基于单片机 AT89S52 的直流电机 PWM 调速控制系统

图

3.1  直流电动机电路模型

直流电机

PWM 调速原理

（

1）直流电机转速

直流电机的数学模型可用图

3.2

表示，由图可见电机的电枢电动势

Ea

的正

方向与电枢电流

Ia

的方向相反，

Ea

为反电动势；电磁转矩

T 的正方向与转速

n

的方向相同，是拖动转矩；轴上的机械负载转矩

T2

及空载转矩

T0

均与

n

相反

是制动转矩。

图

3.2  直流电机的数学模型

根据基尔霍夫第二定律，得到电枢电压电动势平衡方程式

1.1

：

U=Ea-Ia（Ra+Rc）

……………………………………………式

1.1

式

1.1

中，

Ra

为电枢回路电阻，电枢回路串联保绕阻与电刷接触电阻的总

和；

Rc

是外接在电枢回路中的调节电阻。

    

由此可得到直流电机的转速公式为：

n =Ua-IR/CeΦ  

  ……………………………………………式

1.2

式

1.2

中，

Ce

为电动势常数，

Φ

是磁通量。

由

1.1

式和

1.2

式得

n =Ea/CeΦ  

   ………………………………………………式

1.3  

由式

1.3

中可以看出，对于一个已经制造好的电机，当励磁电压和负载转

矩恒定时，它的转速由回在电枢两端的电压

Ea

决定，电枢电压越高，电机转

速就越快，电枢电压降低到

0V

时，电机就停止转动；改变电枢电压的极性，

电机就反转。

（

2）PWM 电机调速原理

对于直流电机来说，如果加在电枢两端的电压脉动电流压（要求脉动电压

的周期远小于电机的惯性常数），可以看出，在

T

不变的情况下，改变

T1

和

T2

宽度，得到的电压将发生变化。

图

3.3

为施加不同占空比时实测的数据绘制所得占空比与转速的关系图。

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r

a

 

Ea 

n 

T0 

T2 

I 

U 

 

T1 

Φ  

Rc 

说明:  
  U    ………………> 

电压 

  Ea   

………  >

电枢电动势 

  n    …………………>

转速 

  I………………>

电枢电流 

  r

a 

………  >

电枢回路电阻 

  Rc………  >

外在电枢电阻 

  T1

，T2………>负载转矩 

  T0…………  > 

空载转矩 

Φ ………………> 

磁通量