文档介绍：目录
引言 1
1 系统设计原理 2
2 采用PWM控制的调速方法 3
PWM基本原理 3
PWM发生电路设计 3
3 元器件的选择比较 5
基于IGBT和 MOSFET功率管的驱动电路设计的比较 5
89C51单片机 5
4 系统电路总设计 7
单片机最小系统部分 8
驱动电路部分 8
电源部分 9
5 程序 10
程序设计思想 10
程序代码 10
6 系统仿真 14
Matlab/Simuink简介 14
Simulink的启动与界面说明 14
Simulink的仿真过程 15
PWM直流可逆调速系统的仿真分析及结果 15
开环调速系统仿真结果 15
H桥PWM双闭环调速系统的仿真结果 17
总结 19
致谢 20
参考文献 21
引言
近年来,随着科技的进步,电力电子技术得到了迅速的发展,直流电机得到了越来越广泛的应用。直流它具有优良的调速特性,调速平滑、方便,调速范围广;过载能力大,能承受频繁的冲击负载,可实现频繁的无级快速起动、制动和反转;需要能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求,从而对直流电机的调速提出了较高的要求,改变电枢回路电阻调速,改变电枢电压调速等技术已远远不能满足要求,这时通过PWM方式控制直流电机调速的方法应运而生。
目前,直流调速技术的研究和应用已达到比较成熟的地步,尤其是随着全数字直流调速的出现,更提高了直流调速系统的精度及可靠性。目前国内各大专院校,科研单位和厂家也都在开发直流调速装置,但大多数调速技术都是结合工业生产中,而在民用中应用相对较少,所以应用已有的成熟技术开发性能价格比高的,具有自主知识产权的直流调速单元,将有广阔的应用前景。
直流斩波电路原理实验和直流电机的PWM调速实验都是《电力电子技术》课程要求必须开设的实验。本课题是应生产教仪的厂家的需要,研制开发出一套控制平滑、稳定、经济、实用、简便、可靠性高、操作方便的直流调速控制挂箱以供大中专院校实验教学之用,利用该挂箱设备可以进行的实验项目有: ①降压斩波电路实验②升压斩波电路实验③可逆直流PWM调速实验,实现了斩波实验电路与可逆PWM调速实验电路的兼容。
采用传统的调速系统主要有以下缺陷:模拟电路容易随时间漂移,会产生一些不必要的热损耗,以及对噪声敏感等。而在用了PWM技术后,避免了以上的缺陷,实现了用数字方式来控制模拟信号,可以大幅度降低成本和功耗。另外,由于PWM 调速系统的开关频率较高,仅靠电枢电感的滤波作用就可获得平稳的直流电流,低速特性好;同样,由于开关频率高,快速响应特性好,动态抗干扰能力强,可以获得很宽的频带;开关器件只工作在开关状态,主电路损耗小,装置效率高。PWM 具有很强的抗噪性,且有节约空间、比较经济等特点。
1 系统设计原理
脉宽调制技术是利用数字输出对模拟电路进行控制的一种有效技术,尤其是在对电机的转速控制方面,可大大节省能量,PWM控制技术的理论基础为:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同,使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制,既可改变逆变电路输出电压的大小,也可改变输出频率。
直流电动机的转速n和其他参量的关系可表示为
(1)
式中 Ua——电枢供电电压(V);
Ia ——电枢电流(A);
Ф——励磁磁通(Wb);
Ra——电枢回路总电阻(Ω);
CE——电势系数, ,p为电磁对数,a为电枢并联支路数,N为导体数。
由式(1)可以看出,式中Ua、Ra、Ф三个参量都可以成为变量,只要改变其中一个参量,就可以改变电动机的转速,所以直流电动机有三种基本调速方法:(1)改变电枢回路总电阻Ra;;(2)改变电枢供电电压Ua;(3)改变励磁磁通Ф。可以通过改变电枢回路电阻来调速,此时转速特性公式为
n=U-【I(R+Rw)】/KeФ(2)
式中Rw为电枢回路中的外接电阻(Ω)。
当负载一定时,随着串入的外接电阻Rw的增大,电枢回路总电阻R=(Ra+Rw)增大,电动机转速就降低。Rw的改变可用接触器或主令开关切换来实现。
这种调速方法为有级调速,转速变化率大,轻载下很难得到低速,效率低,故现在这种调速方法已极少采用。
当电枢电压恒定时,改变电动机的励磁电流也能实现调速。由式1-1可看出,电动机的转速与磁通Ф(也就是励磁电流)成反比,即当磁通减小时,转速n升高;反之,则n降低。与此同时,由于电动机的转矩Te是磁通Ф和电枢电流Ia的乘积(即Te=CTФIa),电枢电流不变时