电力电子技术课程设计

课程设计。基于igbt斩波控制的直流电机调速（与转速检测）系统设计。

课程名称电力电子技术。

姓名。专业班级

成绩。指导教师。

2024年6月13日。

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。

直流电动机转速的控制方法可分励磁控制法与电枢电压控制法两类。励磁控制法控制磁通，其控制功率虽然小，但低速时受到磁饱和的限制，高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制；而且由于励磁线圈电感较大，动态响应较差。所以常用的控制方法是改变电枢端电压调速的电枢电压控制法，调节电阻r 即可改变端电压，达到调速目的。

这种传统的调压调速方法效率低。

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。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。

关键词：直流电动机调速直流斩波 igbt

附录-原理图。

本设计的是基于igbt斩波控制的直流电机调速（与转速检测）系统。直流电机的调速采用电枢电压控制法，其电压经直流斩波电路斩波后输入，既可达到调速的目的。直流斩波电路主要元器件是igbt，如果改变开关的动作频率，或改变直流电流接通和断开的时间比例，就可以改变加到负载上的电压平均值。

igbt的通断则由单片机发出的pwm波控制。

调速技术涉及到电力、电子、电工、信息与控制等多个学科领域，需要综合性的能力，并且它对学生的能力要进行综合性的训练。此次设计主要目的是用电枢电压控制法实现直流电机的调速，以避免励磁控制法低速时受到磁饱和的限制、高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制、动态响应较差等缺点。

1 选用合适的igbt设计制作一个斩波调速器，使占空比可调，设频率设定为5.7khz,占空比调节范围为10%~90%。

2斩波调速器负载选用额定电压为220v，额定电流为1.2a的它励直流电动机（即把实验室的并励直流电动机做它励接法做实验）实现电机的单向调速，即电机的单象限运行。

图1降压斩波电路原理图。

图2 降压斩波波形。

说明：t=0时刻驱动v导通，电源e向负载供电，负载电压uo=e，负载电流io按指数曲线上升。

t=t1时控制v关断，二极管vd续流，负载电压uo近似为零，负载电流呈指数曲线下降。

通常串接较大电感l使负载电流连续且脉动小。

负载电压平均值：

负载电流平均值：

图3系统原理图。

利用直流斩波的原理，通过调节占空比，相应的的电压就会做变大或者变小的改变。将电力电子器件变流器输出的电压接到他励直流电机的电枢上，励磁绕组接220伏交流电源。调节占空比，使得输出电压做大小改变，因而电机的转速也会做快慢的改变。

电压越大，转速越大；电压越小，转速越小。实现了对直流电机的调速。

图3 功率放大电路。

采用atmega86作为控制芯片，内部有产生pwm的模块直接可编程应用，既避免了搭建外围电路的繁琐，又能满足要求，并且**便宜，是首选。

图4测速与信号调理模块。

图5 调速模块。

本次课程设计的调试用了两天时间，总体来讲，我们的作品的调试非常成功，并没有遇到多大的问题，遇到的问题都是小的问题，都能很快找到并解决。

本次调试遇到的问题如下：

1、由于刚开始对驱动电路的工作原理不够深入，导致了焊接电路的过程中焊接少了一个电容器和一个限流二极管，这导致了调试过程中的波形和一些数据显示跟期望的不一致。

2、由于对实验室的仪器操作不熟练，也由于粗心大意，在电路调试过程中，给单片机芯片的电流过大，最终导致了单片机芯片内部被击穿，烧坏了。所以，我们只得重新买单片机芯片，重新载入程序给新的芯片，导致了花多了一些时间。

3、调试过程中，电机转动得有时很快，有时会突然停止的现象。最终我们小组对整个过程进行了精心细致的一步步地排查，找出了问题所在，解决了问题。最终调试成功，记录了数据，提前完成了课程设计。

调试中测得的数据如下表所示：

本次的课程设计我们组选的是“用igbt设计制作一个斩波调速器，使占空比可调，设频率设定为5.7khz,占空比调节范围为10%~90%。”

通过此次课程设计，我们真正体会到什么是团队协作，真正的了解到团队合作的力量。关于团队合作我们主要有以下心得体会：

1) 要有奉献精神，不要怕自己多做了，不要怕自己承担的任务有多重，而其他成员做的很少。多去做一点又不会吃多少亏，还能学到更多的东西。这样当其他成员不能有效的完成任务时，团队还可以有效的运行。

团队成员之间应团结互助，不计功过得失。

2) 分工上不能马虎，要具体到个人，每个人负责哪部分任务，什么时候完成，都要有明确的说明。从一开始我们就通过集体商量确定各个成员的分工，接下来每位成员都只用按照自己的任务按部就班的执行下去，效率非常的高。分配各成员工作时，应各尽其能，做到资源优化配置。

3) 具体工作时，各成员应频繁交流，避免各自为政，最后导致软硬件不兼容，或是**作者无从下手。

4) 当工作出现问题是，各成员应仔细商讨，尽快找到问题的症结，决不应推卸责任，更不能相互埋怨。

5) 每个团队都应有一个核心，负责协调各成员之间的工作，调节各成员之间关系，使团队和谐发展，使各成员为尽早完成任务而努力。

关于课程设计的心得体会：

首先，我们由衷感谢老师提供给我们这样一个锻炼自己的机会，让我们第一次感受到学来的知识不只是用来完成试卷的。其次我们在完成课程设计的过程中体会到团队合作的乐趣。一向惯于"独立思考"的我们学会了积极的同团队成员交流，取长补短，共同进步。

俗话说：“一分耕耘，一分收获。”这两周所做的设计是我们各自付出了自己的时间、精力、汗水，虽然它在老师的眼中显得粗糙，没有全面的考虑到某些细节，但是它却是我们在设计的成长中跨出的很重要的一步。

参考文献 1 电子技术基础。康华光主编。高等教育出版社 1988

2 电力电子技术。王兆安等编西安交通大学出版社 2009

3 电机与拖动。刘锦波等编清华大学出版社 2006

附录二：pwm波程序。

#include<>

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

#pragma interrupt_handler int0:2

#pragma interrupt_handler int1:3

uint por=30;

void delay(uint z)

uint x,y;

for(x=z;x>0;x--)

for(y=1141;y>0;y--)

void main()

sreg=0x00;

ddrd=0xf3;

portd=0x0c设计上拉电阻才有上下沿产生。

mcucr=0x0f;

gicr=0xc0开外部中断。

sreg=0x80开总中断。

ddrd|=0x30;

tccr1a=0x63;

tccr1b=0x1b;

ocr1a=1249;

ocr1b=porpwm配置。

while(por>=0&&por<1249)

void int0中断0处理程序。

por+=30;

void int1中断1处理程序。

por-=30;

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