所示就是基于這種考慮的改進(jìn)電路，它在基本h橋電路的基礎(chǔ)上增加了4個(gè)與門(mén)和2個(gè)非門(mén)。4個(gè)與門(mén)同一個(gè)“使能”導(dǎo)通信號(hào)相接，這樣，用這一個(gè)信號(hào)就能控制整個(gè)電路的開(kāi)關(guān)。而2個(gè)非門(mén)通過(guò)提供一種方向輸人，可以保證任何時(shí)候在h橋的同側(cè)腿上都只有一個(gè)三極管能導(dǎo)通。（圖4.15所示不是一個(gè)完整的電路圖。） 圖4.15 具有使能控制和方向邏輯的h橋電路采用以上方法，電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)就只需要用三個(gè)信號(hào)控制：兩個(gè)方向信號(hào)和一個(gè)使能信號(hào)。如果dirl信號(hào)為0，dirr信號(hào)為1，并且使能信號(hào)是1，那么三極管q1和q4導(dǎo)通，電流從左至右流經(jīng)電機(jī)（如圖4.16所示）；如果dirl信號(hào)

21、變?yōu)?，而dirr信號(hào)變?yōu)?，那么q2和q3將導(dǎo)通，電流則反向流過(guò)電機(jī)。 圖4.16 使能信號(hào)與方向信號(hào)的使用實(shí)際使用的時(shí)候，用分立元件制作h橋是很麻煩的，現(xiàn)在市面上有很多封裝好的h橋集成電路，接上電源、電機(jī)和控制信號(hào)就可以使用了，在額定的電壓和電流內(nèi)使用非常方便可靠。比如常用的l293d、l298n、ta7257p、sn754410等。分立元件的h橋驅(qū)動(dòng)電路圖集成電路l298驅(qū)動(dòng)電路圖電動(dòng)機(jī)pwm驅(qū)動(dòng)模塊的電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)具體電路見(jiàn)上圖。本電路采用的是基于pwm原理的h型橋式驅(qū)動(dòng)電路。七、 pwm 控制的基本原理理論基礎(chǔ)：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相

22、同。沖量指窄脈沖的面積。效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。面積等效原理：分別將如圖6-1 所示的電壓窄脈沖加在一階慣性環(huán)節(jié)（r-l電路）上，如圖6-2a 所示其輸出電流i(t)對(duì)不同窄脈沖時(shí)的響應(yīng)波形如圖6-2b所示。從波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形狀也略有不同，但其下降段則幾乎完全相同。脈沖越窄，各響應(yīng)波形的差異也越小。如果周期性地施加上述脈沖，則響應(yīng)i(t)也是周期性的。用傅里葉級(jí)數(shù)分解后將可看出，各i(t)在低頻段的特性將非常接近，僅在高頻段有所不同。用一系列等幅不等寬的脈沖來(lái)代替一個(gè)正弦半波，正弦半波n等分，看成n個(gè)相連的

23、脈沖序列，寬度相等，但幅值不等；用矩形脈沖代替，等幅，不等寬，中點(diǎn)重合，面積（沖量）相等，寬度按正弦規(guī)律變化。spwm 波形脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的波形。要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可。等幅pwm 波和不等幅pwm波：由直流電源產(chǎn)生的pwm 波通常是等幅pwm 波，如直流斬波電路及本章主要介紹的pwm逆變電路，pwm整流電路。輸入電源是交流，得到不等幅pwm波，與講述的斬控式交流調(diào)壓電路，矩陣式變頻電路?；诿娣e等效原理，本質(zhì)是相同的。八、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 直流電機(jī)的調(diào)試功能仿真如下圖：正轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，數(shù)碼管最高位顯示“三”,其它三位先所給定頻率

24、，如下圖：5、 減速分5檔，波形如下 1. 直流電動(dòng)機(jī)電機(jī)型號(hào)：z2-31,直流電動(dòng)機(jī)的額pn=1.5km;un=220v;in=8.74a;nn=1500r/min；電機(jī)的飛輪轉(zhuǎn)矩0.085。1. 計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速為1000rpm和500rpm時(shí)pwm波占空比；2.分析pwm調(diào)制技術(shù)在調(diào)壓控制中的原理和應(yīng)用？?jī)?nèi)容解析:采用電樞電壓調(diào)速由上題可知：pn=1.5km;un=220v;in=8.74a;nn=1500r/min；=1.3=0.092=0.878=52.72nm 電樞電壓減小后=（+）t/=1.3×25.04/(0.0762×0.728)= 20.04 nm =n+=

25、(1000+780.9)r/min=1956 r/min由此求得 =0.0879×1956 =180.00v3.直流電動(dòng)機(jī)的pwm調(diào)壓調(diào)速原理直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n的表達(dá)式為：n=u-ir/k由上式可得，直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制方法可分為兩類(lèi)：調(diào)節(jié)勵(lì)磁磁通的勵(lì)磁控制方法和調(diào)節(jié)電樞電壓的電樞控制方法。其中勵(lì)磁控制方法在低速時(shí)受磁極飽和的限制，在高速時(shí)受換向火花和換向器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制，并且勵(lì)磁線(xiàn)圈電感較大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差，所以這種控制方法用得很少?，F(xiàn)在，大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合都使用電樞控制方法。對(duì)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)離不開(kāi)半導(dǎo)體功率器件。在對(duì)直流電動(dòng)機(jī)電樞電壓的控制和驅(qū)動(dòng)中，對(duì)半導(dǎo)體器件的使用上又可分為兩種方式：線(xiàn)性放大驅(qū)動(dòng)方式和開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)方式。線(xiàn)性放大驅(qū)動(dòng)方式是使半導(dǎo)體功率器件工作在線(xiàn)性區(qū)。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是：控制原理簡(jiǎn)單，輸出波動(dòng)小，線(xiàn)性好，對(duì)鄰近電路干擾小；但是功率器件在線(xiàn)性區(qū)工作時(shí)由于產(chǎn)生熱量會(huì)消耗大部分電功率，效率和散熱問(wèn)題嚴(yán)重，因此這種方式只用于微小功率直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)。絕大多數(shù)直流電動(dòng)機(jī)采用開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)方式。開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)方式是使半導(dǎo)體器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，通過(guò)