直流电动机的PWM调压调速原理

1、直流电动机的 PWM 调压调速原理直流电动机转速N的表达式为：N=U-IR/K©由上式可得， 直流电动机的转速控制方法可分为两类： 调节励磁磁通的励磁 控制方法和调节电枢电压的电枢控制方法。 其中励磁控制方法在低速时受磁极 饱和的限制，在高速时受换向火花和换向器结构强度的限制， 并且励磁线圈电 感较大，动态响应较差，所以这种控制方法用得很少。现在，大多数应用场合 都使用 电枢控制方法。对电动机的驱动离不开半导体功率器件。 在对直流电动机电枢电压的控制和 驱动中，对半导体器件的使用上又可分为两种方式： 线性放大驱动方式和开关驱 动方式。线性放大驱动方式是使半导体功率器件工作在线性区。这

2、种方式的优点是： 控制原理简单，输出波动小，线性好，对邻近电路干扰小；但是功率器件在线性 区工作时由于产生热量会消耗大部分电功率， 效率和散热问题严重， 因此这种方 式只用于微小功率直流电动机的驱动。绝大多数直流电动机采用 开关驱动方式 。 开关驱动方式是使半导体器件工作在开关状态， 通过脉宽调制 PWM 来控制电动 机电枢电压，实现调速。在PWM调速时，占空比a是一个重要参数。以下 3种方法都可以改变占空 比的值。（1）定宽调频法这种方法是保持t1不变，只改变t2，这样使周期T （或频率）也随之改变。（2）调频调宽法这种方法是保持t2不变，只改变t1，这样使周期T （或频率）也随之改变。（

3、3）定频调宽法这种方法是使周期T （或频率）保持不变，而同时改变t1和t2。 前两种方法由于在调速时改变了控制脉冲的周期（或频率） ，当控制脉冲的频率 与系统的固有频率接近时，将会引起振荡，因此这两种方法用得很少。目前，在直流电动机的控制中，主要使用 定频调宽法。直流电动机双极性驱动可逆 PWM 控制系统双极性驱动则是指在一个 PWM 周期里， 作为在电枢两端的脉冲电压是正负 交替的。双极性驱动电路有两种， 一种称为 T 型，它由两个开关管组成， 采用正负电 源，相当于两个不可逆控制系统的组合。 但由于 T 型双极性驱动中的开关管要承 受较高的反向电压，因此只用在低压小功率直流电动机驱动。另一

4、种称为 H 型。H型双极性驱动一、显示接口模块方案一：液晶显示器也是一种常用的显示器件。它的优点是功耗低，寿命 长，本身无老化问题，显示信息量大（可以显示字母和数字） ，在显示字符上没 有限制。但价格高，接口电路较为复杂。其只在一些（袖珍型）设备上作为显示 之用。方案二：数码管（LED是一种简单而常用的显示器件，通常用来指示机器 的状态和其他信息。它的优点是价格低，寿命长，对电流，电压的要求低及容易 实现电路的接口等； 而有其亮度较低， 温度依赖性较大等缺点。 但在其系统中只 作为简单的显示，且从价格等方面考虑。采用方案二来设计电路。1 电动机控制电路模块H 桥电动机驱动电路的工作原理：A:当

5、单片机的脚输出高电平，而脚输出低电平时，通过光电耦合器后仍然 输出为高电平，使 Q4管导通，此时Q1也处于导通状态，但 Q2管的基极的电 位被强行拉低，Q2管处于截止状态。由于单片机的脚输出低电平， Q8 处于截止状态， 而此时 Q7 因为 Q5 的截止而处于导通状态， 从而使电动机形 成回路，电机正常工作。B:同理可得，当脚输出低电平，而脚输出高电平时，三极管的状态与上述相反，电机同样处于正常工作状态C:当脚和同时为高电平或低电平，由于 Q4与Q8和Q3与Q7的工作状态 相同，同时处于导通或截止，使电机两断电位相同，无法使电机形成闭和回路， 电机不工作，着就是所谓本设计所提及的刹车状态。由于

6、电路中在驱动功率管的发射极各添加了一个小电感，目的是为了使电 机驱动电压更加稳定，得到较为平滑的驱动电压，从而增加了刹车时动作的准 确性，减少电机的在起动和停止的瞬间产生过大的电压对功率管的冲击，导致 功率管的损坏。同时也提高了电机的刹车控制可靠性和准确性，不至于因惯性 而导致控制上产生较大的误差。该桥的优点是电路的原理简单、易控制、功耗低带负载能力强、刹车的精 度很高而且价格低廉。在驱动电路的控制信号输入断采用了光电隔离技术，减 小 H 桥电机驱动电路对单片机的干扰，实现模拟电路与数字电路的隔离。在单 片机的配合下，通过 PWM 调节脉宽的方法，实现了对驱动电机的轻松调速，通 过键盘的配置可

7、以对体的参数进行修改，可以使电机适应各种不同的工作状态， 而实现智能控制的目的。 正因为采取了 PWM 该技术， 使我们完成基本要求的过 程变得简单易行。在电路中所采取的功率管为中功率管，其中将驱动功率管设计为灵活替换 方式，可以根据实际驱动电路的需要，从而调整功率管的型号而不用另行更改 电路，就可以满足电路控制的要求三、软件模块部分 在速度控制方面，一般是能通过改变加在电机两端的电压来实现的，可以 是连续改变（加直流电压） ，也可以是断续改变（加脉冲电压） 。为了简单用， 我们采用了脉宽调速，脉宽的变化可以通过硬件或软件来实现。方案一硬件实现是通过改变振荡电路中 RC参数来调整充放电时间。若 用硬件电路来实现，在稳定性方面得不到保证。方案三用软件的作法是通过设置高电平及低电平的保持时间来达到PWM的脉宽调制目的。就比较而言，软件调整量化指标更高、调整更可靠、更方便、更准确。因 此在设计时，常考虑方案二。脉冲频率对电机转机也有影响，脉冲频率高连续性好，但带负载能力差， 频率低则反之。经实验发现，