文档介绍：直流电机PWM调速分解
直流电机PWM调速分解
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直流电机PWM调速分解
安徽工业大学
设计报告
课
程：
硬件描述语言与系统仿真
选
题：
直流电机 PWM 控制
姓
名：
学
院：
电气信息学院
专
业：
电气工程（专硕）
学
号：
指 导 教
师：
武卫华
摘要：直流电机由于具有响应迅速、精度和效率高、调速范围宽、负载能力大、控制性
能优良等特点。随着 EDA技术的发展，用基于 PFGA的数字电子系统对电动机进行控制，
为实现电动机数字控制提供了一种新的有效方法。 该设计介绍了直流电机的 PWM调速原理，
讨论了各个电路模块实现的功能。论文中利用 QUARTUES软件对系统进行建模、仿真。本
系统是以 FPGA为其控制核心，输入电路向 FPGA控制系统发出控制命令。控制系统接收命
令后直接向 H型桥式驱动电路发出 PWM控制信号。输出电路主要实现正反转、启停控制、
速度在线可调功能。
关键词 ：直流电机， FPGA，VHDL,PWM
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直流电机工作原理和调速方案设计
直流电机简介
直流电机基本结构
直流电机由定子（静止部分）和转子（转动部分）两大部分组成。
N
b
+ A a
c
-
B d
S
直流电机的结构
直流电机工作原理
直流电机的工作原理建立在电磁力和电磁感应的基础上， 从图 可以看出主磁极 N、
S 间装着一个可以转动的铁磁圆柱体， 圆柱体的表面上固定着一个线圈 abcd。abcd 是装在
可以转动的铁磁圆柱上的一个线圈，把线圈的两端分别接到两个圆弧形的铜片上（简称换
向片），两者相互绝缘，铁芯和线圈合称电枢。当线圈中通入直流电流时，线圈边上受到
电磁力 F=Bli ，根据左手定则确定力的方向，这一对电磁力形成了作用于电枢的一个电磁
转矩，转矩的方向是逆时针方向。若电枢转动，线圈两边的位置互换，而线圈中通过的还
是直流电流，则所产生的电磁转矩的方向则变为顺时针方向，因此电枢受到一种方向交变
的电磁转矩。这种交变的电磁转矩只能使电枢来回摇摆，而不能使电枢连续转动。显然，
要使电枢受到一个方向不变的电磁转矩，关键在于，当线圈边在不同极性的磁极下，如何
将流过线圈中的电流方向及时地加以变换，即进行所谓“换向”。为此必须增添一个叫做
换向器的装置，换向器由互相绝缘的铜质换向片构成，装在轴上，也和电枢绝缘，且和电
枢一起旋转。换向器又与两个固定不动的由石墨制成的电刷 A、B 相接触。装了这种换向
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器以后，若将直流电压加于电刷端， 直流电流经电刷流过电枢上的线圈， 则产生电磁转矩，
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电枢在电磁转矩的作用下就旋转起来。电枢一经转动，由于换向器配合电刷对电流的换向
作用，直流电流交替地由线圈边 ab 和 cd 流入，使线圈边只要处于 N 极下，其中通过电流
的方向总是由电刷 A 流入的方向，而在 S 极下时，总是从电刷 B 流出的方向。这就保证了
每个极下线圈边中的电流始终是一个方向。这样的结构，就可使电动机能连续地旋转。这
就是直流电机的基本工作原理。
直流电机调速原理
直流电机电压调速原理
图 为按电机惯例标定的直流电机稳定运行量各物理量的正方向。由图可见电机的
电枢电动势 Ea 的正方向与电枢电流 I a 的方向相反， 为反电动势； 电磁转矩 T 的正方向与转
U
说明 :
U
,,,,,,
> 电压
I T1
T2
Ea
,,,
> 电枢电动势
nT0
Rc
n
,,,,,,,
>转