直流电机斩波调速控制系统设计
基于PLC的直流电机控制系统设计
基于PLC的直流电机控制系统设计摘要：本文提出了一种利用可编程逻辑控制器件（plc）对他励直流电机进行速度控制的方法。
该方法使plc工作在dc/dc斩波模式，通过将固定直流电压转变为可变直流电压提供给电机电枢。
pang-pang控制是依据参考速度来导通或关断直流电机的电源。
这种方法简单、迅速而且有效，能够在0至100%范围内调整电机转速。
该系统能够广泛应用于不同的工业应用场合。
关键词：直流电机可编程逻辑器件速度控制中图分类号：tm921.5 文献标识码：a 文章编号：1007-9416（2013）01-0010-021 引言直流电机的速度控制相对于交流电机来说更加的简单，成本也更低。
但是由于有换向器的存在，直流电机不太适用于转速要求较高的场合，而且也有维修成本。
固定交流电压通过可控整流器得到可变直流电压输出，而固定直流电压可以通过斩波器得到可变直流电压输出[1]。
由于以上两者能提供连续可变的直流电压，使得其在工业控制中的到广泛应用。
可编程逻辑器件（plc）是一种工业计算控制单元，它能够在各种处理过程和工况环境下执行离散或连续的控制[2]。
工业过程控制时plc应用最为广泛的场合。
本文利用plc工作在dc/dc斩波器模式下，提出一种基于plc的直流电机速度控制系统。
该系统避免了功率管的时间导数dv/dt或者di/dt。
该系统能广泛应用于各种环境下。
2 直流电机的经典斩波控制方法直流斩波器是用来改变电枢电压的一种器件，它连接在固定直流电压源与直流电机之间。
斩波器能提供电机的制动反馈能量，并能把能量反馈到电源[3，4]。
他励直流电机的斩波控制电路如图1所示。
电机电流是否连续取决于占空比和电枢电感。
图2所示为电机电流连续和不连续时的波形。
其中有三种可能的工作模式，下面将逐一介绍。
模式一：功率管t导通，在0<t<t1时电源给电机供电，ia=i1，此时电压方程为（1）转矩方程为（2）模式二：功率管t关断，在t1<t<t2时二极管续流，ia=i2，系统方程有（3）（4）模式三：t2<t<t电机处于惯性滑行阶段（5）（6）3 控制系统设计基于plc的直流电机控制系统框图如图3所示。
直流电机PWM控制系统设计
0 前言在电气时代的今天，电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用，无论在工业农业生产、交通运输、国防航空航天、医疗卫生、商务与办公设备，还是在日常生活中的家用电器，都在大量地使用着各式各样的电动机。
据资料统计，现在有的90%以上的动力源来自于电动机，电动机与人们的生活息息相关，密不可分。
随着现代化步伐的迈进，人们对自动化的需求越来越高，使电动机控制向更复杂的控制发展。
直流电动机具有优良的调速特性,调速平滑、方便,调速范围广,过载能力大,能承受频繁的冲击负载,可实现频繁的无级快速起动、制动和反转,能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求。
直流调速技术不断发展，走向成熟化、完善化、系列化、标准化，在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代。
直流电机的数字控制是直流电动机控制的发展趋势，用单片机的数字控制的发展趋势,用单片机进行控制是实现电动机数字控制的最常用的手段。
由于电网相控变流器供电的直流电机调速系统能够引起电网波形畸变、降低电网功率因数，除此之外，该系统还有体积大、价格高、电压电流脉动频率低、有噪声等缺点。
而采用直流电动机的PWM调速控制系统可以克服电网相控调速系统的上述诸多缺点。
电动机的控制技术的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、电动控制技术、微机应用技术的最新发展成果。
正是这些技术的进步使电机控制技术在近20多年内发生了翻天覆地的变化，其中电动机的控制部分已由模拟控制逐渐让位于以单片机为主的微处理器控制，形成数字和模拟的混合控制系统和纯数字控制的应用，并曾向全数字化控制方向快速发展。
电动机的驱动部分所用的功率器件经历了几次更新换代，目前开关速度更快、控制更容易的全控型功率器件MOSFET和IGBT成为主流。
功率器件控制条件的变化和微电子技术的使用也使新型的电动控制方法能够得到实现，脉宽调制控制方法（PWM和SPWM）,变频技术在直流调速和交流调速中获得广泛的应用。
四象限斩波控制直流调速系统的仿真
四象限斩波控制直流调速系统的仿真四象限斩波控制直流调速系统是一种常见的电机调速控制方法，通过控制电机的电压和电流来实现对电机转速的精确控制。
下面是一个详细的四象限斩波控制直流调速系统的仿真步骤：1. 确定系统参数：首先，需要确定直流电机的参数，包括电机的电感、电阻、转矩常数等。
同时，还需要确定控制系统的参数，包括采样周期、控制器的增益等。
2. 建立数学模型：根据直流电机的特性和控制策略，建立数学模型。
一般来说，可以使用电机的电动方程和电压方程建立数学模型。
3. 设计控制器：根据系统的数学模型，设计合适的控制器。
常见的控制器包括比例控制器、积分控制器和微分控制器等。
根据具体需求，可以选择不同的控制器结构。
4. 进行仿真：使用仿真软件（如MATLAB/Simulink）搭建直流调速系统的仿真模型。
在模型中，将控制器和电机模型进行连接，并设置合适的输入信号。
5. 设置初始条件：为了进行仿真，需要设置合适的初始条件。
这包括电机的初始转速、电流以及控制器的初始状态。
6. 运行仿真：开始仿真运行，并观察系统的响应。
可以通过监测电机的转速、电流以及控制器的输出等参数来评估系统的性能。
7. 优化控制器：根据仿真结果，可以对控制器进行调整和优化。
可以通过改变控制器的参数或者结构来提高系统的性能。
8. 分析结果：根据仿真结果，分析系统的性能。
可以评估系统的稳定性、响应速度和抗干扰能力等指标。
通过以上步骤，可以完成四象限斩波控制直流调速系统的仿真。
在实际应用中，可以根据仿真结果进行实际系统的设计和调试。
直流斩波电路
直流斩波电路直流斩波电路（DC Chopper）是一种用来控制直流电动机的电路。
它可以为直流电机提供高效的调速和转向控制，因此在工业应用中非常广泛。
直流斩波电路主要由斩波器、控制电路和直流电源组成。
斩波器是控制电动机转速和方向的核心部分，它通过调节输出电压和电流的波形来实现电机的控制。
控制电路则通常采用微处理器或单片机，用来控制斩波器的工作状态和输出信号的频率、幅值和相位。
直流电源则是为整个系统提供电能，以保证电机能够正常运行。
斩波器斩波器是直流斩波电路中最重要的部分，它通常包括一个开关器件和一个电感元件。
开关器件可以是晶闸管、MOSFET管、IGBT管等。
而电感元件则是用来限制输出电流和平滑输出电压波形的。
在斩波器中，当开关器件导通时，电感元件会吸收输入电源中的能量，同时输出电压也会上升。
而当开关器件关断时，电感元件会反向放电，同时输出电压也会下降。
通过改变开关器件的工作状态，我们就可以改变电源的输出电压和电流波形，从而实现对电动机的控制。
控制电路在直流斩波电路中，控制电路主要负责控制斩波器的开关状态。
控制电路通常由微处理器或单片机实现，可以使用PID等算法来控制输出电压和电流的稳定性和响应性。
控制电路同样可以控制输出信号的频率、幅值和相位。
这些信号不仅可以控制电动机的运行状态，还可以用来监测电机的转速和位置，以实现更加精确的控制。
直流电源直流电源是为整个电路提供电能的部分，它的稳定性和可靠性对整个电路的运行非常重要。
在直流斩波电路中，直流电源通常采用整流电路和充电电路的结合，以实现对电池的充电和电机运行的供电。
直流电源的质量也直接影响了斩波器和控制电路的稳定性，因此需要特别注意。
应用直流斩波电路可以应用于各种不同类型的电机控制，包括直流电动机、无刷直流电机和步进电机等。
它的高效能和高精度控制使得它在精密控制和节能降耗等方面具有广泛的应用前景。
除此之外，直流斩波电路还可以应用在光伏逆变器、风力发电机、电子变压器等领域中，以实现对电能的转换和传输。
直流电动机斩波调速系统设计
直流电动机斩波调速系统设计摘要长期以来，直流电机以其良好的线性特性、优异的控制性能等特点成为大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制系统的最佳选择。
特别随着计算机在控制领域和高开关频率、全控型第二代电力半导体器件的发展，以及脉宽调制(PWM直流调速技术的应用，直流电机得到广泛应用。
目前, 市场上用的最多的IGBT 直流斩波器, 它是属于全控型斩波器，它的主导器件采用国际上先进的电力电子器件IGBT ，由门极电压控制，从根本上克服了晶闸管斩波器及GTR 斩波器的缺点。
本次课程设计采用集成脉宽调制器以及调节器构成转速、电流双闭环的直流调速系统，转速环将电动机的的转速转化为电压信号与电压给定相比较，经转速调节器作用产生电流调节器的给定信号。
电枢电流反馈信号与转速调节器的输出信号经电流调节器作用产生控制信号。
因此需要设计电流检测、转速检测电路，以及ACR 和ASR 的模型。
此外主电路要求设计驱动电路、保护电路和直流斩波电路，降压斩波电路，通过控制可控器件的占空比来控制输出电压的大小。
主电路中的可控性器件通过集成脉宽调制器控制，来控制其开通和关断。
最终形成直流电动机斩波调速系统。
关键词：斩波电路转速调节器电流调节器脉宽调制器保护和检测电路1 概述电力电子技术在现代化社会的建设中的应用起着重要作用并得到飞跃性的发展。
直流斩波器作为一种电力电子器件，也必定随着直流电的广泛应用而显得异常重要。
直流斩波器广泛应用于生产生活等时机情况当中，从我国国情出发，大力发展直流电技术，结合电力电子技术，这对改善我国科技现状水平，提高经济效益将起着重要作用。
因此研究直流斩波器有着深远的意义，它不仅能够大大改善各种机车的调速系统，为其提高安全、快速、低损耗的调速装置，还可以为世界能源危机带来曙光，解决能源带来的各种问题。
鉴于上述情况，本次课设要求设计直流电动机斩波调速系统，加深我们队斩波调速系统的理解。
斩波电路通过控制电路导通比来控制输出端电压大小，用来控制直流电动机时，电枢电压的改变可方便调节电动机转速。
鱼雷直流电机斩波调速系统设计
鱼 雷 直 电机 斩 波 调 系 统 设 计 流 速
雷毅 何万 国
（ 军驻 中 国舰 船研 究 设计 中心 军事代 表室 ， 武汉 ４ ０ ６ ） 海 ３ ０ ４ 摘 要 ：本文 分析 了斩 波调 速系 统 的工作 原理 。给 出 了系统硬 件 设计和 ＤＳ Ｐ编程 的主 流程序 及 中断服 务程 序 。实验 结果表 明电机运 行 稳定 、可 靠 、噪音 低 ，系 统调速 响应 快 ，冲 击 小 ，动静态 性 能好 ，达 到 了鱼 雷 直 流推进 电机 无极 变速 设计 的要 求 。
Ａｂ ｔａ ｔ／ ｉｐ ｐ ｒｔｅ ａ ｉｐ ｉｃ ｏ ｏ ｂｅｃｏｅ ｓｒ ｃ：ｎｔ ｓ ａ ｅ，ｈ ｓｃ ｒ ｉ ｆｄ ｕ ｌ ｌｓｄＰＷＭ ｓｓｅ ｖ ｌｃｔ ｄ ｌｔ ｎｉ ａ ａ ｚｄ ｈ ｂ ｎｐ ｙ ｔｍ ｏ ｅｏ ｉ ｍｏ ｕａｉ ｎ ｌ ｅ ． ｆ ｙ ｏ ｓ ｙ
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ａ ｔ ｄｓｕ ｂ ｎ ｅ ｗｈｌ ｃ ｎ ａ ｈｅｅ ｔｅｄ ｍａ ｄ ｏ ｆｎｔｌ ｖ ｒａ ｌ ｓ ｅ ｄ ｔａ ｓ ｓ ｉｎ ｏ ｒｅ ｏＤＣ ｎｉ ｉｔｒ ａ ｃ ， ｉ ａ ｃ ｉ ｈ ｅ ｎ ｉ ｉ ｙ ａ ｉｂｅ ｐ ｅ ｎ ｍｉ ｏ ｔ ｐ ｄ — ｅ ｖ ｆ ｎ ｅ ｉ ｒ ｓ ｆ ｏ
为 世 界 各 鱼 雷 生产 国 入 大 量 的财 力 ，进 行 该项
鱼 雷 高 新 技 术 的 开 发和 研 究 。
直流电动机的直流斩波调速-
沈阳工业大学课程设计书学院电气工程学院专业（年级、班）电气工程及其自动化0802班设计人苏胜蛟学号080301045设计题目直流电动机的直流斩波调速装置目录----------------------------------------------------------------1设计前言- ----------------------------------------------------------2一、系统工作原理----------------------------------------------------21.1结构与调速原理-------------------------------------------------- 3二、主电路的设计与分析----------------------------------------------42.1 主电路的各个部分电路--------------------------------------------42.1.1 整流电路------------------------------------------------------42.1.2 斩波调速电路--------------------------------------------------6三、控制电路的设计与分析-------------------------------------------73.1 触发电路的设计与分析--------------------------------------------83.2脉宽调制（PWM）控制的设计与分析----------------------------------83.2.1 欠压锁定功能--------------------------------------------------83.2.2系统的故障关闭功能--------------------------------------------93.2.3软起动功能----------------------------------------------------93.2.4 波形的产生及控制方式分析-------------------------------------103.3 延时、驱动电路的设计--------------------------------------------103.4 ASR和ACR调节器设计------------------------------------------113.4.1 ASR（速度调节器）---------------------------------------------113.4.2 ACR（电流调节器）----------------------------------------------13四、总电路图-------------------------------------------------------15心得体会-----------------------------------------------------------16参考文献----------------------------------------------------------18设计前言：长期以来，直流电机以其良好的线性特性、优异的控制性能等特点成为大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制系统的最佳选择。
基于DSP控制的斩波器无刷直流电动机调压调速系统的设计
收稿 日期 ：０ ９ １ ８ ２ ０ —１ —２
宽度。 ｅ 当ｌ 等于零时Ｐ ＷＭ 波的宽度不变 ； ｅ 当Ｉ 过大 即参考 电流大于实际 电流很多 ， 的 Ｐ 使 ＷＭ 宽度大 于 控 制周 期 时 就 令 Ｐ ＷＭ 的宽 度 为 控 制 周 期 ， 时 此 输 出最 宽 的 Ｐ Ｍ 波 以最 快 地 增 大 转速 ； Ｉ 过 小 Ｗ 当 ｅ （ 负值 ） 参 考 电 流 小 于 实 际 电流 很 多 ， Ｐ 为 即 使 ＷＭ 宽 度小 于零 ， 令 Ｐ 就 ＷＭ 的宽 度 为零 ， 时 以最 快 的 此 速 度 降低转 速 。 由ＤＳ Ｐ输 出 的六： Ｐ Ｍ 波 ， 由驱 ￣ Ｗ Ｎ 经 动 电路控 制 晶 闸管 的开 关 模 式 ， 而 控 制 无 刷 直 流 进 电动机 的转 速 。 ２ 电 路实 现 及仿真 双 闭环 调 速 系统 的 电 气主 接 线 包 括 电源 、 流 整 桥 、 Ｒ、 ＧＴ 直流 无 刷 电动 机 、 动 电路 、 Ｓ 驱 Ｄ Ｐ芯 片 、 以 及 电路 电流 、 电压 的检 测 和 保 护 电路 ， 电流 、 速 的 转
１ １ 无 刷 电机 的 Ｄ Ｐ控 制 系统 ． Ｓ
Ｉ ｅｋ— Ｉｅ ｒ ｆ ｒ 丘
，
＋ ｋ（ ｐ ＥＫ — ＥＫ １ 一 ）＋ Ｋ ｉ ＴＥＫ 】 一
（） １
其中： Ｉ 速度 调 节器 输 出 ； 一 Ｅ —Ｋ 时 刻 的速度 误 差 ； ｋ Ｋｐ 比例 系数 ； 一 Ｋｉ 积分 系 数 ； 一速 度 采样 周 期 。 一 Ｔ 电流 调 节是 采用 了Ｐ 增 量算 法 。电流 的调 整过 Ｉ 程就是 Ｐ Ｍ 信 号产 生 的过 程 。 过 调整Ｐ Ｗ 通 ＷＭ 波 的 宽 度就 可 以调 整 电流 的 平均 值 。Ｐ ＷＭ 波 的 宽 度 由 参考 电流 与 检测 电流 的 电流 差 决定 。再经 过 Ｐ Ｄ增 Ｉ 量算 法计 算 ， 可得 应 输 出的 电流 ：
1-3 直流电动机的脉宽调制(PWM)调速
若VT1关断时间长，在t=t2时，电枢电流ia衰减 到零，那么在电动机内电势Ea的作用下，VT2导通， 电枢电流ia 将沿着相反的方向从B点流入A点，电机 进入能耗制动。通过控制VT2的时间间隔可以控制电 机的制动转矩 注意：在VT1重新导通之间，必须先关闭VT2， 让电枢电流经过VD1续流，电机短时进入再生制动状 态，否则在VT2还没有完全关断之前就让VT1导通， 电源经过VT2、VT1直接短路，损坏开关元件。
1、单极性脉宽调制方式 系统输出电压UA的极性是通过一个控制电压Uc 来改变的。 Uc为正，VT1与VT2交替导通，VT4一直导通， VT3关断，此时，B点总是为正，A点总是为负 Uc为负，VT3与VT4交替导通，VT2一直导通， VT1关断，此时，B点总是为负，A点总是为正
工作原理： Uc为正时 0<t<t1时，VT1导通，VT2关断，若Us>Ea， 电枢电流经VT1、VT4从B流到A，电机处在电动 机状态。 在t1<t<T时，VT1关闭，VD2与VT4续流，电枢 电流方向不变，电机仍处在电动机状态。 若在t1<t<T期间的某一时刻t2电枢电流衰减到 零，那么在t2<t<T期间，Ea使VT2导通，电枢电 流反向，经VT2、VD4从A流到B，电机进入能耗 制动状态 若Ea>Us，在VT2关断期间，电枢电流经VD1 和VD4输回电网，电机作再生制动 Uc为负时，原理与此类似，电机反向
如果电流连续，则电机始终处于电动状态 若在t1<t<T期间的某一时刻t2电枢电流衰减到 零，那么在t2<t<T期间，Us和Ea共同作用，使 VT2、VT3导通，电枢电流反向，经VT2、VT3从A 流到B，电机进入反接制动状态 在VT1、VT4再次导通之前，必须关断VT2、 VT3，电枢电流VD1、VD4续流，电机进入再生制 动
4-直流电动机直流斩波调速系统
u 0 i0
d)
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图4-7 可四象限运行的斩波调速电路 a） ） 电路图 b)～e）Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限波形图 ～ ） f） ） 工作象限
n
f) 0
T
4.2 直流斩波调速系统
1．系统原理图 ．
+
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+
∆U n
−
Un
U i* A SR +
u gT 2
Ud
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u gT 1
u gT 2
uo
La io
+ E − a
u gT 1
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T1
T2
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正向电动工况。当Uo>Ea时，Io>0，电 时 ，
动机正向电动。电路的电压平衡方程为 dio io Ra + La = u o − Ea dt
电动工作时， 并没有参与工作， 电动工作时，VT2、VD1并没有参与工作，去 掉这两个元件后， 掉这两个元件后，电路与单象限工作电路完 全一致，是一个典型的降压斩波电路。 全一致，是一个典型的降压斩波电路。 • 输出电压平均值 •电动机最高空载转速是 电动机最高空载转速是
3) 波形分析及能量传递
uo
Ud
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T
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T1
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T1
D2
T1
D2 T2 T T 1 D1 D2 2
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D1
T2
D1
T2
D1
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PLa P2 P 1
直流斩波调速系统设计
本 系统 使用 四位 共 阳数码 管 显 示直 流 电动机 的转速 ，为 了节 省Ｉ ／Ｏ 口， 我们 使 用 ７Ｌ ４ ４ Ｓ７把 四位 的 Ｂ Ｄ 码 转换 成 Ｌ Ｄ 显示 。 Ｃ Ｅ
Ｐ ＷＭ 控 制 技术 是利用 半 导 体开 关器 件 的导通 和 关 断， 直流 单 片 机 Ｐ ． Ｐ ．、２２和 Ｐ － 为 Ｂ Ｄ 码 的 输 出 口 ，分 别 与 把 ２ 、 ２１Ｐ ． ０ ２３作 Ｃ 电压 变成 电压 脉冲 列 ，控制 电压脉 冲 的宽度 或 周期 以达到 变 压 目 ７Ｌ ４ ４ Ｓ ７的 Ａ、 、 Ｂ Ｃ和 Ｄ 引脚 相接 。 单片机 的 Ｐ ．、 ２ 、 ２ 和 Ｐ ． ２ Ｐ． Ｐ ． ４ ５ ６ ２ ７ 的 ， 达到 变 压变 频 目的 的一种 控 制技 术 。 或
个
分 别作 为 四位 Ｌ Ｄ 由低位 到 高位 的选 通 脚通 过三 极管 选通 Ｌ Ｄ。 Ｅ Ｅ
２． 单 片 机 红 外 解 码 技 术 ６
设 ａ ：—Ｉ ａ 可 定义 为 占空 Ｅ 。设 定输 入 电压 Ｕ 不 变 ， Ｉ， Ｌ ｄ 口
Ｊ
越大， 电机 电枢端 的平 均 电压 Ｕ ｄ越大 ， 之 也成立 。改变 ａ 值就 反
测速 显示 部分
本 设计 选 用 的是 霍 尔 元件 Ｃ ３ ２ Ｓ０ ０作为 测 速 的传 感 器 。在 电
机 的转 叶上 贴上 两 片小 磁钢 ， 么 电机 每转 一 圈 ， 尔传 感器 输 出 那 霍 两 个脉 冲 。
２ 系 统 设 计
２． 直 流 电 机 ＰＷ Ｍ 控 制 原 理 １
由单 片 机 Ａ ８Ｓ １ 受 键 盘 或 红 外遥 控器 的信 号 并 产 生 相 Ｔ ９５ 接
应 的信 号输 出， 中两路 信 号控 制 Ｌ ９ 使能 端控 制 电机 的启 动 波 型往 往 是 矛盾 的 ， 在 两者 中取 求 平衡 点 。 其 ２８的 要 尹 和 停止 ，一路 占空 比信 号 送给 Ａ ８ Ｃ ０ １Ａ ８Ｃ ０ １ 受到 占 Ｔ ９２５；Ｔ ９２５ 接
单片机课程设计PWM直流电动机调速控制系统方案
单片机原理及应用—— P W M直流电机调速控制系统概括直流电动机具有良好的启动性能和调速特性。
具有起动转矩大、调速平稳、经济大范围、调速容易、调速后效率高等特点。
本文设计的直流电机调速系统主要由51单片机、电源、H桥驱动电路、LED 液晶显示器、霍尔测速电路和独立按键组成的电子产品组成。
电源采用78系列芯片，采用PWM波方式实现电机+5V、+15V调速，PWM为脉宽调制，通过51单片机改变占空比实现。
通过独立的按键实现电机的启停、调速和转向的手动控制，LED实现测量数据（速度）的显示。
电机转速采用霍尔传感器检测输出方波，通过51单片机统计1秒内方波脉冲个数，计算电机转速，实现直流电机的反馈控制。
关键词：直流电机调速； H桥驱动电路； LED显示屏; 51单片机目录摘要2摘要错误!未定义书签。
目录3第 1 章引言41.1 概述41.2 国外发展现状41.3 要求51.4 设计目的及6第 2 章项目论证与选择72.1 电机调速模块72.2 PWM调速工作模式72.3 PWM脉宽调制方式错误!未定义书签。
2.4 PWM 软件实现错误!未定义书签。
第三章系统硬件电路设计83.1 信号输入电路83.2 电机PWM驱动模块电路9第 4 章系统的软件设计104.1 单片机选型104.2 系统软件设计分析10第 5 章 MCU 系统集成调试135.1 PROTEUS 设计与仿真平台错误!未定义书签。
18传统开发流程对比错误!未定义书签。
第一章简介1.1 概述现代工业的电驱动一般要求部分或全部自动化，因此必须与各种控制元件组成的自动控制系统相联动，而电驱动可视为自动电驱动系统的简称。
在这个系统中，生产机械可以自动控制。
随着现代电力电子技术和计算机技术的发展以及现代控制理论的应用，自动电驱动正朝着计算机控制的生产过程自动化方向发展。
以实现高速、高质量、高效率的生产。
在大多数集成自动化系统中，自动化电力牵引系统仍然是不可或缺的组成部分。
直流斩波电路的三种控制方式
直流斩波电路的三种控制方式
直流斩波电路是一种用于调节直流电源的电路，通过斩波的方式改变电源的输出电压或电流。
以下是直流斩波电路的三种控制方式：
1.脉宽调制（PWM）：
脉宽调制是一种通过调节脉冲宽度来控制输出电压或电流的方法。
在PWM控制下，斩波器按照一定的频率进行开关动作，但每次的脉冲宽度可以变化。
通过改变脉冲宽度，可以调节输出电压或电流的平均值。
PWM控制方式具有简单、易于实现、稳定性高等优点，因此在许多直流电源和电机控制系统中得到广泛应用。
2.频率调制：
频率调制是一种通过改变斩波器的开关频率来调节输出电压或电流的方法。
在频率调制方式下，斩波器的脉冲宽度保持不变，但开关动作的频率可以变化。
通过改变频率，可以调节输出电压或电流的平均值。
频率调制方式具有较低的谐波干扰和较好的动态响应性能，适用于对谐波要求较高或需要快速响应的场合。
3.混合调制：
混合调制是一种同时调节脉冲宽度和开关频率的方式来控制输出电压或电流的方法。
在混合调制方式下，斩波器的脉冲宽度和开关频率都可以变化，因此可以同时调节输出电压或电流的平均值和开关动作的频率。
混合调制方式具有较好的调节范围和灵活性，适用于对输出电压或电流要求较高或需要同时调节多个参数的场合。
以上是直流斩波电路的三种控制方式：脉宽调制（PWM）、频率
调制和混合调制。
不同的控制方式各有优缺点，适用于不同的应用场景。
在实际应用中，应根据具体需求选择合适的控制方式，以达到最佳的控制效果。
直流调速系统设计
摘要整流电路在工业生厂上应用极广。
将交流电变换为直流电称为AC/DC变换，这种变换的功率流向是由电源传向负载，称之为整流。
大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。
它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。
主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。
滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。
变压器设置与否视具体情况而定。
变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离。
整流电路的种类有很多，有单相半波整流电路、单相全波整流电路、单相桥式半控整流电路、单相桥式全控整流电路、三相桥式半控整流电路、三相桥式全控整流电路等。
把交流电变换成大小可调的单一方向直流电的过程称为可控整流。
整流器的输入端一般接在交流电网上，为了适应负载对电源电压大小的要求或者为了提高可控整流装置的功率因数，一般可在输入端加接整流变压器，把一次电压U1变成二次侧电压U2。
本设计采用三相桥式可控整流（既三相桥式全控整流），从而实现为1台额定电压220V、功率为3kW的直流电动机提供直流可调电源，以实现直流电动机的调速。
关键词：整流电路；变压器；晶闸管；触发电路。
目录第1章绪论 (1)1.1电力电子技术概况 (1)1.2本文研究内容 (2)第2章三相桥式可控整流电路设计 (3)2.1三相桥式可控整流电路总体设计方案 (3)2.2具体电路设计 (5)2.2.1主电路设计 (5)2.2.2触发电路设计 (7)2.2.3保护电路设计 (10)2.3元器件型号选择 (12)2.4系统仿真分析 ............................................... 错误!未定义书签。
第3章课程设计总结.. (17)参考文献 (18)第1章绪论1.1电力电子技术概况电力电子技术分为电力电子器件制造技术和交流技术（整流，逆变，斩波，变频，变相等）两个分支。
基于IGBT的直流斩波电机调速系统控制..
基于IGBT的直流斩波牵引电机调速控制电路学院：电气学院专业：电气工程及其自动化（轨道交通方向）班级：BG1102姓名：鲁春娇学号：111001180204指导教师：王致杰设计时间：2014.12小组成员及分工：组长：张亚强文献检索：鲁春娇，戚诚凯文档编辑：王智超，张诩目录前言 (4)第一章轨道车辆牵引领域电力电子器件的发展 (6)1.1 电力电子器件的发展 (6)1.2电气牵引控制技术的发展 (6)1.3 控制技术 (7)第二章轨道车辆牵引领域电力电子器件的应用 (8)2.1 电力电子器件在轨道车辆牵引中的应用发展 (8)2.2 IGBT在轨道车辆牵引变流器的应用 (8)2.2.1 IGBT简介 (8)第三章直流斩波电路 (11)第四章直流调速系统 (12)4.1直流调速系统结构 (12)4.2直流调速系统原理 (13)4.3调速方案选择 (13)第五章设计直流斩波调速电路 (15)5.1信号发生电路 (15)5.2 IGBT的驱动电路 (18)5.3主电路 (19)5.4总电路图 (22)第六章电路调试 (23)6.1 信号发生电路的调试 (23)6.2 驱动电路的调试 (23)6.3 完整电路调试 (23)第七章结论 (24)个人心得 (25)参考文献 (26)前言长期以来，直流电机以其良好的线性特性、优异的控制性能等特点成为大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制系统的最佳选择。
特别随着计算机在控制领域和高开关频率、全控型第二代电力半导体器件的发展，以及直流斩波调速技术的应用，直流电机得到广泛应用。
目前,市场上用的最多的IGBT直流斩波器,它是属于全控型斩波器，它的主导器件采用国际上先进的电力电子器件IGBT，由门极电压控制，从根本上克服了晶闸管斩波器及GTR 斩波器的缺点。
基于IGBT的直流斩波控制实现应用也是十分广泛的直流电机的调速，与可控硅脉冲调速方式和电阻调速方式相比，具有明显的优点。
基于MATLAB的直流电动机斩波调速系统
的电压 平均值 ， 到 调 速 的 目的 。直 流 电 动机 双 闭 达
环 斩波 调速 系统原 理框 图如 图 １ 示 。直 流 电动 机 所 由直流 电源通 过斩 波 器供 电 ， 控制 系 统是一 个转 速 、 电流 双闭环 调速 系统 ， 内环 是 电流反 馈及控 制环 ， 外 环 是 电动机转 速反 馈 及控 制环 。
（ ）调节 器 的 ＳＭＵ Ｉ Ｋ仿 真 ２ Ｉ ＬＮ 直 流斩 波 调 速 系统 的速 度 、 电流 调 节 器一 般 都
流公 共 电 网 ， 需 要 采 用 斩波 调 速 。斩 波 调 速 又称 便
脉 宽调 速 ， 是在 直 流 电源 电压 基 本 不 变 的情 况下 通 过 电子 开关器 件 的通 断 ， 变 施 加 到 电 动机 两 端 的 改 电压 脉 冲宽度 ， 即所谓 占空 比， 以调 节 输人 到 电动 机
Ａｂ ｔａ ｔ ｓ ｒｃ ： ｈ ａ ｅ ｎ ｌｓ ｓ ｔｅ Ｃ ｃ ｏ ｐ ｒ ｓ ｅ ｄ ｒｇ ｔ ｙ ｔ Ｔ ｅ ｐ ｐ ｒ ａ ａｙ ｅ ｈ Ｄ ｈ ｐ ｅ ｐ ｅ －ｅ ｕ ａｉ ｇ ｓ ｓ ｍ ｄ ｂ ｉ ｓ ｉ ｓ ｌｔ ｎ ｍｏ ｅ ｙ ｌ ｎ ｅ ａ ｕｌ ｔ ｉ ａ ｏ ｄ ｌｂ ｎ ｄ ｓ ｍｕ ｉ
图 １ 双闭环 直流斩 波调速系统原理框图
常规 的 限幅 Ｐ调 节器 ， 随着 系统 输 出的增 加 ，（） ｅ ￡迅 速减 少 ， ・ （） ｅ ｔ小于 时 ， 开关 向上 ， 分 作用加 积 入 。该调 节 器 为真 正 的 Ｐ 调 节 器 ， 分 量 增 加 ， Ｉ 积 而 比例量 减少 ， 若增 加 的部 分 小 于减少 的部分 ， 该调 则 节 器 的总输 出将 减 少 。因此 ， 只要 合 理 选 择 积 分 系 数 和 比例 系数就 可避 免超 调量 。
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湖南工程学院课程设计任务书课程名称：电力电子技术题目：直流电机斩波调速控制系统设计专业班级电气工程及其自动化0603学生姓名：刘清学号：200601010314指导老师：蔡斌军审批：任务书下达日期2009 年 6 月8 日设计完成日期2009 年 6 月19 日第一章概述 (1)1.1概述 (1)1.2控制对象 (1)1.3控制要求...................................２1.4设计任务...................................２第二章系统工作原理 (3)2.1直流电机的结构与调速原理 (3)2.2调速方案选择 (5)2.3 调速电路方案 (6)2.4 控制方案选择 (7)第三章主电路设计与分析 (8)3.1 主电路原理图及说明 (8)3.2 电路参数计算及选型 (9)第四章控制电路的设计与分析 (11)4.1宽调制PWM电路 (11)4.2电流检测装置 (12)4.3 电流调节器ACR (13)4.4 触发装置 (13)总结 (15)参考文献 (16)附录 (17)第一章.概述 (1)第二章.设计总体思路 (2)2.1主电路设计思路 (2)2.2控制电路设计思路 (3)2.3结构框图 (5)第三章. 各单元思路 (6)3.1 主电路的设计 (6)3.1.1 主电路 (6)3.1.2 电路分析 (6)3.1.3 主电路参数计算和元器件的选择 (6)3.1.4 H型桥式斩波电路的设计 (8)3.1.5 整流电路的设计 (8)3.2 控制电路的设计 (9)3.2.1 控制电路框图 (9)3.2.2 控制电路原理简要 (9)3.2.3 SG3525的结构图和工作原理 (10)3.2.4 各引脚具体功能 (11)3.2.5 SG3525的工作原理 (12)3.2.6 SG3525主要电路及其功能 (13)第四章.保护电路及设计 (14)4.1 主回路输出端过电流保护 (14)4.2 电源欠压报警 (14)4.3 MOSFET的保护设计 (15)4.3.1 MOSFET的过电流保护 (15)4.3.2 MOSFET开关过程中的过电压保护 (16)第五章．总结与体会 (16)附录 (18)参考文献 (19)评分表 (20)第一章.概述电力电子技术在现代化社会的建设中的应用起着重要作用并得到飞跃性的发展。
直流斩波器作为一种电力电子器件，也必定随着直流电的广泛应用而显得异常重要。
直流斩波电路的思想是将三相交流电转换为可调的直流电。
它有以下几个特点：1）采用了具有开关频率高、通断电流大、电压耐量高的MOSFET这一新型优良品质的电力电子器件作为开关管。
2）采用了由美国Silicon General 公司生产的SG3525芯片作为控制电路的核心，SG3525芯片它集成了PWM 控制电路,使整个电路更加简单，实用。
3）采用热管散热技术作为斩波器的散热系统，热管散热技术是当今国际较流行的散热方式，国内近年来发展较快，它被人们称之为热的“超导体”，已广泛用于车辆电传动系统。
直流斩波器广泛应用于生产、生活等实际情况当中，从中国大面积，多人口，低技术，少能源等国情出发，大力发展直流电技术，结合电力电子技术，这对改善我国科技现状水平，提高经济效益将起着重要作用。
电力投资的持续增长，因此直流斩波器在电力电子行业有着巨大的发展潜力，它的传统领域和新领域节前景非常广阔。
目前,市场上用的最多的MOSFET直流斩波器,它是属于全控型斩波器，它的主导器件采用国际上先进的电力电子器件MOSFET，由门极电压控制，从根本上克服了晶闸管斩波器及GTR 斩波器的缺点。
该斩波器既能为煤矿窄轨电机车配套的调速装置，针对不同的负载对象，做一些少量的改动又可用于其它要求供电ja电压可调的直流负载上。
与可控硅脉冲调速方式和电阻调速方式相比，具有明显的优点。
随着科技的发展，新技术不断出现，现在最领先的直流斩波技术主要包括VRM技术、软开关技术和高频磁技术。
直流斩波器的应用范围非常广泛。
它最初用途是传动控制，但目前应用的新领域是开关电源。
前者是斩波电路应用的传统领域，后者则是斩波电路应用的新领域。
而高频、大功率、高可靠性开关电源是当今电源变换技术发展的重要方向之一。
智能型电力电子器件、抗干扰技术和新的控制理论的应用使其在高频、高效、高可靠性方面更具竞争力。
所以研究直流斩波器有着深远的意义，它不仅能够大大改善各种机车的调速系统，为其提高安全、快速、低损耗的调速装置，还可以为世界能源危机带来曙光，解决目前国际能源所带来的各种问题。
第二章.设计总体思路2.1主电路设计思路：先利用星-三角形变压器将380伏变为60伏电压的交流电，通过不控整流二极管变为直流电，而所得的直流电经过滤波电容后接入由MOSFET组成的控制组来控制正反向的门控电路导通角而电压输出的占空比，从而达到直流调压的目的，为达到较好的输出波形，在输出端接一电感，而在每个MOSFET的两端都加一个续流二极管，当正组MOSFET导通时，反组关断，电流从正组流过,导通完成后，关断正组经过一个死区时间再导通反组，而在这个死区时间内，由于有电感和续流二极管的作用，电流不会一下子断掉，而是经过电感和反组续流二极管向电网反馈电能，当反组导通时，电流经过反组MOSFET流过，而此时正组为关断状态，经过一个死区时间之后再导通正组，但是由于反组导通的时间比正组导通的时间要短，在整个波形当中又有一两个对称的死区时间，故主电路所形成的又极性电经过电感的平波作用和续流二极管的回路使得整个输出电压波形为正，但电压值却比输出波的电压要低，这就是降压斩波主电路的工作原理。
主电路（降压斩波电路（Buck Chopper））降压斩波电路（Buck Chopper）的原理图及工作波形如图2-1所示，图中V 为全控型器件，选用MOSFET.D为续流二极管，由图1-1中V的栅极电压波形Uge 可知，当V处于通态时，电源Ui向负载供电，Ud=Ui。
当V处于断态时，负载电流经二极管D续流，电压Ud近似为零，至一个周期T结束，再驱动V导通，重复上一个周期的过程，负载电压的平均值为：Ud=Ton/(Ton+Toff)*Ui=Ton/T*Ui=aUi式中T on为V处于通态的时间，T off为V处于断态的时间，T为开关周期，a为导通占空比，简称占空比或导通比（a=Ton/T）。
由此可知，输出到负载的电压平均值Uo最大为Ui，若减小占空比a，则Uo随之减小，由于输出电压低于输入电压，故称该电路为降压斩波电路。
图2-1 (a)电路图图2-1（b ）波形图2.2控制电路设计思路：控制电路由一个PWM 波形产生器和一个光电隔离器为主要部件的驱动逻辑部分组成，SG3525是一种输入不同电平就能控制输出不同占空比的PWM 波形来，这样，只要我们调节给定电压就能控制主电路直流电压的值，考虑到正反组不能同时导通，而且要做到逻辑无环流的目的，在SG3525输出PWM 波后经过一组逻辑电路将正反组的导通时间正好错开，并且在其间插入一段死区时间，这样就做到了对主电路的控制。
又考虑到过电压过电流的问题，故在主电路中又增加了电Uo Ud Uge T Ton Toff TT T流电压检测装置，在输出主电路上并联两个口串在一起的电阻，电阻值较大，不会对电路产生影响，同时又能起到检测电压的作用，通过反馈积分放大电路回到3525PWM波控制的输入端与给定作比较，这样就跟作双闭环调速电路一样起到了控制过电压的跟踪电压无静差的作用了，过电流保护则在主电路输出端串联一小电阻，在其两端加一迟滞比较器，当两端电压达到一定的值时，滞比较器的输出电压会反向，反向电压送到PWM波控制的输入端与给定比较，立即调节控制波形的占空比，减小输出，这样就达到了过电压过电流的保护作用，最后，由于主电路的高电压，如果控制电路直接与MOSFET的门极相接，可能会造成事故，而且这也是电力电子不允许的，因此我们在PWM控制波与MOSFET门极间增加了光电隔离器，这样就解决了这个问题，于是整个思路就此完成。
2.3结构框图图2-2 整体电路框图第三章.各单元思路3.1主电路的设计3.1.1主电路图3-1 主电路电路图3.1.2电路分析如图3-1为根据上面的思路设计出来的电路图，其中S1为总开关，为了方便电路的维护和检修，KM是继电器开关，当电压或电流过大时使电路有自保的功能。
变压器S选择“△---Y”，这样连接可以避免3此谐波流入电网。
经过3对二极管整流后，三相交流电变为带有波头的直流电，使用电容C来滤波和稳压，得到完美的直流电。
为了防止开关动作起始，电流过大对电网造成破坏，在整流电路后加一个电阻R1，但考虑到此电阻在电路运行的过程中会消耗电路的电能，为了使电路的设计更完美，在R1上并联一个开关，在运行一段时间后，合上开关，将电阻R1短路。
后接降压斩波电路。
3.1.3主电路参数计算和元器件的选择（1）Ud=50v考虑占空比为90%则 Us=Ud/0.9=55.5v取 Us=1.2U2U2=Us/1.2=46.3v考虑到10%的裕量+U2=1.1*46.3=50.93v 一、二次线圈电流I2=Id=25A变比 K=U1/U2=220/306=0.72 I1=I2/K=200/0.72=278A 考虑空载电流 取I1=1.05*278=292A 变压器容量计算S1=U1*I1=220*292=64240VA S2=U2*I2=306*200=61200VA S=(S1+S2)/2=62720VA 整流元件选择二极管承受反向最大电压UDM=1.414U=288V ，考虑3倍裕量，则 UTN=3*288=864V 取900v该电路整流输出接有大电容，而且负载也不是纯电感负载，但为了简化计算，仍可按电感计算，只是电流裕量要可适当取大些即可。
IdD=0.5Id=100A ID=1/1.414 *Id=141A ID(AV)=2*141/1.57=180A滤波电容选择1C 一般根据放电的时间常数计算，负载越大，要求纹波系数越小，一般不做严格计算，多取2000F μ以上。
因该系统负载不大，故取 1C =2200F μ 耐压 1.5UDM=1.5*288=432v,取450v 即选用2200F μ450v 电容器 MOSFET 的选择因为S U =220V ，取3倍裕量，选耐压为660v 以上的MOSFET 。
由于MOSFET 是以最大标注且稳定电流与峰值电流间大致为四倍关系，故应选用大于4倍额定负载电流的MOSFET 为宜，因此选用2000A,额定电压700V 左右的MOSFET续流二极管的选择根据 s rm U U )3~2(=PWM脉冲信号调制信号给定信号放大并驱动控制信号输出得知 续流二极管应选1000A 、额定电压为600v 的二极管。