單片機(jī)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)-展示頁(yè)
2025-07-08 22:08本頁(yè)面
【正文】 H橋驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)方案圖21所示的H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括4個(gè)三極管和一個(gè)電機(jī)，電路得名于“H橋驅(qū)動(dòng)電路”是因?yàn)樗男螤羁崴谱帜窰。另外，由諧波與無(wú)功功率引起電網(wǎng)電壓波形畸變，殃及附近的用電設(shè)備，造成“電力公害”，因此必須添置無(wú)功補(bǔ)償和諧波濾波裝置。因此，在60年代到70年代，晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（VM系統(tǒng)）代替旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（GM系統(tǒng)），得到了廣泛的應(yīng)用。晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上都有很大提高，而且在技術(shù)性能上也顯示出較大的優(yōu)越性；晶閘管可控整流器的功率放大倍數(shù)在以上，其門極電流可以直接用晶體管來(lái)控制，不再像直流發(fā)電機(jī)那樣需要較大功率的放大器。1957年，晶閘管（俗稱“可控硅”）問(wèn)世，到了60年代，已生產(chǎn)出成套的晶閘管整流裝置，并應(yīng)用于直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，即晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（VM系統(tǒng)）。且對(duì)于直流電機(jī)，采用軟件延時(shí)所產(chǎn)生的定時(shí)誤差在允許范圍。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高；H型電路保證了可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開(kāi)關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也極佳，是一種廣泛采用的PWM調(diào)速技術(shù)。 （一）方案一：PWM波調(diào)速 采用由達(dá)林頓管組成的H型PWM電路（圖1—1）。適用范圍：直流調(diào)速器在數(shù)控機(jī)床、造紙印刷、紡織印染、光纜線纜設(shè)備、包裝機(jī)械、電工機(jī)械、食品加工機(jī)械、橡膠機(jī)械、生物設(shè)備、印制電路板設(shè)備、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、焊接切割、輕工機(jī)械、物流輸送設(shè)備、機(jī)車車輛、醫(yī)療設(shè)備、通訊設(shè)備、雷達(dá)設(shè)備、衛(wèi)星地面接受系統(tǒng)等行業(yè)廣泛應(yīng)用。與交流調(diào)速相比，直流電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，維護(hù)工作量大。所以直流電機(jī)的控制是一門很實(shí)用的技術(shù)。畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題 目 基于單片機(jī)的直流電機(jī)調(diào)速設(shè)計(jì) 教學(xué)點(diǎn) 專 業(yè) 年 級(jí) 姓 名 指導(dǎo)教師 定稿日期： 2011 年 6月 1 日目 錄前言 1 2（一）方案一：PWM波調(diào)速 2（二）方案二：晶閘管調(diào)速 2 3（一） H橋驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)方案 3（二） 調(diào)速設(shè)計(jì)方案 5（三）系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 6 62．H橋驅(qū)動(dòng)電路 63．基于霍爾傳感器的測(cè)速模塊 74．LCD顯示模塊 8（四） 調(diào)速設(shè)計(jì)模塊 91．PWM波軟件軟件設(shè)計(jì) 92．測(cè)速軟件設(shè)計(jì) 12 13（一）調(diào)試軟件介紹 13（二）直流電機(jī)的調(diào)速功能仿真 141．調(diào)速前的波形圖 142．調(diào)速后的波形圖 14（三）電機(jī)速度的測(cè)量并顯示功能仿真 15（四）系統(tǒng)的電路原理圖 15（五）系統(tǒng)的PCB圖 16 17 17附錄 17前言在現(xiàn)代電子產(chǎn)品中，自動(dòng)控制系統(tǒng)，電子儀器設(shè)備、家用電器、電子玩具等等方面，直流電機(jī)都得到了廣泛的應(yīng)用。大家熟悉的錄音機(jī)、電唱機(jī)、錄相機(jī)、電子計(jì)算機(jī)等，都不能缺少直流電機(jī)。直流電機(jī)，大體上可分為四類：幾相繞組的步進(jìn)電機(jī)、永磁式換流器直流電機(jī)、伺服電機(jī)、 兩相低電壓交流電機(jī)直流電機(jī)具有良好的啟動(dòng)性能和調(diào)速特性，它的特點(diǎn)是啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，最大轉(zhuǎn)矩大，能在寬廣的范圍內(nèi)平滑、經(jīng)濟(jì)地調(diào)速，轉(zhuǎn)速控制容易，調(diào)速后效率很高。隨著大功率晶體管的問(wèn)世以及矢量控制技術(shù)的成熟，使得矢量控制變頻技術(shù)獲得迅猛發(fā)展，從而研制出各種類型、各種功率的變頻調(diào)速裝置，并在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。高性能的交流傳動(dòng)應(yīng)用比重逐年上升，在工業(yè)部門中，用可調(diào)速交流傳動(dòng)取代直流傳動(dòng)將成為歷史的必然。盡管如此，我認(rèn)為設(shè)計(jì)一個(gè)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，不論是從學(xué)習(xí)還是實(shí)踐的角度，對(duì)一名電子信息工程專業(yè)的大學(xué)生都會(huì)產(chǎn)生積極地作用，有利于提高學(xué)習(xí)熱情。用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。我們采用了定頻調(diào)寬方式，因?yàn)椴捎眠@種方式，電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)比較穩(wěn)定；并且在采用單片機(jī)產(chǎn)生PWM脈沖的軟件實(shí)現(xiàn)上比較方便。圖1 PWM波調(diào)速電路其結(jié)構(gòu)圖如圖1—2所示：?jiǎn)纹瑱C(jī)（速度的測(cè)量計(jì)算、輸入設(shè)定及系統(tǒng)控制）單片機(jī)（PID運(yùn)算控制器、PWM模擬發(fā)生器）電機(jī)速度采集電路電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路鍵 盤顯示器圖2 電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)框圖（二）方案二：晶閘管調(diào)速采用閘流管或汞弧整流器的離子拖動(dòng)系統(tǒng)是最早應(yīng)用靜止式變流裝置供電的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。如圖13，VT是晶閘管可控整流器，通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓來(lái)移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流電壓，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。在控制作用的快速性上，變流機(jī)組是秒級(jí)，而晶閘管整流器是毫秒級(jí)，這將大大提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。但是由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難；晶閘管對(duì)過(guò)電壓、過(guò)電流和過(guò)高的與都十分敏感，若超過(guò)允許值會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)損壞器件。圖3 晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（VM系統(tǒng)）兼于方案二調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過(guò)載能力大，因此本設(shè)計(jì)采用方案一。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對(duì)角線上的一對(duì)三極管。圖4 H橋驅(qū)動(dòng)電路要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須使對(duì)角線上的一對(duì)三極管導(dǎo)通。按圖中電流箭頭所示，該流向的電流將驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。圖5 H橋驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)圖23所示為另一對(duì)三極管Q2和Q3導(dǎo)通的情況，電流將從右至左流過(guò)電機(jī)。圖6 H橋驅(qū)動(dòng)電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)（二） 調(diào)速設(shè)計(jì)方案調(diào)速采用PWM（Pulse Width Modulation）脈寬
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