电机驱动电路设计.docx
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电机驱动电路设计.docx
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电机驱动电路设计
中北大学
计算机控制技术
课程设计说明书
学生姓名:
学号:
学院:
信息与通信工程学院
专业:
自动化
题目:
小型直流电机调速系统设计——
电机驱动电路设计
指导教师:
职称:
2013年1月11日
中北大学
计算机控制技术
课程设计任务书
12/13学年第一学期
学院:
信息与通信工程学院
专业:
自动化
学生姓名:
学号:
课程设计题目:
小型直流电机调速系统设计——
电机驱动电路设计
起迄日期:
12月31日~2013年1月11日
课程设计地点:
中北大学
指导教师:
系主任:
下达任务书日期:
2013年1月11日
课程设计任务书
1.设计目的:
为小型直流电机调速系统设计电机驱动电路,通过本设计,掌握小型电机的驱动方法。
2.设计内容和要求(包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等):
一、设计要求及参数
(1)转速范围:
0-3000转/分;。
(2)电机驱动特性:
PWM开关控制器;
(3)电机功率50W
二、工作内容
(1)确定设计方案,画出电机驱动系统硬件框图。
(2)选择功率器件,设计电机驱动电路。
(3)利用辅助设计软件画出驱动电路原理图。
(4)写出设计总结报告。
设计报告主要内容包括:
设计目的与要求、系统技术指标或设计要求、系统控制方案、器件选型、硬件工作原理及有关参数计算、控制算法选择及流程框图、主要参考资料及心得体会等。
3.设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书、图纸、实物样品等〕:
(1)设计说明书
(2)电原理图
课程设计任务书
4.主要参考文献:
●要求按国标GB7714—87《文后参考文献著录规则》书写,例:
1傅承义,陈运泰,祁贵中.地球物理学基础.北京:
科学出版社,1985
5.设计成果形式及要求:
设计完成,提交设计说明书;其中包括电原理图、参考文献等。
6.工作计划及进度:
工作内容
12月31日~1月2日
1月3日~1月5日
1月6日~1月8日
1月9日~1月10日
1月11日~1月11日
调研、资料收集;
设计方案确定;
功率驱动元件选择及驱动方法确定;
电原理图设计(采用电子线路CAD;建议使用PROTEL)
撰写总结、设计报告答辩
系主任审查意见:
签字:
2012年12月28日
前言
直流电机在现代化生产中应用非常广泛,在工业企业中经常用电机去拖动各种生产机械。
现代化集中管理要求对现场装置进行实时控制,需要对现场数据进行统计、分析、打印、绘图、报警等。
在某些直流电机控制系统中,可以采用PC做控制器,选择监控软件对系统的运行进行实时监控,实现远程控制等。
监控软件的使用不仅大大减少了设计工作量,而且还可对现场的各种数据进行统计、分析、绘图、报警等,操作人员“足不出户”就可以方便、快捷地了解生产过程的每一个环节。
在现代工业中,电动机作为电能转换的传动装置被广泛应用于机械、冶金、石油化学、国防等工业部门中,随着对生产工艺、产品质量的要求不断提高和产量的增长,越来越多的生产机械要求能实现自动调速。
在可调速传动系统中,按照传动电动机的类型来分,可分为两大类:
直流调速系统和交流调速系统。
交流电动机直流具有结构简单、价格低廉、维修简便、转动惯量小等优点,但主要缺点为调速较为困难。
相比之下,直流电动机虽然存在结构复杂、价格较高、维修麻烦等缺点,但由于具有较大的起动转矩和良好的起、制动性能以及易于在宽范围内实现平滑调速,因此直流调速系统至今仍是自动调速系统的主要形式。
而如何保证电机的驱动则是整个系统的关键。
本课题针对小型直流电机的驱动不模块进行电路设计。
1、驱动电路设计框图
直流电机调速控制系统主要有PWM发生器和直流电机驱动装置两大部分组成,通过计算机可以设定电枢电压的占空比,便可以控制直流电机的转速和方向。
由于本设计为电机调速系统中的一个模块,而电机在调速系统中需要双向转动,所以驱动电路选用由4个功率原件组成的H桥驱动电路。
开关原件选用三极管实现PWM(脉冲宽度调制)调速。
同时,为了隔离高压与计算机的耦合,引入光电耦合电路;为了防止H桥同侧晶体管的直通,同样要引入防直通电路。
总体结构如图1所示:
监
控
计
算
机
H桥驱
动电路
防直通电路
光电耦合电路
直流电机
PWM
发生器
图1电机驱动总体结构图
2、H桥驱动电路
图2H桥驱动电路
要使电机转动,必须使对角线上的一对三极管导通。
例如,当Q1和Q3管导通,电流就从电源经Q1从左至右穿过电机,然后再经过Q3进地线。
这样,通过控制三极管的导通来控制电机的转动方向。
图中4个二极管为续流二极管。
3、防直通电路
驱动电机时,保证H桥上两个同侧的三极管不会同时导通非常重要。
如果三极管Q1和Q2同时导通,那么电流就会从电源穿过两个三极管直接进入地线。
此时,电路中除了三极管外没有其他任何负载,因此电路上的电流就可能达到最大值(该电流仅受电源性能限制),甚至烧坏三极管。
基于上述原因,在实际驱动电路中通常要用硬件电路方便的控制三极管开关。
防直通电路如图3所示:
图3防直通电路
4、光电隔离电路
为了隔离高压与计算机的耦合,使用光电耦合电路。
光电耦合电路中选用光电耦合器TLP531-4。
TLP521是可控制的光电藕合器件,光电耦合器广泛作用在电脑终端机,可控硅系统设备,测量仪器,影印机,自动售票,家用电器,如风扇,加热器等电路之间的信号传输,使之前端与负载完全隔离,目的在于增加安全性,减小电路干扰,减化电路设计。
其管脚图如图4所示:
图4TLP521-4管脚图
光电耦合如图5所示:
图5光电耦合电路
5、PWM发生电路
PWM发生器主要由8253计数器/定时器组成,其原理如图6所示:
图68253计数/定时器组成的PWM发生器
6、直流电机驱动电路
图7小型直流电机驱动电路
7、总结
计算机控制是自动控制理论与计算机技术相结合产生的一门新兴学科,是随着计算机技术的发展而发展起来的,是一门跨学科以及应用性、技术性、综合性都很强的专业技术课程,美瞳设计到自动控制理论、微型计算机原理、模拟电力技术、数字电子技术等专业基础知识,主要研究计算机控制系统的控制原理和分析设计方法以及基础的设计技能,并能够设计出简单的计算机控制系统。
通过本次设计,我进一步的理解的计算机控制这一门学科,并产生了浓厚的兴趣。
通过学习,我进一步加深了对H桥电路的了解,同时也学会了解决问题的方法。
为今后的更深的学习研究打下了良好的基础。
8、参考文献
【1】张艳兵赵建华鲜浩,《计算机控制技术》北京:
国防工业出版社2008
【2】阮毅陈伯时,《电力拖动自动控制系统:
运动控制系统》北京:
机械工业出版社2009
【3】冷增祥徐以荣,《电力电子技术》南京:
东南大学出版社2006
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- 电机 驱动 电路设计