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毕业论文(设计丿
题
目:基于TL494的PWM直流电机控制系统设计
姓
名:
学
院:机电工程学院
专
业:电气工程及其自动化
班
级:
学
号:
指导教师:
2010年6月18日
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论文(设计)作者签名:日期:年_月_日
指导教师签名:日期:年_月_日
摘要I
AbstractII
1绪论1
2直流电机控制系统概述3
3控制主电路的设计4
H桥电路综述6
4控制器硬件电路设计11
TL494芯片介绍11
TL494工作特性12
PWM波生成原理13
CD4023简介19
CD4009简介20
PWM信号的驱动21
PWM控制方式22
5测速电路的设计24
6总结与展望30
参考文献31
致谢32
附录133
附录234
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I
基于TL494的PWM直流电机控制系统设计
摘要
本文介绍了以TL494芯片为核心,采用PWM技术的直流电机控制系统的设计。该控制系统是通过调节PWM信号的占空比来实现对MOSFET管的通断控制,从而实现电机的四象限运行,以及电机的调速测速功能。
文章详细阐述了直流电机PWM调速控制原理、以N沟道增强场效应管为核心的H桥功率驱动原理与其电路设计,文中包括整流电路、保护电路以及对TL494产生的PWM波的驱动。其中保护电路产生的信号接入CD4023芯片进行逻辑运算控制主电路通断。
设计表明基于TL494的PWM直流电机控制系统电路结构简单,驱动能力强,易于理解,是实验教学的理想设备。最后对直流电机控制发展进行了展望。
关键词:整流;TL494;脉宽调制;直流电机;
BasedOnTheTL494PWMDc-MotorController
Abstract
TheTL494chipsareintroducedinthispaper,,soastorealizethehigecontrolmotorandmotorquadrantoperationspeedregulatingfunction.
Thepaperexpoundsthedcmotorspeedcontrolprinciple,withPWMNchannelenhancemosfetasthecoreprincipleofpowerandHbridgecircuitdesign,.
BasedonthedesignthatTL494PWMcontrolsystemofdcmotordrivingcircuitissimpleinstructure,easytounderstand,ability,.
Keywords:Rectifyir;TL494;PulseWidthModulatipiDc-Motors;
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I
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电机的应用在国民经济中起着重要作用。无论是在工农业生产、交通运输、国防宇航、医疗卫生、商务与办公设备,还是日常生活中的家用电器,都大量地使用着各种各样的电机。电机既可作为产生电能的工具,也是电能应用的主要形式。据资料统计,我国生产的电能约60%用于电动机⑴。
由于直流电动机具有优良的调速控制特性,其调速平滑、方便,所从,在工业及人们生活中都在广泛地使用直流电机系统。电机制造技术主要是电机本体优化设计、加工制造、工艺技术等,设计较多的传统电工及机械、材料学科的内容。电机控制技术则主要服务于电机的运行、特性控制,最主要是电动机的速度控制和发电机的励磁调节⑵。随着电力电子技术、微电子技术、微机控制技术在电机控制中的应用,电机控制是以电子控制为主要形式,已逐渐成为了一门以电机为机械本体,集信息技术、微电子技术与工作机械于一体的机电一体化技术,更是高新技术改造传统机电技术的重要手段。直流电机已经成为推动人们生活的一个主要工具,这样对直流电机的控制就是永远的话题。
我国环境保护的基本国策是发展经济不能以牺牲环境为代价。随着汽车、摩托车等燃油车工业的迅猛发展,排气污染越来越严重。这样,低污染、控制方便。节能的电机在现实应用中尤为重要。通过PWM控制功率转换电路,可以方便的实现对电机调速控制,并且起到节约能源的作用。
TL494其有输出PWM脉冲的性能以及自身带有运算放大器,就使设计的外围电路简单,性能稳定。设计中加入了保护电路保证控制器的正常工作,并且尽可能的排除电机运行中的安全隐患。
随着电力电子技术的发展,脉宽调制直流调速技术已成为直流电机最常用的一种调速方式,它驱动能力强、调速精度高、响应速度快、调速范围广、调速特性平滑、过载能力较强和耗损低等特点,对我国工业自动化控制发展起着重要作用。
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通过电机控制器的规格要求,我们希望本设计满足一下要求:
1)对三相电整流使直流电机正常运转
2)最新的电路设计和MOSFET技术
3)串励或者永磁电机
4)强电流和强化街头的能力
5)电气隔离和过电流保护能力
6)耐久力、环境适应力强
7)加速度可调
8)电路结构简单
9)功率器件:MOSFET
10)调节方式:PWM
11)调整方法:电阻器
根据以上要求,我们预计使用可调电阻控制电机的运转速度和工作时间。运用放大器和耦合器,对电路实现电气隔离以及对控制其内部进行多种保护措施。
实现方法,利用占空比可调的PWM信号,通过调节可变电阻调节PWM信号的占空比,并使用H桥MOSFET来控制电路的通断,控制电机工作的时间。通过过流信号检测接入TL494与非门来控制PWM的通断,实现电路过流保护。
直流电机驱动控制电路分为脉宽调制电路、驱动信号放大电路和H桥功率驱动电路过流保护电路等部分,控制总流程如下图所示:
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图1-1设计流程图
众所周知,直流电机转速公式为:
U-IR
公式(1-1)
n=
CQ
E
式中,U为电枢供电电压;o为励磁磁通;I为电枢电流;R为电枢回路总电阻;C是由电E
机结构决定的电动势常数⑶。所以对直流电机电枢电压U进行控制从而达到对电机转速控制。直流电机转速控制可分为励磁控制法与电枢电压控制法。随着电力电子技术的进步,改变电枢电压可通过多种途径实现,其中脉冲宽度调制便是常用的改变电枢电压的一种调速方法。其方法是通过改变电机电枢电压接通时间与通电周期的比值来调整直流电机的电枢电压,从而控制电机转速。
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2直流电机控制系统概述
现在的国民工业生产中实现电机的速度控制主要有两种情况:
1)满足实际应用中的要求
由于直流电机良好的启动、制动和调速性能,可以方便的实现电机的四象限运行,包括正传、正传制动、反转、反转制动,已经广泛应用于现代直流电机伺服系统。比如电梯、机床、纺织等传动,特别轧钢设备是高性能调速技术的应用场合。
2)调速控制实现节能
目前,工业用电的三分之二为电机所消耗,而在居民用电中这一比例亦高达四分之一,有鉴于此,电机的效率问题继续受到更大的关注。标准的电机应用完全能以更高的能量效率运行,就电能到机械能的转换而言,大多数电机的效率较低。对于水泵、拖动风机,过去的电机恒速运行,依靠挡板或者阀门调节转速,致使大量的能量以发热的形式消耗掉,而为能变换为有用的机械能。如果实现节能调节速度方式调节流量,电机的输入功率降低,可以产生多达30%的节能效果。对于能源日渐稀缺的今天。这是优化调速最大的现实意义。
由于直流电机的构造可以知道一个小的制造失误就可能带来较大的机械磨损。调速时从直流电机需要设置机械转向器和电刷,这就使得直流调速存在固有的缺陷:
1)电枢容易磨损,因此需要经常对电机进行维护,同时换向器结构复杂,增加制作成本。直流电机在运行中电刷容易产生火花,因此这就限制了电机的适用场合,不能适用于炼油、化工等易燃、易爆的场合。
2)无法制造大功率直流电机。由于存在换向问题,所以直流电机难以适应大容量、高转速、高电压要求的电机,它的极限容量与转速乘机被限制在106kw*r/min,这一局限远远不能适应高速大容量化的工业发展要求。直流电机在精密车床、机器人等小容量高精度控制领域应用很广泛[41。