【正文】 電氣工程 學(xué)院 畢業(yè)論文 陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 一、 設(shè)計（論文）內(nèi)容及要求： （一）設(shè)計（論文）內(nèi)容 本設(shè)計采用 PWM 控制技術(shù)，利用斬波原理改變脈沖寬度，改變直流電動機(jī)兩端的直流平均電壓的大小，來實(shí)現(xiàn)對直流電動機(jī)的速度控制。 3. 利用 PWM 控制器（單片機(jī)）、大功率開關(guān)器件、隔離電路、驅(qū)動芯片等硬件，設(shè)計建立直流電動機(jī) PWM 控制系統(tǒng)，力求實(shí)用、簡單、經(jīng)濟(jì)。 調(diào)速范圍 D=10。 致謝 ............................................................................................................................................... 26 2 摘 要 直流電機(jī)由于具有速度控制容易，啟、制動性能良好，且在寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速等特點(diǎn)而在冶金、機(jī)械制造、輕工等工業(yè)部門中得到廣泛應(yīng)用。所以常用的控制方法是改變電樞端電壓調(diào)速的電樞電壓控制法。其基本原理是用改變電機(jī)電樞 (定子 )電壓的接通和斷開的時間比 (占空比 )來控制馬達(dá)的速度，在脈寬調(diào)速系統(tǒng)中 ，當(dāng) 電機(jī)通電時，其速度增加；電機(jī)斷電時，其速度減低。 只要按照一定的規(guī)律改變通 、斷電的時間，即可使電機(jī)的速度達(dá)到并保持以穩(wěn)定值。確保了系統(tǒng)可靠運(yùn)行。而且由于勵磁線圈電感較大，動態(tài)響應(yīng)較差。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步，發(fā)展了許多新的電樞電壓控制方法，其中 PWM(脈寬調(diào)制 )是常用的一種調(diào)速方法。 PWM 具有很強(qiáng)的抗噪性，且有節(jié)約空間、比較經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)。本設(shè)計采用直流極式控制的橋式 PWM 變換器。 4） 若是與快速響應(yīng)的電機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應(yīng)快，動態(tài)抗干擾能力強(qiáng)。已完全取代了 VM 系統(tǒng)。圖 1 是直流 PWM 系統(tǒng)原理框圖?？刂撇糠植捎?SG1731（ 脈寬調(diào)制芯片 SG1731 具有欠壓鎖定、故障關(guān)閉和軟起動等功能 ,因而在中小功率電源和電機(jī)調(diào)速等方面應(yīng)用較廣泛。檢測部分中，采用了霍爾片式電流檢測裝置對電流環(huán)進(jìn)行檢測，轉(zhuǎn)速還則是采用了測速電機(jī)進(jìn)行檢測，能達(dá)到比較理想的檢測效果。從閉環(huán)反饋結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào) 節(jié)環(huán)在里面，是內(nèi)環(huán)，按典型Ⅰ型系統(tǒng)設(shè)計；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)在外面，成為外環(huán)，按典型Ⅱ型系統(tǒng)設(shè)計。 PWM 方式是在大功率開關(guān)晶體管的基極上，加上脈沖寬度可調(diào)的方波電壓，控制開關(guān)管的導(dǎo)通時間 t，改變占空比，達(dá)到控制目的?？刂撇糠植捎?SG1525 集成控制器產(chǎn)生兩路互補(bǔ)的 PWM 脈沖波形，通過調(diào)節(jié)這兩路波形的寬度來控制 H電路中的 GTR 通斷時間，便能夠?qū)崿F(xiàn)對電機(jī)速度的控制。電機(jī)的電樞繞組作成三相，轉(zhuǎn)子由永磁材料制成，與轉(zhuǎn)子軸相連的位置傳感器采用霍爾傳感器。 PWM 驅(qū)動裝置是利用大功率晶體管的開關(guān)特性來調(diào)制固定電壓的直流電源，按一個固定的頻率來接通和斷開，并根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)“接通”與“斷開”時間的長短，通過改變直流伺服電動機(jī)電樞 上電壓的“占比空”來改變平均電壓的大小，從而控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。 Us/T=αUs （ 11） 式中， ton 為開關(guān)每次接通的時間， T 為開關(guān)通斷的工作周期，（即開關(guān)接通時間 ton 和關(guān)斷時間 toff之和）， α為占空比， α= ton/T。圖中，四只 GTR 分為兩組， 1VT 和 4VT 為一組， 2VT 和 3VT為另一組。 GTR 是一種雙極性大功率高反壓晶體管，它 大多用作功率開關(guān)使用 ,而且 GTR 是一種具有自關(guān)斷能力的全控型電力半導(dǎo)體器件，這一特性可以使各類變流電路的控制更加方便和靈活，線路結(jié)構(gòu)大為簡化。 a).正向電動運(yùn)行波形 b).反向電動運(yùn)行波形 9 3 單元電路設(shè)計 PWM 驅(qū)動裝置控制電路 如 圖 5 所示 為 PWM 驅(qū)動裝置控制電路框圖。此線路的原理是將一個直流電壓信號與三角波電壓疊成后，形成脈寬調(diào)制方波，在經(jīng)橋式功放電路輸出 PWM 電壓。其振蕩角頻率由電容 C（接 6 腳和地之間）和外供正、負(fù)參考電壓 2V 正、 2V 負(fù)（ 2腳和 7腳）決定： 式中： VU=（ 2VUv+2VVV）。偏差放大器的正、負(fù)相輸入端和輸出端均引出芯片， 4腳 5腳間接反饋電抗，通過配置不同的輸出回路阻抗和反饋回路阻抗，可以構(gòu)成不同的放大器。 11 （ 2） +VO 與 V0 的差值不能小于 ，但也不能超過 44V，電動機(jī)供電可共用此電源，也可另設(shè)電源。 采用光電耦合器進(jìn)行隔離 光電耦合器之所以在傳輸信號的同時能有效地擬制尖脈沖和各種雜訊干擾，使通道上的信號雜訊比大為提高，主要有以下幾方面的原因： （ 1） 光電耦合器的輸入阻抗很小，只有幾百歐姆，而干擾源的阻抗較大，通常為 12 105106 歐姆。因為光耦合器件的輸入回路和輸出回路可以承受幾千伏的高壓。） 采用 UAA4002 進(jìn)行基極驅(qū)動 驅(qū)動芯片 UAA4002 特點(diǎn) 介紹 1） 可為用戶脈沖形成部分與被驅(qū)動的電力晶體管只間提供理想的匹配。 3） 可為晶體管提供一個幅值為 3A 的反向基極電流，這一電流值足以使晶體管快速關(guān)斷，保證了晶體管電極電流的下降時間極短，從而顯著減少了關(guān)短損耗。該邏輯處理器的最大和最小時間可有用戶設(shè)定。設(shè) V V4先同時導(dǎo)通 T1 秒后同時關(guān)斷，間隔一定時間（為避免電源直通短路。這兩段導(dǎo)通過程之間的交替有兩種情況，一種是在 VD1 和 VD2 同時導(dǎo)通之前 VD6 和 VD1 是關(guān)斷的，交流側(cè)向直流側(cè)的充放電電流 id是連續(xù)的。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖 如圖 7所示。把比例運(yùn)算電路和積分電路組合起來就構(gòu)成了比例積分調(diào)節(jié)器，如圖 11 所示。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動恢復(fù)正常。 如果工作機(jī)械的負(fù)載增大，使電動機(jī)轉(zhuǎn)速下載，則則測速發(fā)電機(jī)輸出電壓 Uf 減小，與給定電壓 Ug 比較的偏差電壓（△ U=UgUf）增大，經(jīng)放大后的觸發(fā)控制電壓 Uk 增大，從而使可用硅整流裝置輸出電壓 Ud 增大，增大的 Ud 加在電動機(jī)電樞兩端，則電動機(jī)的轉(zhuǎn)速 n將提高，從而使電動機(jī)轉(zhuǎn)速補(bǔ)償。通過該銅制電流路徑施加的電流能夠生成可被集成霍爾 IC 感應(yīng)并轉(zhuǎn)化為成比例電壓的磁場。當(dāng)通過用作電流感測通路之主要銅傳導(dǎo)通路（從端子 4 到端子 5）的電流不斷上升時，器件的輸出具有正斜率 (VCC/2) 。 ? 通過過溫增益和偏置修正實(shí)現(xiàn)總輸出誤差減少 ? 小型封裝尺寸， 安裝簡便 ? 高可靠性的單片霍爾 IC ? 超低功率損耗： 100 181。 圖 14 霍爾電流傳感器 4 相關(guān)數(shù)據(jù)計算 整流二極管的反向擊穿電壓 URM 應(yīng)滿足 : URM 2 U2 其額定工作電流應(yīng)滿足： IfImax IP+ 4 IP 5 VIOUT 3 VCC 1 GND 2 U1 ACS758LCB150 C7 1nF C8 1nF L1 20 對于 +15v 到 15v 直流電源，二極管的耐壓值： URM 2 x15v= IfImax C 選擇 C=Ict/△Uf 式中：△ Uf穩(wěn)壓器輸入端紋波電壓的峰值 t電容 C 放電時間 Ic電容 C 放電電流 （ 1） 根據(jù)設(shè)計要求： 穩(wěn)態(tài)無靜差 ,超調(diào)量 5%i?? ，因此可用 PI 型電流調(diào)節(jié)器其傳遞函數(shù)為： ( 1)() iiACRiKsWs s?? ?? 電磁時間常數(shù) 0 .0 6 0 .0 41 .5l LTsR? ? ?。 23 總結(jié) 該系統(tǒng)調(diào)速精 度 與調(diào)速范圍要求不是很高，但與傳統(tǒng)的晶閘管可控調(diào)速系統(tǒng)相比 ，它具有調(diào)速范圍寬、快速性能好、功率因數(shù)高、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，使之以廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的直流調(diào)速系統(tǒng)當(dāng)中。大 三 了，馬上就要面對社會開始工作，理論的學(xué)習(xí)我們或許已經(jīng)掌握的很好，但實(shí)際的工作能力就是有待提高的了，通過本次設(shè)計以便積累一些經(jīng)驗對我們來說肯定是很有利的。感謝學(xué)校給我們提供那么多資料資源，感謝班主任細(xì)心地指導(dǎo)，感謝同學(xué)們的相互交流，討論，感謝老師課外輔導(dǎo)，是你們讓我能夠靜下心來，尋找與論文相關(guān) 的課題資料，能夠在知識的海洋里吸取更多的更多的營養(yǎng)，從而能夠為自己進(jìn)一步的加油充電，說實(shí)話這次論文我做了 3篇。 從我做設(shè)計的每個階段，從選題到查閱資料，論文的提綱確定，中期論文的修改，仿真出現(xiàn)的電路問題，畫電路圖中元器件的選擇，后期論文的審核及格式調(diào)整等環(huán)節(jié)都給與了我悉心的指導(dǎo)上的學(xué)習(xí)，同時還給了我思想上的照顧，我也很高興能與同學(xué)們分享彼此的智慧與才華，也很感謝指導(dǎo)老師細(xì)心地指導(dǎo)與幫助，在此謹(jǐn)向老師 致以誠摯的謝意和崇高