基于Multisim的PWM直流电机调速控制电路设计与仿真.docx

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1、基于 Multisim 的 PWM 直流电机调速掌握电路设计与仿真李容，谢东，李俊凡，唐俊斌，何佳盈重庆科技学院，电气与信息工程学院，重庆，400050摘要：以Multisim仿真软件为平台设计PWM直流电机调速掌握电路，对电机驱动电路和脉宽掌握电路的设计原理及构成方法作了具体的介绍。使用Multisim仿真软件的虚拟示波器、规律等虚拟元件，完成电路的设计与仿真。关键词：MultisimPWM 直流电动机 电机驱动脉宽掌握Design and Simulation of PWM DC Motor Speed Based on Multisim Abstract: The paper prese

2、nts a PWM DC motor speed control circuit based on Multisimsimulation software. The circuit principle and its composition for the motor drive and the pulse width control are introduced detailedly. Using Multisim simulation software of virtual oscilloscope, logic analyzer and some virtual element, the

3、 circuit design and simulation has been completed.Keywords: MultisimPWM dc motordriving pulsewidth control1 引言电子设计自动化(EDA)技术是电子设计领域的一场革命,它转变了以变量估算和电路试验为根底 的电路设计方法。Multisim 是一个特地用于电子线路仿真与设计的EDA 工具软件, 内台有数万种元器件和l3 种常用的虚拟仪嚣仪表，能完成从电路的仿真设计到电路幅员生成的全过程。并且它不需要真实电路环境的介入，通过对电路的各种参数的调整，将整个试验过程在虚拟试验室进展，具有 仿真速度快

4、、精度高、准确及形象等优点。从而为电子系统的设计、电子产品的开发和电子系统工 程供给了一种全的手段和便捷途径。下面以 PWM 直流电机调速掌握电路的设计为例，介绍基于Multisim 的 PWM 直流电机调速掌握电路设计与仿真1。2 基于 PWM 直流电动机调速掌握系统的设计2.1 设计要求（1） 使用Multisim 仿真软件的虚拟示波器、规律等虚拟元件，完成电路的设计与仿真。（2） 通过调整PWM 的占空比和频率，掌握电机的电枢电压，进而掌握转速。（3） 规律门电路设计，实现电机的正反转掌握。2.2 构造框图PWM波H桥直流形生产电驱电动路电机动路图1PWM 直流电动机调速掌握系统总框图1

5、本电路由 3 个根本局部组成：PWM 波形产生电路，H 桥驱动电路，直流电动机。第一局部 PWM 电路主要产生占空比可调的矩形波或三角波，从而掌握电机调速；其次局部H 桥通过掌握电流的流向转变电机的转向；第三局部直流电动机，该局部为被驱动局部。2.3 单元电路的设计2.3.1 H 桥驱动电路12VR31kQ33Q46R91.5k R101.5k2N1132A2N1132A007VCCD58Q1R42N1711D1 1N4148D3 1N41482N1711CW121N1202C20N17111k3S1MMOTORD24D4CCW11D61N1202C9Q22N1711Q51N41481N414

6、8Q6图2H 桥驱动电路H 桥式电机驱动电路包括 4 个三极管和一个电机。要使电机运转，必需导通对角线上的一对三极管。依据不同三极管对的导通状况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而掌握电机的 转向。如上图所示，当Q3 管和 Q6 管导通时，电流就从电源正极经Q3 从左至右穿过电机，然后再经Q6 回到电源负极，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。当三极管Q4 和 Q5 导通时，电流将从右至左流过电机，该流向的电流将驱动电机逆时针转动。通过掌握波形的占空比和频率，到达对 电机调速的目的。22.3.2 PWM 波形产生电路VCC12VR310k7R4.7kVCC 12V4k Key=AR255

7、0%4U4A314R1VCC14312VU1AR650%R410k9C2023100nFC1110LM324AD1k21011LM324ADAXSC1BExt Trig+_1k Key=A1mF0VCC243210112V U2A1LM324AD+_+_63PWM 波形产生电路图图3电路由一个三角波发生器(LM324AD 和 LM324AD)和一个比较器也为(LM324AD)组成(该电路图从上到下，从左到右依次为U1a、U1b、U1c)。U1a 被配置成积分器，U1b 被配置成迟滞比较器。上电后，比较器的输出电压假定为零。U1a 同相输入被拉偏在 VCC/2。在倒相与正相输入之间的虚拟连接允许

8、以一个通过R5 的恒定电流(等于VCC/2R)对电容器C100nf进展充电。这样，U1a 积分器的输出随时间线性增加。在到达0.75 VCC 时，比较器的输出(U1b)变为最大输出电压(VCC)。此时，积分器便开头去积分，使输出电压成直线下降。在到达 0.25 VCC 时，比较器的输出电压变为零，于是再重复该循环。这样，积分器的输出是一个在 0.25 VCC 和 0.75 VCC 电平之间摇摆的三角波。将三角波与直流电平 U1c 中 2 号线的输入信号进展比较。其输出是一个方波，当直流电平U1c中 2 号线的输入信号 从 0.25 VCC 向 0.75 VCC 变化时，占空比也从0 向 100

9、%变化。频率由 R 、C、5R 和 R 打算。f = R /(4R CR )。 其中，R2R1。R 与 R 的比例影响工作频率和三角波的波1225121幅。假定 VTH是三角波的最大电压，VTL 是最小电压，那么波幅摆幅为：R + RR - RVTH = 12VVTL =21 V2RCC22RCC2此处，R2R1。因此VTH- VTL =R()1 VR2 R1RCC2三角波的峰峰电压的中点在由R3 和 R4 生成的 VCC/2 偏置电压上。脉宽调制PWM 只需单个电源即可工作。低功率应用使用微功率运放和较大的电阻(R、R1 至 R4)，更高频应用使用高频运放。32.3.3 正反转掌握电路VCC

10、5VPWM5R15kR25kJ1AU2A146Key = A7400NJ2AU2B237CWCCWKey = A7400N图4正反转掌握电路图4为正反转掌握电路图。试验中，利用PWM 输入信号掌握电机的转速，开关J1A 和 J2A 掌握电机的正反转，当J1A 开关闭合时，二极管D5 导通，三极管Q1 导通，进而三极管Q3 和 Q6 导通， 电流由三极管 Q3 经电机 S1，然后流过 Q6，最终到地，电机正转；当J1A 断开，J2A 闭合时，三极管 Q2、Q4、Q5 导通，电机反转。2.3.4 占空比波形图tPWM 掌握脉冲T占空比 D=t/T图5PWM 掌握脉冲与占空比图5为 PWM 占空比图

11、，在频率肯定的状况下，假设 PWM 信号的占空比增多，电动机转速提升； 反之亦然。在占空比肯定的状况下，假设 PWM 的频率增加，电动机转速也得到提升。占空比的公式为： D=t/T。3. 仿真试验3.1 PWM 仿真在完成电路设计后，进展仿真试验。调整 PWM 图中的R6，使 R6 阻值的调整范围由 250650， 其 PWM 电路的输出电压变化数值见下表。4R6 的阻值波峰电压V波谷电压V65000图6：PWM 波形仿真图5图7：PWM 波形仿真图图6和图7为PWM 波形产生电路的波形仿真图，从图中可以清楚的看到，PWM 波形产生电路的输出波形为方波或者三角波。当电动机稳定转动时，调整PWM

12、 掌握脉宽的调整电阻 R6 和 R5 使其占空比及频率发生变化，掌握电机的电枢电压，进而掌握转速。63.2 正反转输出波形仿真图8：正转输出波形图9：反转输出波形7图8和图9分别为电动机输出正、反转时的波形，由图4可以知道：当 J1A 开关闭合时，电机正转，仿真出来的波形为正半轴的矩形波；当J1A 断开，电机反转，仿真出来的波形为负半轴的矩形波。3.3 电动机两端输出电压的仿真测试调整 PWM 图中的 R6，使 R6 阻值的调整范围由 250650，其电动机正转的输出电压的变化数值见下表。R6 的阻值波峰电压V波谷电压V65011.450.11调整 PWM 图中的 R6，使 R6 阻值的调整范

13、围由 250650，其电动机反转的输出电压的变化数值见下表。R6 的阻值波峰电压V波谷电压V650-11.25-0.1183.4 性能参数的仿真PWM 图中在调频电阻 R2 为 1KHZ 时，电阻 R6 的变化范围为 250750 欧，当 R6 的值渐渐上升时，电机的转速越来越快，无论是正转还是反转，尤其是当电阻为 600 欧时，转速最稳定且驱动力到达最大。通过PWM 占空比的调整和正反转掌握电路，对电机的正反转进展掌握，从而实现PWM 直流电机调速掌握。4 结语PWM直流电机调速掌握电路以其掌握简洁,敏捷和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛 应用的掌握方式。本试验将计算机仿真软件Mul

14、tisim引入到电路设计中,给电路设计、仿真、测试带来了极大的便利。使电子线路的设计、性能参数的仿真等繁琐的任务变得轻而易举。可以突破试验 室元器件短缺和试验经费有限的限制,学会从不同角度思考同一个问题,提出不同的解决方案,从而 提高解决实际问题的力量。在电机调速电路实例中，PWM对调速系统来说，其优点有系统的响应速度和稳定精度等指标比较好;电枢电流的脉动量小，简洁连续，而且可以不必外加滤波电抗也可以平稳 工作;系统的调速范围宽,只需修改PWM信号占空比即可实现速度掌握，转变输出口电平即可实现电机 正反转电路设计简洁，电机掌握便利，有利于广泛推广。参考文献References:1 吴守箴，臧英

15、杰编著，电气传动的脉宽调制掌握技术，机械工业出版社 2023.10.17.2 阎石,数字电子技术根底(第五版)M,北京高等教育出版社, 2023.3 朱彩莲, Multisim电子电路仿真教程M,西安电子科技大学出版社,2023.4 张俊涛，电路仿真软件在电子技术教学实践中的应用J，试验技术与治理,2023.06.5 曾喜良,赵欢，基于C8051F020的PWM调速掌握J，计算机与数字工程,2023,08.6 郑宪伟,赵玉林,陈宽阔，基于AVR单片机的直流电动机PWM闭环调速系统的设计J，煤矿机械,2023.7 郭丽颖,基于Multisim的彩灯循环闪耀电路设计与仿真,广东松山职业技术学院,2023,05.9