电力电子课程设计-直流电机调速文档

课程设计说明书

直流电机调速

系、部：电气与信息工程系学生姓名：

指导教师：职称

专业：自动化

班级：

完成时间：2011年6月3日

电力电子技术课程设计任务书系：电气与信息工程系年级：自本0802 专业：自动化

指导教师姓名学生姓名

课题名称直流电机调速

内容及任务一、设计任务和要求

学生通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题，巩固和运用在《电力电子技术》中所学的理论知识和实验技能，掌握整流和触发电路的基本原理，能够运用所学的理论知识分析设计任务。提高设计能力和实践动手能力，为以后从事电子电路设计、研发电子产品打下良好的基础

二、设计内容

制作一个直流电机调速装置。

三、技术指标

要求电源输入电压为220V，改变控制主电路开关器件的导通角，使负载侧的电压有效值改变，从而控制直流电机的速度。观察当导通占空比a分别为20%、50%、80%时电机转动速度改变情况。

进度安排

起止日期设计内容

5.28 构思大体框架

5.29 根据原理图用protel画出原理图5．29——

6.3 改进并进行仿真

6.3 检查并进行最后修改

主要

参考

资料

王兆安.电力电子技术基础.第五版

答辩

成绩

指导

教师

评阅

意见

摘要

本文是对直流电机PWM调速器设计的研究，主要实现对电机的控制。为实现系统的微机控制，在设计中，采用了AT89C52单片机作为整个控制系统的控制电路的核心部分，用PROTEUS仿真软件以各种显示、驱动模块，实现对电动机转速参数的显示和测量；采用带中断的独立式键盘作为命令的输入，单片机在程序控制下，不断给光电隔离电路发送PWM波形.在设计中，采用PWM调速方式，通过改变PWM的占空比从而改变电动机的电枢电压，进而实现对电动机的调速。

关键词：AT89C52单片机，PROTEUS, PWM

目录

第一章直流电机调速方案论证 (5)

第二章直流电机调速硬件系统 (6)

2.1降压斩波电路 (6)

2.2 驱动电路 (7)

2.3元器件清单 (10)

第三章直流电机调速软件系统的设计 (11)

3.1设计课题PWM信号的单片机程序清单 (11)

第四章仿真结果与分析 (14)

4.1 仿真结果 (14)

4.2 仿真结果分析 (16)

第五章心得体会 (17)

参考文献 (18)

致谢 (19)

附录1 (20)

附录 2 (21)

附录 3 (22)

附录 4 (23)

第一章直流电机调速方案论证

直流电动机的转速控制方法可以分为2大类：对励磁磁通进行控制的励磁控制法和对电枢电压进行控制的电枢电压法。其中励磁控制法在低速时受磁饱和的限制，在高速时受换向火花和换向器件结构强度的限制。并且励磁线圈电感较大，动态性能响应较差，所以这种控制方法用的很少，多使用电枢控制法。

直流电机转速调节：某些场合往往要求直流电机的转速在一定范围内可调节，例如，电车、机床等，调节范围根据负载的要求而定。调速可以有三种方法：（1）改变电机两端电压；（2）改变磁通；（3）在电枢回路中，串联调节电阻。本次课程设计采用第一种方法：利用降压斩波电路与单片机驱动系统改变电机两端的电压大小从而达到调节直流电机转速的目的。

第二章直流电机调速硬件系统的设计

2.1 降压斩波电路

工作原理，两个阶段：

t=0时V导通，E向负载供电，u

o =E，i

o

按指数曲线上升；

t=t

1时V关断，i

o

经VD续流，u

o

近似为零，i

o

呈指数曲线下降；

为使i

o

连续且脉动小，通常使L值较大。

图2.1 降压斩波电路原理图数量关系：

电流连续时，负载电压平均值

a——导通占空比，简称占空比或导通比

U o 最大为E，减小a，U

o

随之减小——降压斩波电路。也称为Buck变换器（Buck

Converter）。

负载电流平均值

电流断续时，u

平均值会被抬高，一般不希望出现斩波电路三种控制方式

o

（1）脉冲宽度调制（PWM）或脉冲调宽型——T不变，调节t

on

不变，改变T

（2）频率调制或调频型——t

on

（3）混合型——t

和T都可调，使占空比改变

on

降压斩波电路的仿真模型如图2.2所示：

图2.2 降压斩波电路的仿真模型

2.2 驱动电路

2.1.1 单片机

本课程设计所用的芯片为AT89C52。之所以选择这块芯片，是因为AT89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，兼容标准MCS-51指令系统。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89C52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。其包含中央处理器、程序处理器（ROM）、数据存储器（RAM）、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线三大总线，其基本结构示意图如图2.1所示：