直流电机的pwm调压电路设计【字数：10198】
摘 要新时代自动化已经遍及了生活的每个地方，直流电机在机床、大型起重机、矿井甚至是宾馆都得到了广泛的应用。说到直流电机就不得不提它的调速性能，也正是由于这一方面使他得以推广，我们在夏天用到的风扇帽；一些传送带也是由直流电机控制其快慢。PWM调速是直流电机调速中最好用的一种方式，所以现在都很流行用PWM来调制直流电机。论文介绍了调速电路的不同模块，核心是运用软件烧写程序给单片机ATmega328P让它得到指令输出波形。硬件方面根据电路特性设计来H桥驱动电路和一些电路原理来进行改善，在驱动电路中主要是控制开关的通断来控制转速，而在正反转方面运用了一个开关将PWM供给不同的MOSFET。而在电源部分也设计有开关来控制直流电机的通断。最后程序部分也用到ARDUINO IDE来进行PWM波的产生，最终再对结果进行仿真。
目 录
1.引言 1
1.1本论文研究目的、意义及工作 1
1.2直流电动机的调速方法和特点 1
2.直流电机的PWM原理及调压电路设计 4
1.2直流电机的驱动电路 4
2.2 PWM驱动电路和调速选择及原理 6
2.3系统的总体设计思路 7
3.硬件模块的设计 8
3.1 ARDUINO 开发板特性及管脚说明 8
3.2供电电源部分 9
3.3 PWM信号产生 9
3.3.1 555定时器 9
3.4电动机驱动 11
3.4.1不可逆PWM变换器 11
3.4.2 可逆PWM变换器 14
3.5保护电路 16
4.程序设计 18
4.1总流程图 18
4.2软件工作原理 18
4.3 直流电机PWM调压系统程序设计 19
5.仿真与结果 20
5.1软件介绍 20
5.2总仿真图 20
5.3仿真与结果 22
6.结语与展望 25
参考文献 26
致 谢 27
1.引言
1.1本论文研究目的、意义及工作
研究的目的：在生活中，有很 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
多的地方都需要用到直流电机，说到直流电机就不得不提它的调速性能，也正是由于这一方面使它得以推广，我们在夏天用到的风扇帽；一些传送带也是由直流电机控制其快慢。在小的电压方面直流电机有其不可替代的优越性，所以我们将对其调速方式给与关注，不同的调速方式工作量不同，用到的器件不同，损耗不同，电路的复杂程度不同，本文想用一种简单的方式和电路来解决调速问题。PWM在不同领域作为开关有不同作用。
直流电机从其自身来说以控制原理很简单但是其机构复杂，维护不方便。之所以在工业、农业、自动化方面被大量引用，是因为在启动和调速方面其他电机没有它容易控制，而且它节能在环境保护方面也有大的优势。当今社会不断在进步，需求量越来越高，人们越来越注重效率。所以传统的调速方法已经不能满足人们的需求。也正是这种原因PWM调速方式兴起并得到快速发展。在PWM调速方式中，最大的特点就是简单、灵活、多样、方便、控制精度高。所以现实生活中许多地方都用到了PWM，尤其是工业上促进了智能化、工业化。他也会在我们的工作中出现和运用，所以我们需要掌握直流电机PWM调速电路。
本课题运用带有单片机的开发板来产生PWM达到对直流小功率电机的调速转换。
工作：先是对课题的目的和意义进行深刻的总结。再是是了解PWM包括原理和形式，其次再深入进行对比给出一些方案，最后从方案中找出想要的结果。在深入事充分结合电机的驱动进行综合分析。在对软件和硬件进行编程和分配，最后进行仿真。
1.2直流电动机的调速方法和特点
直流电动机在机械制造和轻工业良好的启动和断开性能及其易于控制的速度调节。近年来，在电力电子技术的不断前进中，晶闸管整流器是常用的直流电动机的电源，取代了以往的供电方式。 但直流电动机调速系统是一种复杂的多变量非线性控制系统，许多外界因素都影响着它，而且抗干扰能力不强，不适合高控制性能场合[10]。
所谓调速就是对电动机的速度进行调节，重负载时,电机能够稳定、连续的调速，表现的很灵活。
(11)
其中为电动机两端电压；为电动机磁通量；为负载转矩；为电枢电阻；为空载转速
式(11)为电机的转速公式，从公式中我们可以看出转速的改变可以通过改变电压、电阻、及磁通量来实现调速，从而我们就可以总结出三种方法：1、调压调速2、串电阻调速3、变磁调速。本文我们将从调压调速这方面入手设计电路。从图我们可以看出：当端电压变化时，斜率k相同、截距不变、当电压上升时电机速度升高。
/
图11 电压对转速变化曲线
即U1>U2>U3时，n1>n2>n3。
当我们在实现调压调速时我们必须用到调压装置，方法也很多，下面列举最常用的方式(图13)和最好的方式(图12)。PWM直流电机的调速特点具有电路简单和电流连续与损耗小等。
/
图12 PWM方式
从电网中输入三相交流电通过整流电路使输入电压变为直流，再经过滤波器让谐波数量减少，最后接入含PWM的电路中，最后通过外部条件控制PWM的占空比从而实现对电机转速的控制。这种方式最大的特点是平滑连续、性能最好。
/
图13 调交方式
调交方式则是通过调压器调节交流然后再整流、滤波输出给电机。这种方式是操作麻烦不能输出固定的值
在PWM方式中也就是将PWM作为开关，PWM作为开关有两种一种是硬开关、另一种就是软开关。传统我们都是使用的PWM变换器它的工作方式就是属于硬开关，现在许多的地方也开始采用软开关，因为没有很高的损耗、电压电流与时间的比值小。
2.直流电机的PWM原理及调压电路设计
目 录
1.引言 1
1.1本论文研究目的、意义及工作 1
1.2直流电动机的调速方法和特点 1
2.直流电机的PWM原理及调压电路设计 4
1.2直流电机的驱动电路 4
2.2 PWM驱动电路和调速选择及原理 6
2.3系统的总体设计思路 7
3.硬件模块的设计 8
3.1 ARDUINO 开发板特性及管脚说明 8
3.2供电电源部分 9
3.3 PWM信号产生 9
3.3.1 555定时器 9
3.4电动机驱动 11
3.4.1不可逆PWM变换器 11
3.4.2 可逆PWM变换器 14
3.5保护电路 16
4.程序设计 18
4.1总流程图 18
4.2软件工作原理 18
4.3 直流电机PWM调压系统程序设计 19
5.仿真与结果 20
5.1软件介绍 20
5.2总仿真图 20
5.3仿真与结果 22
6.结语与展望 25
参考文献 26
致 谢 27
1.引言
1.1本论文研究目的、意义及工作
研究的目的：在生活中，有很 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
多的地方都需要用到直流电机，说到直流电机就不得不提它的调速性能，也正是由于这一方面使它得以推广，我们在夏天用到的风扇帽；一些传送带也是由直流电机控制其快慢。在小的电压方面直流电机有其不可替代的优越性，所以我们将对其调速方式给与关注，不同的调速方式工作量不同，用到的器件不同，损耗不同，电路的复杂程度不同，本文想用一种简单的方式和电路来解决调速问题。PWM在不同领域作为开关有不同作用。
直流电机从其自身来说以控制原理很简单但是其机构复杂，维护不方便。之所以在工业、农业、自动化方面被大量引用，是因为在启动和调速方面其他电机没有它容易控制，而且它节能在环境保护方面也有大的优势。当今社会不断在进步，需求量越来越高，人们越来越注重效率。所以传统的调速方法已经不能满足人们的需求。也正是这种原因PWM调速方式兴起并得到快速发展。在PWM调速方式中，最大的特点就是简单、灵活、多样、方便、控制精度高。所以现实生活中许多地方都用到了PWM，尤其是工业上促进了智能化、工业化。他也会在我们的工作中出现和运用，所以我们需要掌握直流电机PWM调速电路。
本课题运用带有单片机的开发板来产生PWM达到对直流小功率电机的调速转换。
工作：先是对课题的目的和意义进行深刻的总结。再是是了解PWM包括原理和形式，其次再深入进行对比给出一些方案，最后从方案中找出想要的结果。在深入事充分结合电机的驱动进行综合分析。在对软件和硬件进行编程和分配，最后进行仿真。
1.2直流电动机的调速方法和特点
直流电动机在机械制造和轻工业良好的启动和断开性能及其易于控制的速度调节。近年来，在电力电子技术的不断前进中，晶闸管整流器是常用的直流电动机的电源，取代了以往的供电方式。 但直流电动机调速系统是一种复杂的多变量非线性控制系统，许多外界因素都影响着它，而且抗干扰能力不强，不适合高控制性能场合[10]。
所谓调速就是对电动机的速度进行调节，重负载时,电机能够稳定、连续的调速，表现的很灵活。
(11)
其中为电动机两端电压；为电动机磁通量；为负载转矩；为电枢电阻；为空载转速
式(11)为电机的转速公式，从公式中我们可以看出转速的改变可以通过改变电压、电阻、及磁通量来实现调速，从而我们就可以总结出三种方法：1、调压调速2、串电阻调速3、变磁调速。本文我们将从调压调速这方面入手设计电路。从图我们可以看出：当端电压变化时，斜率k相同、截距不变、当电压上升时电机速度升高。
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图11 电压对转速变化曲线
即U1>U2>U3时，n1>n2>n3。
当我们在实现调压调速时我们必须用到调压装置，方法也很多，下面列举最常用的方式(图13)和最好的方式(图12)。PWM直流电机的调速特点具有电路简单和电流连续与损耗小等。
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图12 PWM方式
从电网中输入三相交流电通过整流电路使输入电压变为直流，再经过滤波器让谐波数量减少，最后接入含PWM的电路中，最后通过外部条件控制PWM的占空比从而实现对电机转速的控制。这种方式最大的特点是平滑连续、性能最好。
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图13 调交方式
调交方式则是通过调压器调节交流然后再整流、滤波输出给电机。这种方式是操作麻烦不能输出固定的值
在PWM方式中也就是将PWM作为开关，PWM作为开关有两种一种是硬开关、另一种就是软开关。传统我们都是使用的PWM变换器它的工作方式就是属于硬开关，现在许多的地方也开始采用软开关，因为没有很高的损耗、电压电流与时间的比值小。
2.直流电机的PWM原理及调压电路设计
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