直流电机调速控制和测速系统设计分析

(整期优先)网络出版时间:2024-05-21
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直流电机调速控制和测速系统设计分析

苏崇1,孙彬毅2,孙建忠3

(1.中国华能集团公司北方联合电力乌拉特发电厂,内蒙古 巴彦淖尔市 014407;2.北京京能清洁能源电力股份有限公司内蒙古分公司乌兰伊力更风光电站,内蒙古 巴彦淖尔市 015321;3.中国华能集团公司北方联合电力乌拉特发电厂;内蒙古 巴彦淖尔市 014407)

摘要:在电机结构之中,直流型的电机在性能上具有极高的优势,随着时代的飞速发展,有关直流电机的应用范围也越发广泛。但是,传统的直流电机的工作性质决定它会面临有关运转方面的问题,如何进行转速控制便成为困扰直流电机发展与应用的重要原因。而直流电机控制系统的出现,很好地缓解了这方面的问题,不但提高了直流电机的稳定性与精准性,同时还能够对直流电机开展有效的调速控制,以此来满足我国对相关设备的应用需求。正因如此,本文就直流电机调速控制加以分析,并以此为基础开展相应的测速系统设计。

关键词:直流电机;调速控制;测速系统

电子技术是新时代发展的基础,对于人们的日常生活有着极为重要的影响,随着我国科学技术的不断提升,有关直流电机的成本也在不断降低,在这一过程中,直流电机本身所具备的优良特性也会得到有效发挥,在发展前景方面也会更加乐观。此外,由于直流电机本身在控制方面相对简单,且自身所具备的应用性比较强,在进行设计的过程中,只需要对其自身调速稳定内容进行优化即可。但是,当前我国在有关这方面的控制技术上还存在着一定程度的问题,很多计算过程十分复杂,很难将直流电机的调速控制工作完全发挥出来。正因如此,本文就这方面进行调速与测速系统的控制与设计,以此来确保整个电机设备的稳定性与安全性能够得到有效提升。

1 电机调速原理及其实现

电机调速原理主要是指对电机两端所存在的电压进行数据上的更改,以此来完成对电机转速的调节工作,对于电机而言,当自身的电压方向出现改变,那么电机的旋转变化发生改变[1]。而PWM在调速原理方面则是以脉冲信号为主,利用脉冲信号的输出特性来进行传输,并改变原本存在于电机内部空间的脉冲信号,通过间接或速度按钮来完成有关电机电压的更改工作,从而来确保电机的转速能够因此发生改变。在这一过程中,电机内部的脉冲占比越大,转速也就越慢[2]

本文针对直流电机进行相应的系统设计,整个电路主要是以H桥为主,为了确保整个驱动电机能够得到有效控制,将三极管进行单片机的引脚安装,将基极部分分别安装在P3.4以及P3.7这两部分,从而来确保当电机处于运行状态时,能够利用垫片机来对其自身的转速内容进行控制。当P3.4进行脉冲信号的输送工作时,P3.7便会通过开展低电平的模式来进行应用,这时的直流电机会呈现为正转状态,反之亦然。而在进行程序设计的过程中,为了确保直流电机的工作状态不会受到外界因素的影响而发生改变,则是将脉冲频率调整在10KHz,这样不但能够方面后续工作顺利开展,同时还能够提高电机的工作质量。此外,在控制电机转速的过程中,还要加强对脉冲的实际占比来进行分析,并对单片机在连接过程中所要使用的按键结构进行程序上的控制与调整。

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1电机驱动电路

2 电机测速原理及其实现

在对电机开展测速工作的过程中,则是采用了性能适中的霍尔传感器。之所以选择该种传感器则是要依托霍尔效应所点来的影响。当半导体或者金属处于磁场环境之中,有电流经过拨片,那么在整个薄片的两端区域便会产生霍尔电压,霍尔电压的数值极小,可以变化至微量等级,而一旦磁场环境的强度出现了较为明显的改变,那么相关的霍尔电压也会随之产生一定程度的变化,如果磁场完全消失,那么霍尔电压也会随之消失[3]

为了确保后续的信号检测工作能够有效落实,在进行霍尔传感器的应用过程中,则要将单片机的引脚进行标记,并根据整个传感系统的要求进行单线选择,并明确输出引脚的存在,以此来为后续工作奠定良好的理论基础。

在开展有关电机转速计算的过程中,需要在电机的转轴部分进行木块的安装,并将准备好的瓷片安装在木块的两侧,并形成相应的磁场环境。在这一过程中,霍尔元件会在磁场的影响下开展脉冲信号的输出工作,并由单片机来进行接收,整个过程所涉及的输出频率与转速之间的关系则呈现为正比,通过脉冲周期的检测与统计,便能够完成对电机转速的计算工作。

3 系统电路框图和程序设计

3.1系统电路框图

在进行控制器的选择过程中,为了满足直流电机的调速需要,将采用STC89C51单片机来对整个电机的转速情况进行有效控制,上述内容主要是对整个系统的工作原理以及测速计算方法加以分析,同时还要对系统电路进行合理的规划,从而来确保电机的运行质量能够得到有效保障,详细情况如下图所示:

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2系统电路框图

此外,按键模块与显示模块是整个电机结构中不可缺少的重要组成部分,其作用如下所示:

1)按键模块:一共会涉及不同类型的五个按键,它们分别对应着P1.0P1.4的引脚结构,能够对电机的运转情况进行有效控制,比如说正向转动、反向转动、减速与加速,为了确保整个按键的功能性,在进行按键设计的过程中,则是采用了较为独立的按键模式,这样能够有效开展后续的识别工作

[4]

2)显示模块。主要是对当前电机的转速情况以及脉冲占空比数据进行显示,因而在进行设备选择中则是以LCD1602为基础,并将数据线进行单片机接口的连接,这样不但能够有效提高整个电机结构的稳定性,同时还能够方便开展电机转速的控制工作。

3.2程序设计

在开展程序设计的过程中,应当通过对PWM来进行有关占空比的数据调节,从而来影响当前直流电机的实际运转速度,并购置内部定时设备。为了确保整个系统的工作质量能够得到保障,则是选用了三个终端来进行系统编程,除了上述提到的定时中断外,还会利用霍尔元件来进行脉冲的调整,在适当时期进行外部中断干预。

4 结论

综上所述,对于直流电机而言,通过对该系统的应用与测试,能够实现对电机转速的有效控制。然而,就目前而言,实验中所测得的速度状态本身存在一定的误差,造成这种情况的主要原因是霍尔元件自身的数目会发生变化,对磁场环境也会产生不同程度的影响。

参考文献

[1]卢军,程诗卿,黄海波,.无刷直流电机自适应调速控制系统的设计[J].计算机测量与控制,2019,v.27;No.254(11):68-71+75.

[2]张才勇,王庭有,李驰骎.基于单片机的直流电机调速控制[J].化工自动化及仪表,2019(11).

[3]李青,曲祥君,张旭.基于继电器控制的直流电动机模型优化设计[J].遵义师范学院学报,2019,021(003):113-115.

[4]张磊.基于无数直流电机的自动门控制系统研发[D].湖南师范大学,2019.