小容量直流电机双极性PWM调速说明书.docx

台州第一技师学院维修电工高级课题（xxxx届）课题题目小容量直流电双极性PWM调速班级xxxxxx班姓名xxx指导教师xxxx职称或等级xxxx完成日期xxxx年xx月xx日小容量直流电双极性PWM调速姓名：xx（台州第一技师学院）2013年9月30日摘要直流电机具有良好的启动和调速性能，被广泛的应用对启动和调速有较高要求的拖动系统。本设计介绍了用PWM实现直流电机调速的基本方法，直流电机调速的相关知识，PWM调整的基本原理和实现方法。（PWM）是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制。它是利用微处理器数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用于测量、通讯、功率控制与变换等许多领域。硬件系统主要包括：直流双电源电路、单稳态触发电路、双稳态触发电路、PWM调制信号产生电路、脉冲整形放大电路、H型双极性驱动电路。关键字：PWM；直流电机；双极性；目 录引言PWM控制技术一直是变频技术的核心技术之一。1964年A.Schonung和H.stemmler首先提出把这项通讯技术应用到交流传动中，从此为交流传动的推广应用开辟了新的局面。从最初采用模拟电路完成三角调制波和参考正弦波比较，产生正弦脉宽调制SPWM信号以控制功率器件的开关开始，到目前采用全数字化方案，完成优化的实时在线的PWM信号输出，可以说直到目前为止，PWM在各种应用场合仍在主导地位，并一直是人们研究的热点。由于PWM可以同时实现变频变压反抑制谐波的特点。由此在交流传动及至其它能量变换系统中得到广泛应用。PWM控制技术大致可以为为三类，正弦PWM（包括电压，电流或磁通的正弦为目标的各种PWM方案，多重PWM也应归于此类），优化PWM及随机PWM。正弦PWM已为人们所熟知，而旨在改善输出电压、电流波形，降低电源系统谐波的多重PWM技术在大功率变频器中有其独特的优势（如ABB??ACS1000系列和美ROBICON公司的完美无谐波系列等）；而优化PWM所追求的则是实现电流谐波畸变率（THD）最小，电压利用率最高，效率最优，及转矩脉动最小以及其它特定优化目标。?在70年代开始至80年代初，由于当时大功率晶体管主要为双极性达林顿三极管，载波频率一般最高不超过5kHz，电机绕组的电磁噪音及谐波引起的振动引起人们的关注。为求得改善，随机PWM方法应运而生。其原理是随机改变开关频率使电机电磁噪音近似为限带白噪音（在线性频率坐标系中，各频率能量分布是均匀的），尽管噪音的总分贝数未变，但以固定开关频率为特征的有色噪音强度大大削弱。正因为如此，即使在IGBT已被广泛应用的今天，对于载波频率必须限制在较低频率的场合，随机PWM仍然有其特殊的价值（DTC控制即为一例）；别一方面则告诉人们消除机械和电磁噪音的最佳方法不是盲目地提高工作频率，因为随机PWM技术提供了一个分析、解决问题的全新思路。2课题研究的意义直流电动机是最早出现的电动机，也是最早实现调速的电动机。长期以来，直流电机一直占据着调速控制的的统治地位。由于它具有良好的线性调速特征，简单的控制性能，高效益优异的动态特性，现在仍是大多数调速控制电动机的最佳选择。因此研究直流电流的书的控制，有着非常重要的意义。还有利用脉宽调制方式实现调速能使电源的能量得到充分利用，电路的效率高。例如：当输出为50%的方波时，脉宽调制电路消耗的电源能量也为50%，即几乎所有的能量转换为负载功率输出。而采用常见的电阻降压调速时，要使负载获得电源最大输出功率50%的功率电源必须提供71%的输出功率，这其中21%消耗在电阻的压降及热耗上，有时电路的转换效率是肥肠重要的。此外采用脉宽调制方式可以市使负载工作时得到满电源电压，这样有利于克服电机内在的线圈电阻，而使电机产生更大的力拒。3直流调速及PWM控制原理3.1?直流电机调速原理?直流电动机根据励磁方式不同，直流电动机分为自励和他励两种类型。不同励磁方式的直流电动机机械特性曲线有所不同。但是对于直流电动机的转速有以下公式：??其中：U—电压；R内—励磁绕组本身的电阻;每极磁通(Wb)；Cc—电势常数；Cr—转矩常量。由上式可知，直流电机的速度控制既可采用电枢控制法，也可采用磁场控制法。磁场控制法控制磁通，其控制功率虽然较小，但低速时受到磁极饱和的限制，高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制，而且由于励磁线圈电感较大，动态响应较差。所以在工业生产过程中常用的方法是电枢控制法.电枢控制是在励磁电压不变的情况下，把控制电压信号加到电机的电枢上，以控制电机的转速。传统的改变电压方法是在电枢回路中串联一个电阻，通过调节电阻改变电枢电压，达到调速的目的，这种方法效率低、平滑度差，由于串联电阻上要消耗电功率，因而经济效益低，而且转速越慢，能耗越大。随着电力电子的发展，出现了许多新