单片机PWM电机直流调速原理

使用单片机输出脉冲，调整脉冲占空比0-100%，负载的电流功率发生变化，受控制的灯光亮度、电机速度随之变化。

用单片机脉宽调制(PWM)方式，可实现调光/调速、它的优点是电源的能量功率、能得到充分利用、电路的效率高。例如：当输出为50%的方波时，脉宽调制(PWM)电路输出能量功率也为50%，即几乎所有的能量都转换给负载。而采用常见的电阻降压调速时，要使负载获得电源最大50%的功率，电源必须提供71%以上的输出功率，这其中21%消耗在电阻的压降及热耗上。大布部分能量在电阻上被消耗掉了、剩下才是输出的能量、转换效率非常低。直流电机调速器是一种自动调节装置，它根据柴油机负荷的变化，自动增减喷油泵的供油量，使柴油机能够以稳定的转速运行。

　　用于减小某些机器非周期性速度波动的自动调节装置。可使机器转速保持定值或接近设定值。水轮机、汽轮机、燃气轮机和内燃机等与电动机不同，其输出的力矩不能自动适应本身的载荷变化，因而当载荷变动时，由它们驱动的机组就会失去稳定性。这类机组必须设置调速器，使其能随着载荷等条件变化，随时建立载荷与能源供给量之间的适应关系，以保证机组作正常运转。调速器的理论和设计问题，是机械动力学的研究内容。调速器的种类很多。其中应用最广泛的是机械式离心调速器。而以测速发电机或其他电子器件作为传感器的调速器，已在各个工业部门中广为应用。

　　调速器必须满足稳定性条件：①当机组转速与设定值出现偏差时，调速器能做出相应的反应动作，同时又必须有一经常作用的恢复力使调速器回复初始状态。离心调速器中的弹簧就是产生恢复力的零件。这样的调速器称静态稳定的调速器。但是静态稳定的调速器也可能在调节过程中出现动态不稳定性，当调节动作过度而出现反向调节时，实际调节动作会形成一个振荡过程。使振荡能很快衰减的调速器，称为动态稳定的调速器，否则是动态不稳定的调速器，后者不能保证机器正常工作。②在调节系统中增加阻尼是提高动态稳定性的一种方法。调节系统中的阻尼，例如运动副中的摩擦，使调速器具有一定的不灵敏性，即当被控制轴的转速稍微偏离设定值时，调速器不产生相应的动作。机械式调速器的不灵敏性一般约为其设定值的1%。灵敏性过高的调速器，也会由于机组正常运转中周期性的速度波动而产生不应有的调节动作。

　　调速器是用来保持柴油机的转速稳定的。在柴油机的负载变化的过程中，它的转速是会相应发生变化的。当转速降低时，如果调速器不调节，柴油机最终将停掉；当转速升高时，如果调速器不作用，柴油机最终将无法承受过大的离心力而损坏。调速器的作用就是保持柴油机的转速稳定。另外，调速器还可以保持柴油机的最低转速和最高转速，防止，低转速运转时熄火和高转速运转时“飞车”，造成机械损坏。

按其工作原理的不同，可分为机械式，气动式，液压式，

机械气动复合式，机械液压复合式和电子式等多种形式。但目前应用最广的当属机械式调速器，其结构简单，工作可靠，性能良好。

　　液压调速器在感应元件和油量调节机构之间加入一个液压放大元件(液压伺服器)，使感应元件的输出信号通过放大元件再传到油量调节机构上去，因此也叫间接作用式调速器。

　　液压放大元件有放大兼执行作用，主要由控制和执行两个部分组成。

　　一、无反馈的液压调速器 　　

其工作原理如下：

　　当负荷减小时，由曲轴带动的驱动轴转速升高，飞球的离心力增加，推动速度杆右移。于是，摇杆以A点为中心逆时针转动，滑阀右移，压力油进入伺服器油缸的右部空间。与此同时，油缸的左部空间通过油孔与低压油路相通，其中的油被泄放。在压差的作用下，伺服活塞带动喷油泵齿条左移，以减少供油量。当转速恢复到原来数值时，滑阀也回到中央位置，调节过程结束。

　　当负荷增加，转速降低时，调速过程按相反方向进行。

　　从上述分析可知，调速器飞球所产生的离心力仅用来推动滑阀，因而飞球的重量尺寸就可以做得较小。而作为放大器的液压伺服器的作用力，则可根据需要，选择不同尺寸的伺服活塞和不同滑油压力予以放大。

　　但是，在这种调速器中，因为感应元件直接驱动滑阀，无论它朝哪个方向往动，均难准确地回到原来位置而关闭油孔。这样就使柴油机转速不稳定，而产生严重的波动。

　　为了使调速器能稳定调节，在调速器中还要加入一个装置，其作用是在伺服活塞移动的同时对滑阀产生一个反作用，使其向平衡的位置方向移动，减少柴油机转速波动的可能性。这种装置称为反馈机构。

　　二、具有刚性反馈机构的液压调速器

　　它的构造与上述无反馈液压调速器基本相同，只有杠杆义AC的上端A不是装在固定的铰链上，而是与伺服活塞的活塞杆相连。这一改变使感应元件、液压放大元件和油量调节机构之间的关系发生如下的变化。

　　当负荷减小时，发动机转速升高，飞球向外张开带动速度杆向右移动。此时伺服活塞尚未动作，因此反馈杠杆AC的上端点A暂时作为固定点，杠杆 AC绕A反时针转动，带动滑阀向右移动，把控制孔打开，高压油便进入动力缸的右腔，左腔与低压油路相通。这样高压油便推动伺服活塞带动喷油调节杆向左移动，并按照新的负荷而减少燃油供给量。

　　在伺服活塞左移的同时，杠杆AC绕C点向左摆动与B点相连接的滑阀也向左移动，从而使滑阀向相反的方向运动。这样在伺服活塞移动时能对滑阀运动产生了相反作用的杠杆装置称为刚性反馈系统。当调节过程终了时，滑阀回到了起始位置，把控制油孔关闭，切断通往伺服油缸的油路。这时伺服活塞就停止运动，喷油泵调节杆随之移动到一个新的平衡位置，发动机就在相应的新负荷下工作。因此，相应于发动机不同的负荷，调速器就具有不同的稳定转速。因为发动机负荷变化时需要改变供油量，所以A点位置随负荷而变。与滑阀相连接的B点在任何稳定工况下均应处于原来的位置，与负荷无关。这样C点的位置必须配合A点作相应的变动，因而导致了转速的变化。假如当负荷减小时，调速过程结束后，滑阀回到中间原来位置时，伺服活塞处于减少了供油量位置，使A点偏左，C点偏右，因C点偏右，弹簧进一步受压，只有在稍高的转速下运转才能使飞球的离心力与弹簧压力平衡。这说明负荷减小时稳定运转后，柴油机的转速比原来稍有升高。同理，当负荷增加时，稳定运转后，柴油机的转速比原来稍有降低。具有 刚性反馈的液压调速器，可以保证调速过程具有稳定的工作特性，但负荷改变后，柴油机转速发生变化，稳定调速率d不能为零。

　　如果要求负荷变化时即要调速过程稳定，又能保持发动机转速恒定不变(即入就必须采用另一种带有弹性反馈系统的液压调运器。

　　三、具有弹性反馈的液压调速器 　　

它实际上是在"刚性反馈"装置中加入一个弹性环节－－缓冲器和弹簧。弹簧的一端同固定的支点相连，而另一端则与缓冲器的活塞相连。缓冲器的油缸同伺服器的活塞成刚体联接。

　　当发动机负荷减小时，转速增大，飞球的离心力增加。同样，滑阀右移，而伺服活塞则左移，减少喷油泵的供油量。当活塞的运动速度很高时，缓冲器和缓冲活塞就象一个刚体一样地运动。随着伺服活塞5的左移，缓冲器和AC杠杆上的A点也向左移动。这一过程和上述刚性反馈系统的调速器完全相同。但当调速过程接近终了时，滑阀已回到原来的位置，遮住了通往伺服油缸的油路，此时缓冲器和伺服活塞已停留在新负荷相应的位置上。被压缩的弹簧由于有弹性复原的作用，因此使A点带动缓冲器活塞相对于缓冲器油缸移向右方，回到原来位置。缓冲活塞右方油缸中的油经节流阀流到左方。于是，AC杠杆上的各点都恢复到原来的位置，此时调速器的套筒亦因转速复原而回到原来的位置。这样，发动机的转速就保持不变，当负荷增加时，动作过程相反。这种调速器的稳定调速率d为零

按起作用的转速范围

　　按起作用的转速范围不同，又可分为两极式调速器和全程式调速器。中小型汽车柴油机多数采用两极式调速器，已起到防止超速和稳定怠速的作用。在重型汽车上则多采用全程式调速器，这种调速器具有两极式调速器的功能外，还能对柴油机工作范围内的任何转速起调节作用，使柴油机在各种转速下都能稳定运转。

编辑本段直流调速器的组成

　　直流调速器是一种电机调速装置，包括电机直流调速器,脉宽直流调速器,可控硅直流调速器等.一般为模块式直流电机调速器，集电源、控制、驱动电路于一体，采用立体结构布局，控制电路采用微功耗元件，用光电耦合器实现电流、电压的隔离变换，电路的比例常数、积分常数和微分常数用PID适配器调整。该调速器体积小、重量轻，可单独使用也可直接安装在直流电机上构成一体化直流调速电机，可具有调速器所应有的一切功能。

　　直流调速器就是调节直流电动机速度的设备，上端和交流电源连接，下端和直流电动机连接，直流调速器将交流电转化成两路输出直流电源，一路输入给 直流电机砺磁（定子），一路输入给直流电机电枢（转子），直流调速器通过控制电枢直流电压来调节直流电动机转速。同时直流电动机给调速器一个反馈电流，调速器根据反馈电流来判断直流电机的转速情况，必要时修正电枢电压输出，以此来再次调节电机的转速。直流调速器的特点和使用场合：1需要较宽的调速范围。2 需要较快的动态响应过程。

　　 加、减速时需要自动平滑的过渡过程 4 需要低速运转时力矩大。 5 需要较好的挖土机特性，能够将过载电流自动限止在设定电流上 6 需要紧急停车状态，以上六点也是直流调速器的应用特点。

编辑本段调速器的基本原理

调速的基本原理

　　改变进入气缸进行燃烧的柴油的数量（加大或者关小“油门”），就可以改变柴油机的转速或者负荷。如果保持转速不变，改变燃油的数量就可以改变柴油发电机的负荷；如果保持柴油发电机的负荷不变，改变燃油的数量，就可以改变柴油机的转速。调速器就是在保持转速不变的情况下，改变（或者适应）柴油发电机的负荷。

调速过程

　　讲调速过程之前，先看一下燃油的油路：

燃油经过柴油机驱动的泵，经过过滤器（见第五章燃油系统介绍）进入柴油机两侧的进油管，然后由进油管进入每一个气缸对应的高压柱塞泵（该泵由柴油机的曲轴经凸轮轴带动），高压油经过喷射器后进入气缸燃烧做功。

　　在柴油机，发电机（曲轴）每旋转两周，凸轮轴旋转一周，即往气缸里送一次油。每一次打入气缸的油量（即柱塞泵的柱塞行程）是可以调节的，这种调节就是所谓的开大或者关小“油门”。

　　直流调速器的调速过程：先由速度探测元件感受到速度的变化，然后传递给速度控制机构，与设定的速度值进行比较，该差值的正负将决定是关小还是开大 “油门”。该差值信号（电信号）传递给执行机构，在执行机构中，经过润滑油系统的压力放大后（液压调节）来驱动“油门”开大或者关小。