PWM直流电动机调速控制系统毕业设计(论文).docx

毕业设计（论文）

PAGE

1-

毕业设计（论文）报告

题目：

PWM直流电动机调速控制系统毕业设计(论文)

学号：

姓名：

学院：

专业：

指导教师：

起止日期：

PWM直流电动机调速控制系统毕业设计(论文)

摘要：本文针对直流电动机调速控制系统的设计，提出了一种基于PWM（脉冲宽度调制）的调速控制方法。首先，对直流电动机的工作原理和调速方法进行了分析，然后详细介绍了PWM调速控制系统的硬件设计和软件设计。通过实验验证了所设计系统的可行性和有效性，结果表明，该系统能够实现直流电动机的平稳调速，具有较好的控制性能。本文的研究成果对于提高直流电动机的运行效率和稳定性具有重要的理论意义和实际应用价值。

前言：随着工业自动化和智能化的发展，直流电动机在各个领域的应用越来越广泛。然而，传统的直流电动机调速方法存在调速范围小、响应速度慢等问题，已无法满足现代工业对电机调速性能的要求。PWM调速技术作为一种新型的调速方法，具有调速范围广、响应速度快、控制精度高等优点，已成为直流电动机调速领域的研究热点。本文旨在设计一种基于PWM的直流电动机调速控制系统，以提高直流电动机的运行效率和稳定性。

第一章直流电动机调速技术概述

1.1直流电动机的工作原理

(1)直流电动机（DCMotor）是一种将直流电能转换为机械能的旋转电机，其工作原理基于电磁感应定律。当直流电源施加在电动机的两个电极（即电刷）上时，电流通过电枢绕组产生磁场，该磁场与电动机内部的永磁体或电磁铁产生的磁场相互作用，产生电磁转矩。根据右手螺旋定则，电磁转矩的方向与电流方向和磁场方向垂直。在电动机的转子（电枢）上，电磁转矩使得转子按照一定方向旋转，从而实现电能到机械能的转换。

(2)直流电动机的电枢绕组通常由许多线圈组成，这些线圈在转子上均匀分布。当电流通过电枢绕组时，每个线圈都产生一个磁场。这些磁场在空间中相互叠加，形成一个总的磁场。根据电磁感应定律，当磁场相对于导体运动时，会在导体中产生感应电动势（EMF）。在直流电动机中，这个感应电动势与电枢绕组的匝数、电流和磁场强度成正比。电动机的转速与感应电动势的大小有关，通常情况下，转速与电动势成正比。

(3)直流电动机的转速和转矩之间的关系可以用以下公式表示：n=(V-IaRa)/Kt，其中n是电动机的转速，V是电源电压，Ia是电枢电流，Ra是电枢电阻，Kt是电动机的转矩常数。从这个公式可以看出，电动机的转速受到电源电压、电枢电流和电枢电阻的影响。在实际应用中，通过改变电枢电流的大小，可以调节电动机的转速。例如，在电梯的运行控制系统中，通过调节电枢电流的大小，可以实现电梯的加速、匀速和减速运行。此外，通过调整电源电压，还可以实现电动机的软启动和软停止功能，提高电动机的运行效率和寿命。

1.2直流电动机的调速方法

(1)直流电动机的调速方法主要分为电枢电压调速、电枢串电阻调速和串励调速三种。电枢电压调速是最常见的调速方法，通过改变施加在电枢上的电压来实现电动机转速的调节。根据电动机的转矩-电压特性，当电压降低时，电动机的转矩也会相应减小，从而实现转速的降低。在实际应用中，通过使用PWM（脉冲宽度调制）技术，可以精确控制电枢电压，实现电动机的无级调速。例如，在电动汽车中，通过调整PWM信号占空比来改变电枢电压，从而实现电机的加速和减速。

(2)电枢串电阻调速是通过在电枢回路中串联电阻来降低电枢电压，进而实现转速调节的方法。这种方法简单易行，但存在能量损耗大、效率低等问题。具体来说，当电阻增大时，电枢电流减小，电动机的转矩也随之减小，实现转速降低。这种方法通常用于对调速精度要求不高的场合，如机床的进给运动。例如，在车床上，通过在电枢回路中串联电阻来降低转速，以满足加工不同材料时所需的切削速度。

(3)串励调速是通过改变电动机的励磁电流来调节转速的方法。在串励电动机中，电枢绕组和励磁绕组串联连接。当励磁电流增大时，磁通量增加，电动机的转矩随之增大，转速降低；反之，励磁电流减小，转速升高。串励调速方法具有调速范围宽、响应速度快的特点，但存在启动转矩大、调速稳定性差等问题。这种方法常用于起重机械、电力机车等需要较大启动转矩的场合。例如，在电力机车中，通过调节励磁电流的大小，实现机车在运行过程中的加速和减速，以满足不同工况下的需求。

1.3PWM调速技术简介

(1)PWM（脉冲宽度调制）调速技术是一种通过改变脉冲信号的宽度来调节直流电动机转速的方法。在这种技术中，脉冲信号的宽度决定了施加在电动机电枢上的平均电压，从而影响电动机的转速。PWM技术利用晶体管或MOSFET等开关器件来实现，其优点在于能够实现无级调速，同时具有效率高、控制简单、响应速度快等优点。

(2)