直流電動機的PWM調(diào)壓調(diào)速原理

1、直流電動機的PWM 調(diào)壓調(diào)速原理直流電動機轉(zhuǎn)速N的表達式為：N=U-IR/K（|）由上式可得，直流電動機的轉(zhuǎn)速控制方法可分為兩類：調(diào)節(jié)勵磁磁通的勵磁控制方法和調(diào)節(jié)電樞電壓的電樞控制方法。其中勵磁控制方法在低速時受磁極飽和的限制，在高速時受換向火花和換向器結(jié)構(gòu)強度的限制，并且勵磁線圈電感較大，動態(tài)響應(yīng)較差，所以這種控制方法用得很少。現(xiàn)在，大多數(shù)應(yīng)用場合都使用 電樞控制方法。對電動機的驅(qū)動離不開半導(dǎo)體功率器件。在對直流電動機電樞電壓的控制和驅(qū)動中， 對半導(dǎo)體器件的使用上又可分為兩種方式：線性放大驅(qū)動方式和開關(guān)驅(qū)動方式。線性放大驅(qū)動方式是使半導(dǎo)體功率器件工作在線性區(qū)。這種方式的優(yōu)點是：控制原理簡單，

2、輸出波動小，線性好，對鄰近電路干擾??；但是功率器件在線性區(qū)工作時由于產(chǎn)生熱量會消耗大部分電功率，效率和散熱問題嚴重，因此這種方式只用于微小功率直流電動機的驅(qū)動。絕大多數(shù)直流電動機采用開關(guān)驅(qū)動方式。開關(guān)驅(qū)動方式是使半導(dǎo)體器件工作在開關(guān)狀態(tài)，通過 脈寬調(diào)制PWM 來控制電動機電樞電壓，實現(xiàn)調(diào)速。在PWM調(diào)速時，占空比a是一個重要參數(shù)。以下 3種方法都可以改變占空比的值。（ 1）定寬調(diào)頻法這種方法是保持t1不變，只改變t2,這樣使周期T （或頻率）也隨之改變。（ 2）調(diào)頻調(diào)寬法這種方法是保持t2不變，只改變t1,這樣使周期T （或頻率）也隨之改變。（ 3）定頻調(diào)寬法這種方法是使周期T （或頻率）保持

3、不變，而同時改變t1和t2。前兩種方法由于在調(diào)速時改變了控制脈沖的周期（或頻率），當(dāng)控制脈沖的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時，將會引起振蕩，因此這兩種方法用得很少。目前，在直流電動機的控制中，主要使用定頻調(diào)寬法。直流電動機雙極性驅(qū)動可逆PWM 控制系統(tǒng)雙極性驅(qū)動則是指在一個PWM 周期里， 作為在電樞兩端的脈沖電壓是正負交替的。雙極性驅(qū)動電路有兩種，一種稱為T型，它由兩個開關(guān)管組成，采用正負電 源， 相當(dāng)于兩個不可逆控制系統(tǒng)的組合。但由于 T 型雙極性驅(qū)動中的開關(guān)管要承受較高的反向電壓，因此只用在低壓小功率直流電動機驅(qū)動。另一種稱為H 型。H 型雙極性驅(qū)動一、顯示接口模塊方案一：液晶顯示器也是一種

4、常用的顯示器件。它的優(yōu)點是功耗低，壽命長，本身無老化問題，顯示信息量大（可以顯示字母和數(shù)字），在顯示字符上沒有限制。但價格高，接口電路較為復(fù)雜。其只在一些（袖珍型）設(shè)備上作為顯示之用。方案二：數(shù)碼管（LED是一種簡單而常用的顯示器件，通常用來指示機器的狀態(tài)和其他信息。它的優(yōu)點是價格低，壽命長，對電流，電壓的要求低及容易實現(xiàn)電路的接口等；而有其亮度較低，溫度依賴性較大等缺點。但在其系統(tǒng)中只作為簡單的顯示，且從價格等方面考慮。采用方案二來設(shè)計電路。1電動機控制電路模塊H 橋電動機驅(qū)動電路的工作原理：A:當(dāng)單片機的腳輸出高電平，而腳輸出低電平時，通過光電耦合器后仍然輸出為高電平，使Q4 管導(dǎo)通，此時

5、Q1 也處于導(dǎo)通狀態(tài)，但Q2 管的基極的電位被強行拉低，Q2管處于截止狀態(tài)。由于單片機的腳輸出低電平， Q8 處于截止狀態(tài)，而此時 Q7 因為 Q5 的截止而處于導(dǎo)通狀態(tài)，從而使電動機形成回路，電機正常工作。B:同理可得，當(dāng)腳輸出低電平，而腳輸出高電平時，三極管的狀態(tài)與上述 相反，電機同樣處于正常工作狀態(tài)。C:當(dāng)腳和同時為高電平或低電平，由于 Q4與Q8和Q3與Q7的工作狀態(tài) 相同，同時處于導(dǎo)通或截止，使電機兩斷電位相同，無法使電機形成閉和回路， 電機不工作，著就是所謂本設(shè)計所提及的剎車狀態(tài)。由于電路中在驅(qū)動功率管的發(fā)射極各添加了一個小電感，目的是為了使電機驅(qū)動電壓更加穩(wěn)定，得到較為平滑的驅(qū)動

6、電壓，從而增加了剎車時動作的準 確性，減少電機的在起動和停止的瞬間產(chǎn)生過大的電壓對功率管的沖擊，導(dǎo)致 功率管的損壞。同時也提高了電機的剎車控制可靠性和準確性，不至于因慣性 而導(dǎo)致控制上產(chǎn)生較大的誤差。該橋的優(yōu)點是電路的原理簡單、易控制、功耗低帶負載能力強、剎車的精度很高而且價格低廉。在驅(qū)動電路的控制信號輸入斷采用了光電隔離技術(shù)，減 小 H 橋電機驅(qū)動電路對單片機的干擾，實現(xiàn)模擬電路與數(shù)字電路的隔離。在單 片機的配合下，通過PWM 調(diào)節(jié)脈寬的方法，實現(xiàn)了對驅(qū)動電機的輕松調(diào)速，通過鍵盤的配置可以對體的參數(shù)進行修改，可以使電機適應(yīng)各種不同的工作狀態(tài)，而實現(xiàn)智能控制的目的。正因為采取了PWM 該技術(shù)，

7、 使我們完成基本要求的過程變得簡單易行。在電路中所采取的功率管為中功率管，其中將驅(qū)動功率管設(shè)計為靈活替換方式，可以根據(jù)實際驅(qū)動電路的需要，從而調(diào)整功率管的型號而不用另行更改 電路，就可以滿足電路控制的要求三、軟件模塊部分在速度控制方面，一般是能通過改變加在電機兩端的電壓來實現(xiàn)的，可以是連續(xù)改變（加直流電壓），也可以是斷續(xù)改變（加脈沖電壓）。為了簡單用，我們采用了脈寬調(diào)速，脈寬的變化可以通過硬件或軟件來實現(xiàn)。方案一硬件實現(xiàn)是通過改變振蕩電路中 RC參數(shù)來調(diào)整充放電時間。若 用硬件電路來實現(xiàn)，在穩(wěn)定性方面得不到保證。方案三用軟件的作法是通過設(shè)置高電平及低電平的保持時間來達到PWM的脈寬調(diào)制目的。就比較而言，軟件調(diào)整量化指標更高、調(diào)整更可靠、更方便、更準確。因 此在設(shè)計時，?？紤]方案二。脈沖頻率對電機轉(zhuǎn)機也有影響，脈沖頻率高連續(xù)性好，但帶負載能力差，頻率低則反之。經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)， 脈沖