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直流电机软启动毕业论文

发布时间:2024-07-05 02:50:11

直流电机软启动毕业论文

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摘 要直流电动机具有良好的起动、制动性能,宜于在大范围内平滑调速,在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看,直流调速还是交流拖动系统的基础。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础,采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成,控制系统的硬件部分非常复杂,功能单一,而且系统非常不灵活、调试困难,阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异,使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成,为直流电动机的控制提供了更大的灵活性,并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统,可以节约人力资源和降低系统成本,从而有效的提高工作效率[1]。本设计主电路采用晶闸管三相全控桥整流电路供电方案,控制电路由软件实现系统的功能,取代传统的双闭环调速系统。系统用一台单片机及外部扩展设备代替原模拟系统中速度调节器、电流调节器、触发器、锁零单元和电流自适应调节器等,从而使直流调速系统实现数字化[2]。

直流电动机毕业论文

1.以AT89S51单片机为控制核心,对直流电动机的转速和转向进行控制;2.设计直流电动机的转速检测电路;3.采用5W直流玩具电动机为控制对象,设计相应的驱动电路;4.设计4个按键,其中两个用于调节直流电动机的转速,另两个用于设定转向;

摘 要直流电动机具有良好的起动、制动性能,宜于在大范围内平滑调速,在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看,直流调速还是交流拖动系统的基础。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础,采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成,控制系统的硬件部分非常复杂,功能单一,而且系统非常不灵活、调试困难,阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异,使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成,为直流电动机的控制提供了更大的灵活性,并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统,可以节约人力资源和降低系统成本,从而有效的提高工作效率[1]。本设计主电路采用晶闸管三相全控桥整流电路供电方案,控制电路由软件实现系统的功能,取代传统的双闭环调速系统。系统用一台单片机及外部扩展设备代替原模拟系统中速度调节器、电流调节器、触发器、锁零单元和电流自适应调节器等,从而使直流调速系统实现数字化[2]。

直流电动机调速毕业论文

摘 要 现在流行的异步电动机的调速方法可分为两种:变频调速和变压调速,其中异步电动机的变频调速应用较多,它的调速方法可分为两种:变频变压调速和矢量控制法,前者的控制方法相对简单,有二十多年的发展经验。因此应用的比较多,目前市场上出售的变频器多数都是采用这种控制方法。 关键词: 交流调速系统, 异步电动机, PWM技术.....目录摘 要 1前言 设计的目的和意义 变频器调速运行的节能原理 3第二章 变频器 变频器选型: 变频器控制原理图设计: 变频器控制柜设计 变频器接线规范 变频器的运行和相关参数的设置 常见故障分析 8第三章 交流调速系统概述 交流调速系统的特点 10第四章变频电动机的特点 电磁设计 结构设计 14第五章 变频电机主要特点和变频电机的构造原理 变频专用电动机具有如下特点: 变频电机的构造原理 15第六章 交流异步电动机 交流异步电动机变频调速基本原理 变频变压(VVVF)调速时电动机的机械特性 变压变频运行时机械特性分折 19第七章 PWM技术原理 正弦波脉宽调制(SPWM) 25 单极性SPWM法 ..................................................................................................................26结论 31致 谢 32参 考 文 献 33前言 设计的目的和意义 近年来,随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展,交流传动与控制技术成为目前发展最为迅速的技术之一,电气传动技术面临着一场历史革命,即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速和起制动性能,高效率、高功率因数和节电效果,广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。深入了解交流传动与控制技术的走向,具有十分积极的意义.变频器调速运行的节能原理 实现变频调速的装置称为变频器。变频器一般由整流器、滤波器、驱动电路、保护电路以及控制器(MCU/DSP)等部分组成。首先将单相或三相交流电源通过整流器并经电容滤波后,形成幅值基本固定的直流电压加在逆变器上,利用逆变器功率元件的通断控制,使逆变器输出端获得一定形状的矩形脉冲波形。在这里,通过改变矩形脉冲的宽度控制其电压幅值;通过改变调制周期控制其输出频率,从而在逆变器上同时进行输出电压和频率的控制,而满足变频调速对U/f协调控制的要求。PWM的优点是能消除或抑制低次谐波,使负载电机在近正弦波的交变电压下运行,转矩脉冲小,调速范围宽。 采用PWM控制方式的电机转速受到上限转速的限制。如对压缩机来讲,一般不超过7000r/rain。而采用PAM控制方式的压缩机转速可提高1.5倍左右,这样大大提高了快速增速和减速能力。同时,由于PAM在调整电压时具有对电流波形的整形作用,因而可以获得比PWM更高的效率。此外,在抗干扰方面也有着PWM无法比拟的优越性,可抑制高次谐波的生成,减小对电网的污染。采用该控制方式的变频调速技术后,电机定子电流下降64% ,电源频率降低30% ,出胶压力降低57% 。由电机理论可知,异步电机的转速可表示为:n=60•f 8(1—8)/p第二章 变频器变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交—直—交方式(VVVF变频或矢量控制变频),先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源,然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器,逆变部分为IGBT三相桥式逆变器,且输出为PWM波形,中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。 变频器选型: 变频器选型时要确定以下几点: 1) 采用变频的目的;恒压控制或恒流控制等。 2) 变频器的负载类型;如叶片泵或容积泵等,特别注意负载的性能曲线,性能曲线决定了应用时的方式方法。 3) 变频器与负载的匹配问题; I.电压匹配;变频器的额定电压与负载的额定电压相符。 II. 电流匹配;普通的离心泵,变频器的额定电流与电机的额定电流相符。对于特殊的负载如深水泵等则需要参考电机性能参数,以最大电流确定变频器电流和过载能力。 III.转矩匹配;这种情况在恒转矩负载或有减速装置时有可能发生。 4) 在使用变频器驱动高速电机时,由于高速电机的电抗小,高次谐波增加导致输出电流值增大。因此用于高速电机的变频器的选型,其容量要稍大于普通电机的选型。 5) 变频器如果要长电缆运行时,此时要采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响,避免变频器出力不足,所以在这样情况下,变频器容量要放大一档或者在变频器的输出端安装输出电抗器。 6) 对于一些特殊的应用场合,如高温,高海拔,此时会引起变频器的降容,变频器容量要放大一挡。 变频器控制原理图设计: 1) 首先确认变频器的安装环境; I.工作温度。变频器内部是大功率的电子元件,极易受到工作温度的影响,产品一般要求为0~55℃,但为了保证工作安全、可靠,使用时应考虑留有余地,最好控制在40℃以下。在控制箱中,变频器一般应安装在箱体上部,并严格遵守产品说明书中的安装要求,绝对不允许把发热元件或易发热的元件紧靠变频器的底部安装。 II. 环境温度。温度太高且温度变化较大时,变频器内部易出现结露现象,其绝缘性能就会大大降低,甚至可能引发短路事故。必要时,必须在箱中增加干燥剂和加热器。在水处理间,一般水汽都比较重,如果温度变化大的话,这个问题会比较突出。 III.腐蚀性气体。使用环境如果腐蚀性气体浓度大,不仅会腐蚀元器件的引线、印刷电路板等,而且还会加速塑料器件的老化,降低绝缘性能。 IV. 振动和冲击。装有变频器的控制柜受到机械振动和冲击时,会引起电气接触不良。淮安热电就出现这样的问题。这时除了提高控制柜的机械强度、远离振动源和冲击源外,还应使用抗震橡皮垫固定控制柜外和内电磁开关之类产生振动的元器件。设备运行一段时间后,应对其进行检查和维护。 V. 电磁波干扰。变频器在工作中由于整流和变频,周围产生了很多的干扰电磁波,这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰。因此,柜内仪表和电子系统,应该选用金属外壳,屏蔽变频器对仪表的干扰。所有的元器件均应可靠接地,除此之外,各电气元件、仪器及仪表之间的连线应选用屏蔽控制电缆,且屏蔽层应接地。如果处理不好电磁干扰,往往会使整个系统无法工作,导致控制单元失灵或损坏。 2) 变频器和电机的距离确定电缆和布线方法; I.变频器和电机的距离应该尽量的短。这样减小了电缆的对地电容,减少干扰的发射源。 II. 控制电缆选用屏蔽电缆,动力电缆选用屏蔽电缆或者从变频器到电机全部用穿线管屏蔽。 III.电机电缆应独立于其它电缆走线,其最小距离为500mm。同时应避免电机电缆与其它电缆长距离平行走线,这样才能减少变频器输出电压快速变化而产生的电磁干扰。如果控制电缆和电源电缆交叉,应尽可能使它们按90度角交叉。与变频器有关的模拟量信号线与主回路线分开走线,即使在控制柜中也要如此。 IV. 与变频器有关的模拟信号线最好选用屏蔽双绞线,动力电缆选用屏蔽的三芯电缆(其规格要比普通电机的电缆大档)或遵从变频器的用户手册。 3) 变频器控制原理图; I.主回路:电抗器的作用是防止变频器产生的高次谐波通过电源的输入回路返回到电网从而影响其他的受电设备,需要根据变频器的容量大小来决定是否需要加电抗器;滤波器是安装在变频器的输出端,减少变频器输出的高次谐波,当变频器到电机的距离较远时,应该安装滤波器。虽然变频器本身有各种保护功能,但缺相保护却并不完美,断路器在主回路中起到过载,缺相等保护,选型时可按照变频器的容量进行选择。可以用变频器本身的过载保护代替热继电器。 II. 控制回路:具有工频变频的手动切换,以便在变频出现故障时可以手动切工频运行,因输出端不能加电压,固工频和变频要有互锁。 4) 变频器的接地; 变频器正确接地是提高系统稳定性,抑制噪声能力的重要手段。变频器的接地端子的接地电阻越小越好,接地导线的截面不小于4mm,长度不超过5m。变频器的接地应和动力设备的接地点分开,不能共地。信号线的屏蔽层一端接到变频器的接地端,另一端浮空。变频器与控制柜之间电气相通。 变频器控制柜设计 变频器应该安装在控制柜内部,控制柜在设计时要注意以下问题 1) 散热问题:变频器的发热是由内部的损耗产生的。在变频器中各部分损耗中主要以主电路为主,约占98%,控制电路占2%。为了保证变频器正常可靠运行,必须对变频器进行散热我们通常采用风扇散热;变频器的内装风扇可将变频器的箱体内部散热带走,若风扇不能正常工作,应立即停止变频器运行;大功率的变频器还需要在控制柜上加风扇,控制柜的风道要设计合理,所有进风口要设置防尘网,排风通畅,避免在柜中形成涡流,在固定的位置形成灰尘堆积;根据变频器说明书的通风量来选择匹配的风扇,风扇安装要注意防震问题。 2) 电磁干扰问题: I.变频器在工作中由于整流和变频,周围产生了很多的干扰电磁波,这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰,而且会产生高次谐波,这种高次谐波会通过供电回路进入整个供电网络,从而影响其他仪表。如果变频器的功率很大占整个系统25%以上,需要考虑控制电源的抗干扰措施。 II.当系统中有高频冲击负载如电焊机、电镀电源时,变频器本身会因为干扰而出现保护,则考虑整个系统的电源质量问题。 3) 防护问题需要注意以下几点: I.防水防结露:如果变频器放在现场,需要注意变频器柜上方不的有管道法兰或其他漏点,在变频器附近不能有喷溅水流,总之现场柜体防护等级要在IP43以上。 II. 防尘:所有进风口要设置防尘网阻隔絮状杂物进入,防尘网应该设计为可拆卸式,以方便清理,维护。防尘网的网格根据现场的具体情况确定,防尘网四周与控制柜的结合处要处理严密。 III.防腐蚀性气体:在化工行业这种情况比较多见,此时可以将变频柜放在控制室中。 变频器接线规范 信号线与动力线必须分开走线:使用模拟量信号进行远程控制变频器时,为了减少模拟量受来自变频器和其它设备的干扰,请将控制变频器的信号线与强电回路(主回路及顺控回路)分开走线。距离应在30cm以上。即使在控制柜内,同样要保持这样的接线规范。该信号与变频器之间的控制回路线最长不得超过50m。 信号线与动力线必须分别放置在不同的金属管道或者金属软管内部:连接PLC和变频器的信号线如果不放置在金属管道内,极易受到变频器和外部设备的干扰;同时由于变频器无内置的电抗器,所以变频器的输入和输出级动力线对外部会产生极强的干扰,因此放置信号线的金属管或金属软管一直要延伸到变频器的控制端子处,以保证信号线与动力线的彻底分开。 1) 模拟量控制信号线应使用双股绞合屏蔽线,电线规格为。在接线时一定要注意,电缆剥线要尽可能的短(5-7mm左右),同时对剥线以后的屏蔽层要用绝缘胶布包起来,以防止屏蔽线与其它设备接触引入干扰。 2) 为了提高接线的简易性和可靠性,推荐信号线上使用压线棒端子。 变频器的运行和相关参数的设置 变频器的设定参数多,每个参数均有一定的选择范围,使用中常常遇到因个别参数设置不当,导致变频器不能正常工作的现象。 控制方式:即速度控制、转距控制、PID控制或其他方式。采取控制方式后,一般要根据控制精度,需要进行静态或动态辨识。 最低运行频率:即电机运行的最小转速,电机在低转速下运行时,其散热性能很差,电机长时间运行在低转速下,会导致电机烧毁。而且低速时,其电缆中的电流也会增大,也会导致电缆发热。 最高运行频率:一般的变频器最大频率到60Hz,有的甚至到400 Hz,高频率将使电机高速运转,这对普通电机来说,其轴承不能长时间的超额定转速运行,电机的转子是否能承受这样的离心力。 载波频率:载波频率设置的越高其高次谐波分量越大,这和电缆的长度,电机发热,电缆发热变频器发热等因素是密切相关的。 电机参数:变频器在参数中设定电机的功率、电流、电压、转速、最大频率,这些参数可以从电机铭牌中直接得到。 跳频:在某个频率点上,有可能会发生共振现象,特别在整个装置比较高时;在控制压缩机时,要避免压缩机的喘振点。 常见故障分析 1) 过流故障:过流故障可分为加速、减速、恒速过电流。其可能是由于变频器的加减速时间太短、负载发生突变、负荷分配不均,输出短路等原因引起的。这时一般可通过延长加减速时间、减少负荷的突变、外加能耗制动元件、进行负荷分配设计、对线路进行检查。如果断开负载变频器还是过流故障,说明变频器逆变电路已环,需要更换变频器。 2) 过载故障:过载故障包括变频过载和电机过载。其可能是加速时间太短,电网电压太低、负载过重等原因引起的。一般可通过延长加速时间、延长制动时间、检查电网电压等。负载过重,所选的电机和变频器不能拖动该负载,也可能是由于机械润滑不好引起。如前者则必须更换大功率的电机和变频器;如后者则要对生产机械进行检修。 3) 欠压:说明变频器电源输入部分有问题,需检查后才可以运行。第三章 交流调速系统概述 交流调速系统的特点对于可调速的电力拖动系统,工程上往往把它分为直流调速系统和交流调速系统两类。这主要是根据采用什么电流制型式的电动机来进行电能与机械能的转换而划分的,所谓交流调速系统,就是以交流电动机作为电能—机械能的转换装置,并对其进行控制以产生所需要的转速。纵观电力拖动的发展过程,交、直流两大调速系统一直并存于各个工业领域,虽然由于各个时期科学技术的发展使得它们所处的地位有所不同,但它们始终是随着工业技术的发展,特别是随着电力电子元器件的发展而在相互竞争。在过去很长一段时期,由于直流电动机的优良调速性能,在可逆、可调速与高精度、宽调速范围的电力拖动技术领域中,几乎都是采用直流调速系统。然而由于直流电动机其有机械式换向器这一致命的弱点,致使直流电动机制造成本高、价格昂贵、维护麻烦、使用环境受到限制,其自身结构也约束了单台电机的转速,功率上限,从而给直流传动的应用带来了一系列的限制。相对于直流电动机来说,交流电动机特别是鼠笼式异步电动机具有结构简单,制造成本低,坚固耐用,运行可靠,维护方便,惯性小,动态响应好,以及易于向高压、高速和大功率方向发展等优点。因此,近几十年以来,不少国家都在致力于交流调速系统的研究,用没有换向器的交流电动机实现调速来取代直流电动机,突破它的限制。随着电力电子器件,大规模集成电路和计算机控制技术的迅速发展,以及现代控制理论向交流电气传动领域的渗透,为交流调速系统的开发研究进一步创造了有利的条件。诸如交流电动机的串级调速、各种类型的变频调速,特别是矢量控制技术的应用,使得交流调速系统逐步具备了宽的调速范围、较高的稳速精度、快速的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能。现在从数百瓦的伺服系统到数百千瓦的特大功率高速传动系统,从一般要求的小范围调速传动到高精度、快响应、大范围的调速传动,从单机传动到多机协调运转,已几乎都可采用交流调速传动。交流调速传动的客观发展趋势已表明,它完全可以和直流传动相媲美、相抗衡,并有取代的趋势。 交流调速常用的调速方案及其性能比较由电机学知,交流异步电动机的转速公式如下:n= 60ƒ1 (1-s) pn (1-1)式中 Pn——电动机定子绕阻的磁极对数; f1——电动机定子电压供电频率; s ——电动机的转差率。从式(1-1)中可以看出,调节交流异步电动机的转速有三大类方案。(1)改变电动机的磁极对数由异步电动机的同步转速no= 60ƒ1 pn可知,在供电电源频率f1不变的条件下,通过改接定子绕组的连接方式来改变异步电动机定子绕组的磁极对数Pn,即可改变异步电动机的同步转速n0,从而达到调速的目的。这种控制方式比较简单,只要求电动机定子绕组有多个抽头,然后通过触点的通断来改变电动机的磁极对数。采用这种控制方式,电动机转速的变化是有级的,不是连续的,一般最多只有三档,适用于自动化程度不高,且只须有级调速的场合。(2)变频调速 从式(1—1)中可以看出,当异步电动机的磁极对数Pn一定,转差率s—定时,改变定子绕组的供电频率f1可以达到调速目的,电动机转速n基本上与电源的频率f1成正比,因此,平滑地调节供电电源的频率,就能平滑,无级地调节异步电动机的转速。变频调速调速范围大,低速特性较硬,基频f=50Hz以下,属于恒转矩调速方式,在基频以上,属于恒功率调速方式,与直流电动机的降压和弱磁调速十分相似。且采用变频起动更能显著改善交流电动机的起动性能,大幅度降低电机的起动电流,增加起动转矩。所以变频调速是交流电动机的理想调速方案。(3)变转差率调速改变转差率调速的方法很多,常用的方案有:异步电动机定子调压调速,电磁转差离合器调速和绕线式异步电动机转子回路串电阻调速,串级调速等。定子调压调速系统就是在恒定交流电源与交流电动机之间接入晶闸管作为交流电压控制器,这种调压调速系统仅适用于一些属短时与重复短时作深调速运行的负载。为了能得到好的调速精度与能稳定运行,一般采用带转速负反馈的控制方式。所使用的电动机可以是绕线式异电动机或是有高转差率的鼠笼式异步电动机。电磁转差离台器调速系统,是由鼠笼式异步电动机、电磁转差离合器以及控制装置组合而成。鼠笼式电动机作为原动机以恒速带动电磁离合器的电枢转动,通过对电磁离合器励磁电流的控制实现对其磁极的速度调节。这种系统一般也采用转速闭环控制。绕线式异步电动机转子回路串电阻调速就是通过改变转子回路所串电阻来进行调速,这种调速方法简单,但调速是有级的,串入较大附加电阻后,电动机的机械特性很软,低速运行损耗大,稳定性差。绕线式异步电动机串级调速系统就是在电动机的转子回路中引入与转子电势同频率的反向电势Ef,只要改变这个附加的,同电动机转子电压同频率的反向电势Ef,就可以对绕线式异步电动机进行平滑调速。Ef越大,电动机转速越低。 上述这些调速的共同特点是调速过程中没有改变电动机的同步转速n0,所以低速时,转差率s较大。 在交流异步电动机中,从定子传入转子的电磁功率PM可以分成两部分:一部分P2=(1—s)PM是拖动负载的有效功率,另一部分是转差功率PS=sPM,与转差率s成正比,它的去向是调速系统效率高低的标志。就转差功率的去向而言,交流异步电动机调速系统可以分为三种:1)转差功率消耗型 这种调速系统全部转差功率都被消耗掉,用增加转差功率的消耗来换取转速的降低,转差率s增大,转差功率PS=sPM增大,以发热形式消耗在转子电路里,使得系统效率也随之降低。定子调压调速、电磁转差离合器调速及绕线式异步电动机转子串电阻调速这三种方法属于这一类,这类调速系统存在着调速范围愈宽,转差功率PS愈大,系统效率愈低的问题,故不值得提倡。2)转差功率回馈型 这种调速系统的大部分转差功率通过变流装置回馈给电网或者加以利用,转速越低回馈的功率越多,但是增设的装置也要多消耗一部分功率。绕线式异步电动机转子串级调速即属于这一类,它将转差功率通过整流和逆变作用,经变压器回馈到交流电网,但没有以发热形式消耗能量,即使在低速时,串级调速系统的效率也是很高的。3)转差功率不变型 这种调速系统中,转差功率仍旧消耗在转子里,但不论转速高低,转差功率基本不变。如变极对数调速,变频调速即属于这一类,由于在调速过程中改变同步转速n0,转差率s是一定的,故系统效率不会因调速而降低。在改变n0的两种调速方案中,又因变极对数调速为有极调速,且极数很有限,调速范围窄,所以,目前在交流调速方案中,变频调速是最理想,最有前途的交流调速方案。第四章变频电动机的特点电磁设计 对普通异步电动机来说,再设计时主要考虑的性能参数是过载能力、启动性能、效率和功率因数。而变频电动机,由于临界转差率反比于电源频率,可以在临界转差率接近1时直接启动,因此,过载能力和启动性能不在需要过多考虑,而要解决的关键问题是如何改善电动机对非正弦波电源的适应能力。方式一般如下:

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直流电动机研究论文

论文题目:直流电动机调速器硬件设计专业:自动化本科生:刘小煜 (签名)____指导教师:胡晓东 (签名)____直流电动机调速器硬件设计摘 要直流电动机广泛应用于各种场合,为使机械设备以合理速度进行工作则需要对直流电机进行调速。该实验中搭建了基于C8051F020单片机的转速单闭环调速系统,利用PWM信号改变电动机电枢电压,并由软件完成转速单闭环PI控制,旨在实现直流电动机的平滑调速,并对PI控制原理及其参数的确定进行更深的理解。实验结果显示,控制8位PWM信号输出可平滑改变电动机电枢电压,实现电动机升速、降速及反转等功能。实验中使用霍尔元件进行电动机转速的检测、反馈。期望转速则可通过功能按键给定。当选择比例参数为、积分参数为时,电机转速可以在3秒左右达到稳定。由实验结果知,该单闭环调速系统可对直流电机进行调速,达到预期效果。关键字:直流电机, C8051F020,PWM,调速,数字式Subject: Hardware Design of Speed Regulator for DC motorMajor: AutomationName: Xiao yu Liu (Signature)____Instructor:Xiao dong Hu (Signature) ____Hardware Design of Speed Regulator for DC motorAbstractThe dc motor is a widely used machine in various speed regulaiting systerm is used to satisfy the requirement that the speed of dc motor be controlled over a range in some applications. In this experiment,the digital Close-loop control systerm is based on C8051F020 used PI regulator and PWM to regulate the speed of dc motor. The method of speed regulating of dc motor is discussed in this paper and, make a deep understanding about PI to experiment ,the armature voltage can be controlled linearnized with regulating the 8 bit the dc motor can accelerate or decelerate or experiment, hall component is used as a detector and feed back the speed .The expecting speed can be given by using the PI regulator,the dc motor will have a stable speed in ten seconds when choose P value as and I value as . At last,the experiment shows that the speed regulating systerm can work as words: dc motor,C8051F020,PWM,speed regulating,digital目录第一章 绪论 直流调速系统发展概况 国内外发展概况 国内发展概况 国外发展概况 总结 本课题研究目的及意义 论文主要研究内容 4第二章 直流电动机调速器工作原理 直流电机调速方法及原理 直流电机PWM(脉宽调制)调速工作原理 转速负反馈单闭环直流调速系统原理 单闭环直流调速系统的组成 速度负反馈单闭环系统的静特性 转速负反馈单闭环系统的基本特征 转速负反馈单闭环系统的局限性 采用PI调节器的单闭环无静差调速系统 数字式转速负反馈单闭环系统原理 原理框图 数字式PI调节器设计原理 18第三章 直流电动机调速器硬件设计 系统硬件设计总体方案及框图 系统硬件设计总体方案 总体框图 系统硬件设计 C8051F020单片机 单片机简介 使用可编程定时器/计数器阵列获得8位PWM信号 单片机端口配置 主电路 LED显示电路 按键控制电路 转速检测、反馈电路 12V电源电路 硬件设计总结 31第四章 实验运行结果及讨论 实验条件及运行结果 开环系统运行结果 单闭环系统运行结果 结果分析及讨论 实验中遇到的问题及讨论 33结论 34致谢 35参考文献 36论文小结 38附录1 直流电动机调速器硬件设计电路图 39附录2 直流电动机控制系统程序清单 42附录3 硬件实物图 57第一章 绪论直流调速系统发展概况在现代工业中,电动机作为电能转换的传动装置被广泛应用于机械、冶金、石油化学、国防等工业部门中,随着对生产工艺、产品质量的要求不断提高和产量的增长,越来越多的生产机械要求能实现自动调速。在可调速传动系统中,按照传动电动机的类型来分,可分为两大类:直流调速系统和交流调速系统。交流电动机直流具有结构简单、价格低廉、维修简便、转动惯量小等优点,但主要缺点为调速较为困难。相比之下,直流电动机虽然存在结构复杂、价格较高、维修麻烦等缺点,但由于具有较大的起动转矩和良好的起、制动性能以及易于在宽范围内实现平滑调速,因此直流调速系统至今仍是自动调速系统的主要形式。直流调速系统的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、自动控制技术和微机应用技术的最新发展成就。正是这些技术的进步使直流调速系统发生翻天覆地的变化。其中电机的控制部分已经由模拟控制逐渐让位于以单片机为主的微处理器控制,形成数字与模拟的混合控制系统和纯数字控制系统,并正向全数字控制方向快速发展。电动机的驱动部分所用的功率器件亦经历了几次更新换代。目前开关速度更快、控制更容易的全控型功率器件MOSFET和IGBT成为主流。功率器件控制条件的变化和微电子技术的使用也使新型的电动机控制方法能够得到实现。脉宽调制控制方法在直流调速中获得了广泛的应用。1964年和首先提出把PWM技术应用到电机传动中从此为电机传动的推广应用开辟了新的局面。进入70年代以来,体积小、耗电少、成本低、速度快、功能强、可靠性高的大规模集成电路微处理器已经商品化,把电机控制推上了一个崭新的阶段,以微处理器为核心的数字控制(简称微机数字控制)成为现代电气传动系统控制器的主要形式。PWM常取代数模转换器(DAC)用于功率输出控制,其中,直流电机的速度控制是最常见的应用。通常PWM配合桥式驱动电路实现直流电机调速,非常简单,且调速范围大。在直流电动机的控制中,主要使用定频调宽法。目前,电机调速控制模块主要有以下三种:(1)、采用电阻网络或数字电位器调整直流电机的分压,从而达到调速的目的;(2)、采用继电器对直流电机的开或关进行控制,通过开关的切换对电机的速度进行调整;(3)、采用由IGBT管组成的H型PWM电路。用单片机控制IGBT管使之工作在占空比可调的开关状态,精确调整电动机转速。 国内外发展概况 国内发展概况我国从六十年代初试制成功第一只硅晶闸管以来,晶闸管直流调速系统开始得到迅速的发展和广泛的应用。用于中、小功率的 ~200KW晶闸管直流调速装置已作为标准化、系列化通用产品批量生产。目前,全国各大专院校、科研单位和厂家都在进行数字式直流调速系统的开发,提出了许多关于直流调速系统的控制算法:(1)、直流电动机及直流调速系统的参数辩识的方法。该方法据系统或环节的输入输出特性,应用最小二乘法,即可获得系统环节的内部参数。所获得的参数具有较高的精度,方法简便易行。(2)、直流电动机调速系统的内模控制方法。该方法依据内模控制原理,针对双闭环直流电动机调速系统设计了一种内模控制器,取代常规的PI调节器,成功解决了转速超调问题,能使系统获得优良的动态和静态性能,而且设计方法简单,控制器容易实现。(3)、单神经元自适应智能控制的方法。该方法针对直流传动系统的特点,提出了单神经元自适应智能控制策略。这种单神经元自适应智能控制系统不仅具有良好的静、动态性能,而且还具有令人满意的鲁棒性与自适应性。(4)、模糊控制方法。该方法对模糊控制理论在小惯性系统上对其应用进行了尝试。经电机实验证明,模糊控制理论可以用于直流并励电动机的限流起动和恒速运行控制,并能获得理想的控制曲线。上诉的控制方法仅是直流电机调速系统应用和研究的一个侧面,国内外还有许多学者对此进行了不同程度的研究。 国外发展概况随着各种微处理器的出现和发展,国外对直流电机的数字控制调速系统的研究也在不断发展和完善,尤其80年代在这方面的研究达到空前的繁荣。大型直流电机的调速系统一般采用晶闸管整流来实现,为了提高调速系统的性能,研究工作者对晶闸管触发脉冲的控制算法作了大量研究,提出了内模控制算法、I-P控制器取代PI调节器的方法、自适应和模糊PID算法等等。目前,国外主要的电气公司,如瑞典ABB公司,德国西门子公司、AEG公司,日本三菱公司、东芝公司、美国GE公司等,均已开发出数字式直流调装置,有成熟的系列化、标准化、模版化的应用产品供选用。如西门子公司生产的SIMOREG-K 6RA24 系列整流装置为三相交流电源直接供电的全数字控制装置,其结构紧凑,用于直流电机电枢和励磁供电,完成调速任务。设计电流范围为15A至1200A,并可通过并联SITOR可控硅单元进行扩展。根据不同的应用场合,可选择单象限或四象限运行的装置,装置本身带有参数设定单元,不需要其它任何附加设备便可以完成参数设定。所有控制调节监控及附加功能都由微处理器来实现,可选择给定值和反馈值为数字量或模拟量。 总结随着生产技术的发展,对直流电气传动在起制动、正反转以及调速精度、调速范围、静态特性、动态响应等方面都提出了更高的要求,这就要求大量使用直流调速系统。因此人们对直流调速系统的研究将会更深一步。 本课题研究目的及意义直流电动机是最早出现的电动机,也是最早实现调速的电动机。长期以来,直流电动机一直占据着调速控制的统治地位。由于它具有良好的线性调速特性,简单的控制性能,高效率,优异的动态特性,现在仍是大多数调速控制电动机的最优选择。因此研究直流电机的速度控制,有着非常重要的意义。随着单片机的发展,数字化直流PWM调速系统在工业上得到了广泛的应用,控制方法也日益成熟。它对单片机的要求是:具有足够快的速度;有PWM口,用于自动产生PWM波;有捕捉功能,用于测频;有A/D转换器、用来对电动机的输出转速、输出电压和电流的模拟量进行模/数转换;有各种同步串行接口、足够的内部ROM和RAM,以减小控制系统的无力尺寸;有看门狗、电源管理功能等。因此该实验中选用Cygnal公司的单片机C8051F020。通过设计基于C8051F020单片机的直流PWM调速系统并调试得出结论,在掌握C8051F020的同时进一步加深对直流电动机调速方法、PI控制器的理解,对运动控制的相关知识进行巩固。 论文主要研究内容本课题的研究对象为直流电动机,对其转速进行控制。基本思想是利用C8051F020自带的PWM口,通过调整PWM的占空比,控制电机的电枢电压,进而控制转速。系统硬件设计为:以C8051F020为核心,由转速环、显示、按键控制等电路组成。具体内容如下:(1)、介绍直流电动机工作原理及PWM调速方法。(2)、完成以C8051F020为控制核心的直流电机数字控制系统硬件设计。(3)、以该系统的特点为基础进行分析,使用PWM控制电机调速,并由实验得到合适的PI控制及相关参数。(4)、对该数字式直流电动机调速系统的性能做出总结。第二章 直流电动机调速器工作原理 直流电机调速方法及原理直流电动机的转速和各参量的关系可用下式表示:由上式可以看出,要想改变直流电机的转速,即调速,可有三种不同的方式:调节电枢供电电压U,改变电枢回路电阻R,调节励磁磁通Φ。3种调速方式的比较表2-1所示.表2-1 3种电动机调速方式对比调速方式和方法 控制装置 调速范围 转速变化率 平滑性 动态性能 恒转矩或恒功 率 效率改变电枢电阻 串电枢电阻 变阻器或接触器、电阻器 2:1 低速时大 用变阻器较好用接触器、电阻器较差 无自动调节能力 恒转矩 低改变电枢电压 电动机-发电机组 发电机组或电机扩大机(磁放大器) 10:1~20:1 小 好 较好 恒转矩 60%~70%静止变流器 晶闸管变流器 50:1~100:1 小 好 好 恒转矩 80%~90%直流脉冲调宽 晶体管或晶闸管直流开关电路 50:1~100:1 小 好 好 恒转矩 80%~90%改变磁通 串联电阻或可变直流电源 直流电源变阻器 3:1~5:1 较大 差 差 恒功率 80%~90%电机扩大机或磁放大器 好 较好晶闸管变流器 好由表2-1知,对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说,以调节电枢供电电压的方式为最佳,而变电枢电压调速方法亦是应用最广的调速方法。直流电机PWM(脉宽调制)调速工作原理在直流调速系统中,开关放大器提供驱动电机所需要的电压和电流,通过改变加在电动机上的电压的平均值来控制电机的运转。在开关放大器中,常采用晶体管作为开关器件,晶体管如同开关一样,总是处在接通和断开的状态。在晶体管处在接通时,其上的压降可以略去;当晶体管处在断开时,其上的压降很大,但是电流为零,所以不论晶体管导通还是关断,输出晶体管中的功耗都是很小的。一种比较简单的开关放大器是按照一个固定的频率去接通和断开放大器,并根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”的相位宽窄,这样的放大器被称为脉冲调制放大器。PWM脉冲宽度调制技术就是通过对一系列脉冲的宽度进行调制,来等效地获得获得所需要波形(含形状和幅值)的技术。根据PWM控制技术的特点,到目前为止主要有八类方法:相电压控制PWM、线电压控制PWM、电流控制PWM、非线性控制PWM,谐振软开关PWM、矢量控制PWM、直接转矩控制PWM、空间电压矢量控制PWM。利用开关管对直流电动机进行PWM调速控制原理图及输入输出电压波形如图2-1、图2-2所示。当开关管MOSFET的栅极输入高电平时,开关管导通,直流电动机电枢绕组两端由电压。秒后,栅极输入变为低电平,开关管截止,电动机电枢两端电压为0。秒后,栅极输入重新变为高电平,开关管的动作重复前面的过程。这样,对应着输入的电平高低,直流电动机电枢绕组两端的电压波形如图2-2所示。电动机的电枢绕组两端的电压平均值为:式2-1式中 ——占空比,占空比表示了在一个周期里,开关管导通的时间与周期的比值。的变化范围为0≤≤1。由式2-1可知,当电源电压不变的情况下,电枢的端电压的平均值取决于占空比的大小,改变值就可以改变端电压的平均值,从而达到调速的目的,这就是PWM调速原理。在PWM调速时,占空比是一个重要参数。以下是三种可改变占空比的方法:(1)、定宽调频法:保持不变,改变,从而改变周期(或频率)。(2)、调宽调频法:保持不变,改变,从而改变周期(或频率)。(3)、定频调宽法:保持周期(或频率)不变,同时改变、。前2种方法由于在调速时改变了控制脉冲的周期(或频率),当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时,将会引起振荡,因此应用较少。目前,在直流电动机的控制中,主要使用第3种方法。图2-1 PWM调速控制原理图2-2 输入输出电压波形产生PWM控制信号的方法有4种,分别为:(1)、分立电子元件组成的PWM信号发生器这种方法是用分立的逻辑电子元件组成PWM信号电路。它是最早期的方式,现在已经被淘汰了。(2)、软件模拟法利用单片机的一个I/O引脚,通过软件对该引脚不断地输出高低电平来实现PWM信号输出。这种方法要占用CPU大量时间,需要很高的单片机性能,易于实现,目前也逐渐被淘汰。(3)、专用PWM集成电路从PWM控制技术出现之日起,就有芯片制造商生产专用的PWM集成电路芯片,现在市场上已有许多种。这些芯片除了由PWM信号发生功能外,还有“死区”调节功能、保护功能等。在单片机控制直流电动机系统中,使用专用PWM集成电路可以减轻单片机负担,工作也更可靠。(4)、单片机PWM口新一代的单片机增加了许多功能,其中包括PWM功能。单片机通过初始化设置,使其能自动地发出PWM脉冲波,只能在改变占空比时CPU才进行干预。其中常用后两中方法获得PWM信号。实验中使用方法(4)获得PWM信号。 转速负反馈单闭环直流调速系统原理 单闭环直流调速系统的组成只通过改变触发或驱动电路的控制电压来改变功率变换电路的输出平均电压,达到调节电动机转速的目的,称为开环调速系统。但开环直流调速系统具有局限性:(1)、通过控制可调直流电源的输入信号,可以连续调节直流电动机的电枢电压,实现直流电动机的平滑无极调速,但是,在启动或大范围阶跃升速时,电枢电流可能远远超过电机额定电流,可能会损坏电动机,也会使直流可调电源因过流而烧毁。因此必须设法限制电枢动态电流的幅值。(2)、开环系统的额定速降一般都比较大,使得开环系统的调速范围D都很小,对于大部分需要调速的生产机械都无法满足要求。因此必须采用闭环反馈控制的方法减小额定动态速降,以增大调速范围。(3)、开环系统对于负载扰动是有静差的。必须采用闭环反馈控制消除扰动静差为克服其缺点,提高系统的控制质量,必须采用带有负反馈的闭环系统,方框图如图2-3所示。在闭环系统中,把系统输出量通过检测装置(传感器)引向系统的输入端,与系统的输入量进行比较,从而得到反馈量与输入量之间的偏差信号。利用此偏差信号通过控制器(调节器)产生控制作用,自动纠正偏差。因此,带输出量负反馈的闭环控制系统能提高系统抗扰性,改善控制精度的性能,广泛用于各类自动调节系统中。

使用幸福校园需要安装Adobe Flash Player 版本以上。 请安装Flash Player。[页数]:31 [字数]:14854 [目录] 1 绪 言 2 系统设计方案的研究 3 系统设计应用举例 4 总结与展望 [摘要] 随着晶闸管的出现,现代电力电子和控制理论、计算机的结合促进了电力拖动控制技术研究和应用的繁荣,为工业生产,交通运输,楼宇、办公、家庭自动化提供了现代化的高新技术。提高了生产效率和人们的生活质量,使人类社会生产、生活发生了巨大的变化。晶闸管-直流电动机调速系统的成熟为现代工业提供了高效、高性能的动力。直流电动机调速系统以其优良的调速性能具有广阔的市场,并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理是交流调速控制的基础。本文介绍了带电流截止负反馈转速单闭环直流电动机调速系统的设计研究,由直流电机模块、晶闸管整流模块、转速反馈环节、电流截止负反馈环节和脉冲产生模块等组成。该系统主要采用转速反馈量和电流截止负反馈量与给定量的偏差经来改变触发器移相控制信号调节晶闸管的控制角,从而改变整流器的输出电压实现对直流电动机的转速进行调节的原理。首先给出电动机的数学模型,分析了转速闭环调速系统的工作原理。为了限制启动电流过大引入了电流截止负反馈,并介绍了电流截止负反馈环节的作用。其次根据原理方案建构出系统原理框图,并利用Matlab/Simulink工具软件对该系统建立了仿真模型,对系统进行了仿真研究。然后给出了直流电动机调速系统的应用实例,并按实例设置各模块的参数进行仿真。本系统经过综合考虑和合理分析,各物理量仿真波形基本符合要求。 [正文] 1 绪 言 课题研究背景在现代化的生产和生活中,电动机一直起着十分重要的作用,无论是交通运输、国防、航空航天、医疗卫生、农业生产、商务与办公设备,还是日常中的家用电器,都大量地使用各种各样的电动机。据相关资料介绍,现有90%以上的动力源来自于电动机,我国生产的电能大约有60%消耗于电动机而动力与运动是可以互相转换的,从这个意义上讲,电动机也是最常见的运动源,对运动控制的最有效方式是对运动源的控制,因此,常常通过对电动机的控制来实现运动控制。直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。在20世纪60年代发展起来的电力电子技术,使电能可以变换和控制,产生了现代各种高效、节能的新型电源和交直流调速装置,为工业生产,交通运输,楼宇、办公、家庭自动化提供了现代化的高新技术,提高了生产效率和人们的生活质量,使人类社会生产、生活发生了巨大的变化。随着新型电力电子器件的研究和开发以及先进控制技术的发展,电力电子和电力拖动控制装置的性能也不断优化和提高,这种变化的影响将越来越大。随着晶闸管的出现,现代电力电子和控制理论、计算机的结合促进了电力转动控制技术研究和应用的繁荣。晶闸管-直流电动机调速系统为现代工业提供了高效、高性能的动力。尽管目前交流调速的迅速发展,交流调速技术越趋成熟,以及交流电动机的经济性和易维护性,使交流调速广泛受到用户的欢迎。但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场,并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。现在的直流和交流调速装置都是数字化的,使用的芯片和软件各有特点,但基本控制原理有其共性,此文章主要通过仿真研究直流调速的基本原理和调速性能

双闭环调速系统ASR和ACR结构及参数设计一.基本思想本文应用工程设计方法来设计转速、电流双闭环调速系统的两个调节器。按照设计多环控制系统先内环后外环的一般原则,从内环开始,逐步向外扩展。在双闭环系统中,应该首先设计电流调节器,然后把整个电流环看作是转速系统中的一个环节,再设计转速调节器。首先考虑应把电流环校正成哪一类典型系统。从稳态要求上看,希望电流无静差,以得到理想的堵转特性,所以采用Ⅰ型系统就够了。再从动态上看,实际系统不允许电枢电流在突加控制作用下时有太大的超调,以保证电流在动态过程不超过允许值,而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要的因素。因而电流环应以跟随性能为主,即应选择典型Ⅰ型系统。对于转速环,由于要求满足系统抗干扰性能好、转速无静差,并且系统结构决定将转速环校正成典型Ⅱ系统。二.双闭环调速系统的实际动态结构框图图2-1 双闭环调速系统的动态结构框图双闭环调速系统的实际动态结构框图如图2-1。由于电流检测信号中常含有交流分量,为了不使它影响到调节器的输入,需要加低通滤波。这样的滤波环节传递函数可用一阶惯性环节来表示,其滤波时间常数 按需要选定,以滤平电流检测信号为准。然而,在抑制交流分量的同时,滤波环节也延迟了反馈信号的作用,为了平衡这个延迟作用,在给定信号通道上加入一个同等时间常数的惯性环节,称作给定滤波环节。其意义是让给定信号和反馈信号经过相同的延时,使得二者在时间上恰好的配合。 由测速发电机得到的转速反馈电压含有换向纹波,因此也需要滤波,滤波时间常数用 表示。根据和电流环一样的道理,在转速给定通道上也加入时间常

前言11.总体设计方案2(一)方案一:PWM波调速2(二)方案二:晶闸管调速22.单元模块设计3(一)H桥驱动电路设计方案3(二)调速设计方案5(三)系统硬件电路设计61.电源电路62.H桥驱动电路63.基于霍尔传感器的测速模块74.LCD显示模块8(四)调速设计模块91.PWM波软件软件设计92.测速软件设计123.系统功能调试13(一)调试软件介绍13(二)直流电机的调速功能仿真141.调速前的波形图142.调速后的波形图14(三)电机速度的测量并显示功能仿真15(四)系统的电路原理图15(五)系统的PCB图164.设计总结175.参考文献17附录17

电动机的直流调速毕业论文

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大学是干嘛的地方?无论多高的学历和职称,不会设计、制造教具,不会设计、制造教学仪器,不会维修仪器和设备;用你父母的钱进口教学仪器模仿了委托工厂仿制就是佼佼者;用你父母的钱请校外的人来维修设备、从校外采购配件;用你父母的钱请教学仪器生产企业提供教学实验讲义,将作者填上他们的名字就有教学突出成就奖;教你背诵的公式和外语,永远也比不上美国麻省理工学院在网上公开的教材内容。学生也不要埋怨学费贵,除了上面教师的原因,你们自己的基础实验、专业课就上的迷迷糊糊的,高额投资下的创新实验项目、挑战杯、科技竞赛、毕业论文、商业开发,都见不得阳光,将真金白银变成了一堆堆的垃圾!!!!

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摘 要直流电动机具有良好的起动、制动性能,宜于在大范围内平滑调速,在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看,直流调速还是交流拖动系统的基础。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础,采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成,控制系统的硬件部分非常复杂,功能单一,而且系统非常不灵活、调试困难,阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异,使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成,为直流电动机的控制提供了更大的灵活性,并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统,可以节约人力资源和降低系统成本,从而有效的提高工作效率[1]。本设计主电路采用晶闸管三相全控桥整流电路供电方案,控制电路由软件实现系统的功能,取代传统的双闭环调速系统。系统用一台单片机及外部扩展设备代替原模拟系统中速度调节器、电流调节器、触发器、锁零单元和电流自适应调节器等,从而使直流调速系统实现数字化[2]。

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