直流电机课程设计
pwm直流电机调速课程设计
一、课程设计的主要目标任务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、非线性集成电路以与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,使得许多控制功能与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[2]。
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。
传统的控制系统采用模拟元件,虽在一定程度上满足了生产要求,但是因为元件容易老化和在使用中易受外界干扰影响,并且线路复杂、通用性差,控制效果受到器件性能、温度等因素的影响,故系统的运行可靠性与准确性得不到保证,甚至出现事故。
目前,直流电动机调速系统数字化已经走向实用化,伴随着电子技术的高度发展,促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变,特别是单片机技术的应用,使直流电机调速技术又进入到一个新的阶段,智能化、高可靠性已成为它发展的趋势。
二、课程设计系统方案选取1. 直流电动机运行原理脉宽调制技术是利用数字输出对模拟电路进行控制的一种有效技术,尤其是在对电机的转速控制方面,可大大节省能量,PWM控制技术的理论基础为:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同,使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或其他所需3 要的波形。
按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制,既可改变逆变电路输出电压的大小,也可改变输出频率。
直流电动机的转速n和其他参量的关系可表示为图1:直流电机原理图式中Ua——电枢供电电压(V);Ia ——电枢电流(A);Ф——励磁磁通(Wb);Ra——电枢回路总电阻(Ω);CE ——电势系数,,p为电磁对数,a为电枢并联支路数,N为导体数。
课程设计--直流电机调速控制系统设计
课程设计--直流电机调速控制系统设计指导教师评定成绩:审定成绩:**********课程设计报告设计题目:直流电机调速控制系统设计学校:********************学生姓名:**********专业:********************班级:***********学号:**************指导教师:*****************8设计时间:2013 年12 月目录引言 (3)一、直流电动机的工作原理 (4)二、直流电动机的结构 (5)三、直流电动机的分类 (6)四、电动机的机械特性 (7)五、他励直流电动机起动 (10)六、他励直流电动机的调速方法 (11)七、PWM调制电路 (14)八、H桥驱动电路 (14)九、直流电动机调速控制系统设计 (15)十、心得体会 (22)附录参考文献 (23)课程设计任务书 (23)引言现代工业生产中,电动机是主要的驱动设备,目前在直流电动机拖动系统中已大量采用晶闸管(即可控硅)装置向电动机供电的KZ—D拖动系统,取代了笨重的发电动一电动机的F—D系统,又伴随着电子技术的高度发展,促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变,特别是单片机技术的应用,使直流电机调速技术又进入到一个新的阶段,智能化、高可靠性已成为它发展的趋势。
直流电机调速基本原理是比较简单的(相对于交流电机),只要改变电机的电压就可以改变转速了。
改变电压的方法很多,最常见的一种PWM脉宽调制,调节电机的输入占空比就可以控制电机的平均电压,控制转速。
PWM控制的基本原理很早就已经提出,但是受电力电子器件发展水平的制约,在上世纪80年代以前一直未能实现。
直到进入上世纪80年代,随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展,PWM控制技术才真正得到应用。
随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法,如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用,PWM控制技术获得了空前的发展,到目前为止,已经出现了多种PWM控制技术。
直流电机测速系统课程设计
西安邮电学院单片机课程设计报告书题目:电机测速系统院系名称:自动化学院学生姓名:专业名称:自动化班级:自动XXXX班时间:20XX年X月X日至 X月XX日电机测速系统一、设计目的随着科技的飞速发展,计算机应用技术日益渗透到社会生产生活的各个领域,而单片机的应用则起到了举足轻重的作用。
在工程实践中,经常会遇到各种需要测量转速的场合,例如在发动机、电动机、机床主轴等旋转设备的试验运转和控制中,常需要分时或连续测量、显示其转速及瞬时速度。
为了能精确地测量转速,还要保证测量的实时性,要求能测得瞬时转速。
因此设计一种较为理想的电机测速控制系统是非常有价值的。
二、设计要求1.用按键控制电机起停;2.电机有两种速度,通过按键来改变速度;3.通过数码管显示每分钟或每秒的转速。
四、设计方案及分析(包含设计电路图)1. STC89C52单片机介绍STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器(FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory )的低电压,高性能COMOS8的微处理器,俗称单片机。
该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
(1)单片机最小系统单片机最小系统电路如图所示,由主控器STC89C52、时钟电路和复位电路三部分组成。
单片机STC89C52作为核心控制器控制着整个系统的工作,而时钟电路负责产生单片机工作所必需的时钟信号,复位电路使得单片机能够正常、有序、稳定地工作。
图单片机最小系统(2)晶振电路(3)复位电路复位是单片机的初始化操作。
其主要功能是把PC 初始化为0000H ,使单片机从0000H 单元开始执行程序。
除了进入系统的正常初始化之外,当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时,为摆脱困境,也需按复位键重新启动。
2. ST151光电转速传感器是根据光敏二极管工作原理制造的一种感应接收光强度变化的电子器件,当它发出的光被目标反射或阻断时,则接收器感应出相应的电信号。
直流电机控制课程设计
直流电机控制课程设计一、课程目标知识目标:1. 学生能理解直流电机的工作原理,掌握直流电机的基本结构及其功能。
2. 学生能掌握直流电机控制的基本方法,包括启动、调速、制动等。
3. 学生能了解并描述直流电机在自动化控制中的应用。
技能目标:1. 学生能运用所学知识,进行简单的直流电机控制电路的设计与搭建。
2. 学生能通过实际操作,熟练使用相关仪器设备进行直流电机控制实验。
3. 学生能通过实验数据分析,解决直流电机控制过程中出现的问题。
情感态度价值观目标:1. 学生对直流电机控制技术产生兴趣,培养探究精神和创新意识。
2. 学生在小组合作中,培养团队协作能力和沟通表达能力。
3. 学生关注直流电机控制技术在现实生活中的应用,增强学以致用的意识。
分析课程性质、学生特点和教学要求:1. 本课程为工程技术类课程,注重理论与实践相结合,强调学生的动手能力。
2. 学生为初中年级学生,具备一定的物理基础和动手操作能力,但对复杂电路和控制原理理解有限。
3. 教学要求以学生为主体,注重启发式教学,引导学生主动探究和解决问题。
二、教学内容1. 直流电机的工作原理与结构- 直流电机的组成及其功能- 直流电机的工作原理- 直流电机的类型及特点2. 直流电机控制方法- 直流电机的启动方法- 直流电机的调速方法- 直流电机的制动方法3. 直流电机控制电路设计与搭建- 控制电路元件的识别与选用- 控制电路的设计原理与步骤- 控制电路的搭建与调试4. 直流电机控制实验- 实验设备的使用与操作- 实验步骤与方法- 实验数据的收集与分析5. 直流电机控制技术应用- 直流电机控制技术在现实生活中的应用案例- 直流电机控制技术的未来发展教学内容安排与进度:第一课时:直流电机的工作原理与结构第二课时:直流电机控制方法第三课时:直流电机控制电路设计与搭建第四课时:直流电机控制实验第五课时:直流电机控制技术应用教材章节关联:教学内容与教材第二章“直流电机的原理与应用”相关联,涵盖直流电机的基本概念、原理、控制方法及其在实际中的应用。
基于单片机的直流电机调速系统的课程设计
一、总体设计概述本设计基于8051单片机为主控芯片,霍尔元件为测速元件, L298N为直流伺服电机的驱动芯片,利用 PWM调速方式控制直流电机转动的速度,同时可通过矩阵键盘控制电机的启动、加速、减速、反转、制动等操作,并由LCD显示速度的变化值。
二、直流电机调速原理根据直流电动机根据励磁方式不同,分为自励和它励两种类型,其机械特性曲线有所不同。
但是对于直流电动机的转速,总满足下式:式中U——电压;Ra——励磁绕组本身的内阻;——每极磁通(wb );Ce——电势常数;Ct——转矩常数。
由上式可知,直流电机的速度控制既可以采用电枢控制法也可以采用磁场控制法。
磁场控制法控制磁通,其控制功率虽然较小,但是低速时受到磁场和磁极饱和的限制,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,所以在工业生产过程中常用的方法是电枢控制法。
电枢控制法在励磁电压不变的情况下,把控制电压信号加到电机的电枢上来控制电机的转速。
传统的改变电压方法是在电枢回路中串连一个电阻,通过调节电阻改变电枢电压,达到调速的目的,这种方法效率低,平滑度差,由于串联电阻上要消耗电功率,因而经济效益低,而且转速越慢,能耗越大。
随着电力电子的发展,出现了许多新的电枢电压控制法。
如:由交流电源供电,使用晶闸管整流器进行相控调压;脉宽调制(PWM)调压等。
调压调速法具有平滑度高、能耗低、精度高等优点,在工业生产中广泛使用,其中PWM应用更广泛。
脉宽调速利用一个固定的频率来控制电源的接通或断开,并通过改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短,即改变直流电机电枢上的电压的“占空比”来改变平均电.压的大小,从而控制电动机的转速,因此,PWM又被称为“开关驱动装置”。
如果电机始终接通电源是,电机转速最大为Vmax,占空比为D=t1/t,则电机的平均转速:Vd=Vmax*D,可见只要改变占空比D,就可以调整电机的速度。
平均转速Vd与占空比的函数曲线近似为直线。
永磁有刷直流电动机课程设计
永磁直流有刷电动机课程设计目录摘要一、设计背景及其发展状况二、有刷直流电动机的组成结构和工作原理1.永磁直流电动机的结构、起动和转动机理2.永磁有刷直流电动机的反电动势和转矩、转速、调速范围3.永磁有刷直流电动机的功率和效率三、永磁有刷直流电动机的设计1.永磁有刷直流电动机主要尺寸的确定2.永磁有刷直流电动机的绕组设计3.永磁有刷直流电动机换向器的设计四、磁路计算1.组抗参数2.损耗参数3.外特性4.效率特性五、个人总结参考文献摘要永磁有刷直流电机是在直流电机的基础上用永磁铁代替原有磁体材料建立的主磁场。
直流电动机采用了永磁励磁后,因省去了励磁绕组,降低了励磁损耗,使其具有结构简单、体积小、效率高、用铜量少等优点。
本文分析了永磁有刷直流电机的工作原理,研究了永磁有刷直流电机电磁的特点, ,运用解析计算的方法分析出电机的各项参数。
为设计永磁有刷直流电动机,我们依据Matlab强大的数据计算能力建立起了永磁有刷直流电机的数学模型并进行了仿真进而对控制系统进行了一定的分析,同时还对比了在不同的参数下电机的工作性能,为电机系统的设计及其工作的稳定性提供了一定的依据。
经设计出的200W永磁有刷直流电动机具有简便高效的特点。
关键词永磁直流电机有刷设计电机一、设计背景及其发展状况1820年,丹麦物理学家奥斯特发现了电流在磁场中受机械力的作用,即电流的磁效应。
1821年,英国科学家法拉第总结了载流导体在磁场内受力并发生机械运动的现象,法拉第的试验模型可以认为是现代直流电动机的雏形。
1822年,法国人吕萨克发现电磁铁,,即用电流流过绕在铁芯上的线圈的方法可以产生磁场。
在这些发现与发明的基础上,1831年法拉第发现了电磁感应定律,发明了盘式电机。
1831年,法拉第发现了电磁感应定律,并发明了盘式电机。
同年,亨利制作了振荡电机。
1832年,斯特金发明了换向器,并对亨利的振荡电机进行了改进,制作了世界上第一台能连续旋转运动的电机。
直流电机的PWM电流速度双闭环调速系统课程设计
电力拖动课程设计题目:直流电机的PWM电流速度双闭环调速系统姓名:学号:班级:指导老师:课程评分:日期目录一、设计目标与技术参数二、设计基本原理(一)调速系统的总体设计(二)桥式可逆PWM变换器的工作原理(三)双闭环调速系统的静特性分析(四)双闭环调速系统的稳态框图(五)双闭环调速系统的硬件电路(六)泵升电压限制(七)主电路参数计算和元件选择(八)调节器参数计算三、仿真(一)仿真原理(含建模及参数)(二)重要仿真结果(目的为验证设计参数的正确性)四、结论参考文献附录1:调速系统总图附录2:调速系统仿真图一、设计目标与技术参数直流电机的PWM电流速度双闭环调速系统的设计目标如下:额定电压:U N=220V;额定电流:I N=136A;额定转速:n N:=1460r/min;电枢回路总电阻:R=0.45Ω;电磁时间常数:T l=0.076s;机电时间常数:T m=0.161s;电动势系数:C e=0.132V*min/r;转速过滤时间常数:T on=0.01s;转速反馈系数α=0.01V*min/r;允许电流过载倍数:λ=1.5;电流反馈系数:β=0.07V/A;电流超调量:σi≤5%;转速超调量:σi≤10%;运算放大器:R0=4KΩ;晶体管PWM功率放大器:工作频率:2KHz;工作方式:H型双极性。
PWM变换器的放大系数:K S=20。
二、设计基本原理(一)调速系统的总体设计在电力拖动控制系统的理论课学习中已经知道,采用PI调节的单个转速闭环直流调速系统可以保证系统稳定的前提下实现转速无静差。
但是,如果对系统的动态性能要求较高,例如要求快速起制动,突加负载动态速降小等等,单闭环调速系统就难以满足需要。
这主要是因为在单闭环调速系统中不能随心所欲的控制电流和转矩的动态过程。
如图2-1所示。
图2-1 直流调速系统启动过程的电流和转速波形用双闭环转速电流调节方法,虽然相对成本较高,但保证了系统的可靠性能,保证了对生产工艺的要求的满足,既保证了稳态后速度的稳定,同时也兼顾了启动时启动电流的动态过程。
电机直流课程设计
电机直流课程设计一、课程目标知识目标:1. 让学生掌握电机直流的基本工作原理,包括电磁感应定律在直流电机中的应用。
2. 使学生了解并掌握直流电机的类型、结构、性能及用途。
3. 引导学生理解并掌握电机转速与电枢电压、电流的关系,以及励磁对电机性能的影响。
技能目标:1. 培养学生能够正确使用万用表、示波器等工具进行电机参数测试的能力。
2. 培养学生具备分析、解决直流电机常见故障的能力。
3. 让学生学会设计简单的直流电机控制系统,并能进行基本的调试。
情感态度价值观目标:1. 培养学生对电机工程技术的兴趣和热情,激发他们探索科学的精神。
2. 培养学生的团队协作意识,使他们能够在学习过程中积极与他人交流、合作。
3. 引导学生认识到电机技术在生产、生活中的重要作用,增强他们的社会责任感。
课程性质:本课程为电机原理与应用的实践课程,注重理论知识与实际操作的结合。
学生特点:学生处于高中年级,已具备一定的物理基础和动手能力,对新技术具有强烈的好奇心。
教学要求:教师应采用启发式教学,引导学生通过实验、讨论等方式主动探究电机直流的知识,提高他们的实践操作能力和问题解决能力。
同时,注重培养学生的团队合作意识和科学素养,为后续学习打下坚实基础。
通过分解课程目标为具体的学习成果,便于后续教学设计和评估。
二、教学内容1. 直流电机的基本原理:包括洛伦兹力定律、电磁感应定律在直流电机中的应用,电机转速与电枢电压、电流的关系,以及励磁对电机性能的影响。
2. 直流电机的类型与结构:介绍常见的直流电机类型,如永磁直流电机、励磁直流电机;讲解电机的结构,包括电枢、励磁绕组、换向器等组成部分。
3. 直流电机的性能与用途:分析不同类型直流电机的性能特点,如功率、转速、效率等,探讨其在实际应用中的选择和适用场合。
4. 直流电机控制系统设计:学习电机控制的基本原理,设计简单的直流电机控制系统,包括调速、转向等功能。
5. 直流电机参数测试与故障分析:教授如何使用万用表、示波器等工具进行电机参数测试,分析常见故障原因,并提出相应的解决方法。
课程设计实验报告-直流电机测速 (1)
直流电机测速摘要设计一种直流电机调速系统,以STC89C52 为控制核心,通过ULN2003 驱动电机,使用ST151 测量转速,实现了按键输入、电机驱动、转速控制、转速显示等功能。
关键词:直流电机, 80C51, ULN2003, 转速控制第一章题目描述直流小电机调速系统:采用单片机、ul n2003 为主要器件,设计直流电机调速系统,实现电机速度开环可调。
要求:1、电机速度分30r /m、60r /m、100r /m共3 档;2、通过按选择速度;3、检测并显示各档速度。
所需器件:实验板(中号)、直流电机、STC89C52、电容(30pFⅹ2、10uF ⅹ2)、数码管(共阳、四位一体)、晶振(12M H z )、小按键(4 个)、ST151、电阻、发光二极管等。
第二章方案论述按照题给要求,我们最终设计了如下的解决方案:用户通过键盘键入控制指令(开关),微控制器在收到指令后改变输出的 PW M波,最终在 U LN2003 的驱动下电机转速发生改变。
通过 ST151 传感器测量电机扇叶的旋转情况,将转速显示在数码管上。
在程序主循环中实现按键扫描与转速显示,将定时器0 作为计数器,计数ST151 产生的下降沿,可算出转速,并送至数码管显示。
第三章硬件部分设计系统硬件部分包含输入模块、显示模块、控制模块、测速模块等。
在硬件搭建前,先通过Pr ot eus Pr o 7. 5 进行硬件仿真实现。
1. 时钟电路系统采用12M 晶振与两个30pF 电容组成震荡电路,接STC89C52 的 XTAL1 与 XTAL2 引脚,为微控制器提供时钟源2. 按键电路四个按键分别控制电机的不同转速,即控制 PW M波高电平的占空比,以实现电机的速度控制,采用开环控制方法,不是十分精确,但控制简单,易实现,代码编写简单3. 显示部分系统采用4 位共阴极数码管实现转速显示。
数码管的位选端1~4 分别接STC89C52 的P2. 0~P2. 3 管脚,端选段A~G与 D P分别接 STC89C52 的 P0. 0~P0. 7 管脚。
直流电机速度控制课程设计
直流电机速度控制1设计内容及要求1.1设计目的设计制作和调试一个由MCS51单片机组成的直流测控系统。
通过这个过程学习熟悉键盘控制和七段数码管的使用,掌握直流电机的速度控制和测试方法。
1.2预习和参考MCS51单片机汇编程序语言、计算机控制技术、自动控制原理、1.3 设计(设计)要求设计指标1.在显示器上显示任意四位十进制数2.将8个键定义键值为0~7,按任意键在显示器上显示对应键值3.实现功能:(1)定义键盘按键:5个为数字键0~4;3个功能键:设置SET、清零 CLR、开始START;(2)显示器上的四位可显示每分钟的速度;(3)通过键盘的按键,设置直流电机每分钟的速度值;(4)按START键启动电机开始转动,按SET键停止;按CLR键清零。
2控制芯片选择根据实验要求选择80C31芯片。
选择该芯片可以根据控制开关按钮的开关状态,控制数码管的数字显示以及变频直流电动机的转速。
80C31单片机,是8位高性能单片机,具有40根引脚。
属于标准的MCS-51的HCMOS产品。
它结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征,标准MCS-51单片机的体系结构和指令系统。
80C31内置中央处理单元、128字节内部数据存储器RAM、32个双向输入/输出(I/O)口、2个16位定时/计数器和5个两级中断结构,一个全双工串行通信口,片内时钟振荡电路。
40根引脚按其功能可分为四类:1. 电源线2根VCC:编程和正常操作时的电源电压,接+5V。
VSS:地电平。
2. 晶振:2根XTAL1:振荡器的反相放大器输入。
使用外部震荡器是必须接地。
XTAL2:振荡器的反相放大器输出和内部时钟发生器的输入。
当使用外部振荡器时用于输入外部振荡信号。
3. I/O口有p0、p1、p2、p3共四个8位口,32根I/O线,其功能如下:P0.0~P0.7 (AD0~AD7)是I/O端口O的引脚,端口O是一个8位漏极开路的双向I/O端口。
直流电机调速系统课程设计报告指导书
直流电机调速系统课程设计指导书一、实验目的1、通过对KZ-D系统开环机械特性和闭环机械特性的实测及研究,加深对负反应控制的根本原理的理解。
2、掌握操作实际系统的方法和必要参数的测定方法。
3、研究系统各参数间的根本关系及各参数变化对系统的影响。
4、加深比照例积分调节器动态传输特性的认识,了解其在无静差自动控制系统中的作用。
5、通过实践掌握工程实践中常见的双闭环无静差调速系统参数设计计算和ST调试方法。
5 DD03-2电机导轨﹑测速发电机及转速表6 DJ13 直流复励发电机7 DJ15 直流并励电动机8 D42 滑线变阻器串联形式:0.41A,1.8kΩ并联形式:0.82A,900Ω9 数字存储示波器自备10 万用表自备三、实验线路及原理晶闸管直流调速系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、平波电抗器、电动机-发电机组等组成。
在本实验中,整流装置的主电路为三相桥式电路,控制电路可直接由给定电压U g作为触发器的移相控制电压U ct,改变U g的大小即可改变控制角α,从而获得可调的直流电压,以满足实验要求。
实验系统的组成原理图如图5-1所示。
图1-1 实验系统原理图四、实验容(1) 测定晶闸管直流调速系统主电路总电阻值R,电感值L,s K , 测定直流电动机电势常数C e 测定晶闸管直流调速系统机电时间常数T M (2) 转速调节器的调试,电流调节器的调试(3) 设计调速系统。
调速指标为D =10,S <10%;测定系统开环机械特性和∆n nom ,判断能否满足调速指标;如果不能满足,可采用转速负反应;计算及整定比例调节器参数、反应系数;测定闭环系统的机械特性。
(4) 设计及调试双闭环无静差KZ -D 调速系统要求额定转速时S ≤2%,电流超调量σi %<5%,转速起动到额定转速时,超调量σn ed n %<10%,负载扰动恢复时间小于05.s ,电动机过载倍数λ=12.,电流反应系数A V 615.4=β。
《DSP原理及电机控制应用》课程设计-DSP直流电机调速课程设计
1、直流电机PWM调速原理介绍:调节PWM信号占空比。
可以调节直流电机速度(1)、直流电机调速原理:当改变励磁电流时,可以改变磁通量的大小,从而达到变磁通调速的目的。
但由于励磁线圈发热和电动机磁饱和的限制,电动机的励磁电流和磁通量只能在低于其额定值的范围内调节,故只能弱磁调速。
而对于调节电枢外加电阻R 时,会使机械特性变软,导致电机带负载能力减弱。
当改变电枢电压,理想空载转速随电枢电压升降而发生相应的升降变化。
不同电枢电压的机械特性曲线相互平行,说明硬度不随电枢电压的变化而改变,电机带负载能力恒定。
当我们平滑调节他励直流电机电枢两端电压时,可实现电机的无级调速。
(2 )、PWM基本原理:PWM是通过控制固定电压的直流电源开关频率,从而改变负载两端的电压,进而达到控制要求的一种电压调整方法。
PWM可以应用在许多方面,如电机调速、温度控制、压力控制等。
在PWM驱动控制的调整系统中,按一个固定的频率来接通和断开电源,并根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。
通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小,从而控制电动机的转速。
在脉冲作用下,当电机通电时,速度增加;电机断电时,速度逐渐减少。
只要按一定规律,改变通、断电的时间,即可让电机转速得到控制。
设电机始终接通电源时,电机转速最大为V ,当我们改变占空比D:t/T时,就可以得到不同的电机平均速度,从而达到调速的目的。
严格地讲,平均速度与占空比D并不是严格的线性关系,在一般的应用中,可以将其近似地看成线性关系。
(3)、实现方法:PWM信号的产生通常有两种方法:一种是软件的方法;另一种是硬件的方法。
硬件方法的实现已有很多文章介绍,这里不做赘述。
本文主要介绍利用单片机对PWM信号的软件实现方法。
2、电路的工作原理及主要芯片的性能:(1)电路的工作原理图为:(2)L298N 的工作原理:L298N 是SGS公司的产品,其内部包含4通道逻辑驱动电路,即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器,接收标准TTL逻辑电平信号,可驱动46V、2A 以下的电机口。
电机拖动课程设计直流电动机调速系统设计
直流电动机调速系统设计直流电动机直流电机是生产和使用直流电能的机电能量转换机械;直流电动机是将直流电能转换为机械能的旋转机械;它与交流电动机如三相异步电动机相比,虽然因结构比较复杂、生产成本较高、故障较多等,目前已不如交流电动机应用普遍,但由于它具有优良的调速性能和较大的启动转矩,得到广泛应用;本节仅就直流电动机的结构与工作原理、直流电动机的分类及在印刷设备中的应用、直流电动机的启动与调速做一简单介绍;下图为直流电动机的结构原理图,图中的N和S是一对固定不动的磁极,用以产生所需要的磁场;容量较大一些的电机,磁场都是由直流励磁电流通过绕在磁极铁心上的励磁绕组产生;为了清晰,图中只画出了磁极的铁心,没有画出励磁绕组;在N极和S极之间有一个可以绕轴旋转的绕组;直流电机这部分称为电枢,而实际电机的电枢绕组嵌在铁心槽内,电枢绕组的电流称为电枢电流;线圈两端分别与两个彼此绝缘而且与线圈同轴旋转的铜片连接,铜片上有各压着一个固定不动的电刷;在直流电动机中,为了产生方向始终如一的电磁转矩,外部电路中的直流电流必须改变成电机内部的交流电流,这一过程称为电流的换向;换向的铜片称为换向片;互相绝缘的换向片组合的总体称为换向器;图1:直流电动机原理图一、直流电动机的结构与工作原理直流电动机的结构直流电动机主要由磁极、电枢、换向器三部分组成;1磁极;磁极是电动机中产生磁场的装置,如图2所示;它分成极心1和极掌2两部分;极心上放置励磁绕组3,极掌的作用是使电动机空气隙中磁感应强度的分布最为合适,并用来挡住励磁绕组;磁极是用钢片叠成的,固定在机座4即电机外壳上,机座也是磁路的一部分;机座常用铸钢制成;图2直流电动机的磁极及磁路1-极心 2-极掌 3-励磁绕组 4-机座2电枢;电枢是电动机中产生感应电动势的部分;直流电动机的电枢是旋转的,电枢铁心呈圆柱状,由硅钢片组成,表面冲有槽,槽中放有电枢绕组;3换向器整流子;换向器是直流电动机的一种特殊装置,其外形如图3所示,主要由许多换向片组成,每两个相邻的换向片中间是绝缘片;在换向器的表面用弹簧压着固定的电刷,使转动的电枢绕组得以同外电路联结;换向器是直流电动机的结构特征,易于识别;图3:换向器1—换向片 2—连接部分图4 直流电机装配结构图图5 直流电机纵向剖视图1—换向器 2—电刷装置 3—机座 4—主磁极 5—换向极6—端盖 7—风扇 8—电枢绕组 9—电枢铁心直流电动机的工作原理U + -ABNSII FFCabd图6 直流电动机原理图图6是直流电动机的示意图;若在A、B之间外加一个直流电压,A接电源正极,B接负极,则线圈中有电流流过;当线圈处于图5所示位置时,有效边ab在N 极下,cd在s极上,两边中的电流方向为a→b,c→d;由安培定律可知,ab边和cd 边所受的电磁力为:F=BIL式中,I为导线中的电流,单位为安A;根据左手定则知,两个F的方向相反,如图6所示,形成电磁转矩,驱使线圈逆时针方向旋转;当线圈转过180°时,cd边处于N极下,ab边处于S极上;由于换向器的作用,使两有效边中电流的方向与原来相反,变为d→c、b→a,这就使得两极面下的有效边中电流的方向保持不变,因而其受力方向、电磁转矩方向都不变;由此可见,正是由于直流电动机采用了换向器结构,使电枢线圈中受到的电磁转矩保持不变,在这个电磁转矩作用下使电枢按逆时针方向旋转;这时电动机可作为原动机带动生产机械旋转,即由电动机向机械负载输出机械功率;在直流电动机中,除了必须给电枢绕组外接直流电源外,还要给励磁绕组通以直流电流用以建立磁场;电枢绕组和励磁绕组可以用两个电源单独供电,也可以由一个公共电源供电;按励磁方式的不同,直流电动机可以分为他励、并励、串励和复励等形式;由于励磁方式不同,它们的特性也不用;他励电动机的励磁绕组和电枢绕组分别由两个电源供电,如图7所示;他励电动机由于采用单独的励磁电源,设备较复杂;但这种电动机调速范围很宽,多用于主机拖动中;图7 他励电动机二、 他励直流电动机的调速与交流电动机相比,直流电动机具有较好的调速性能,它能在宽广的范围内平滑而经济的调速,因此多用于调速要求较高的场合;根据直流电动机调速公式n=ψ+-Ce Rpa Ra Ia U )(可见,当电枢电流不变时即负载不变,只要在电枢电压U 、电枢电路附加电阻和每极磁通ф三个参数中,任意改变一个,都能引起转速的变化;因此,他励直流电动机可以有三种调速方法;为了评价各种调速方法的优缺点,对对调速方法提出了一定的技术经济指标,通常称为调速指标;下面下面对调速指标做一简要说明;调速指标1调速范围调速范围是只指电动机在额定负载下调素时,其最高转速与最低转速之比,用D 表示,即 D=m in m axn n不同的生产机械对对调速范围的要求不同,如车床D=20~100,龙门刨床D=10~40,扎钢机D=~3等;电动机最高转速nmax 受电动机的换向及机械强度限制,最低转速相对稳定即静差率要求的限制;2静差率调速的相对稳定性静差率或转速变化率是指电动机在一条机械特性上额定负载时的转速降落△n 与该机械特性的理想空载转速n0之比,用表示,即σ=0n n∆=00n n n -式中,n 为额定负载转矩Tem=TL 时的转速图8从上式可以看出,在△n相同时,机械特性越“硬”,额定负载时转速降越小,静差率σ越小,转速的相对稳定性越好,负载波动时,转速变化也越小;图3-1中机械特性1比机械特性2“硬”;静差率除了与机械特性硬度有关外,还与理想空载转速n0成反比;对于同样“硬度”的特性,如图3-2中特性1和特性3,虽然转速将相同,但其静差率却不同;为了保证转速的相对稳定性,常要求静差率应不大于某一允许值允许值;图9调速范围D与静差率σ两项性能指标是相互制约的,当采用同一种方法调速时,静差率要求较低时,则可以得到较低的调速范围;反之,静差率要求较高时,则调速范围小;如果静差率要求一定时,采用不同的调速方法,其调速范围不同,如果改变电枢电压调速比电枢串电阻调速的调速范围大;调速范围与静差率是相互制约的,因此需要调速生产机械,必须同时给出静差率与调速范围这两项指标,以便选择适当的调速方法;3调速的平滑性调速的平滑性是指相邻两级转速的接近程度,用平滑系数ψ表示,即Ψ=1 i inn平滑系数Ψ越接近1,说明调速的平滑性越好;如果转速连续可调,其级数趋于无穷多,称为无级调速,Ψ=1,其平滑性最好;调速不连续,级数有限,称为有级调速;4调速的经济性经济性包含两方面的内容,一是指调速所需的设备和调速过程中的能量损耗,另一方面是指电动机调速时能否得到充分的利用;一台电动机当采用不同的调速方法时,电动机容许输出的功率和转矩随转速变化的规律是不同的,但电动机实际输出的功率和转矩是有负载需要所决定的,而不同的负载,其所需要的功率和转矩随转速的变化的规律也是不同的,因此在选择调速方法时,既要满足伏在要求,又要尽可能是电动机得到充分利用;经分析可知,电枢回路串电阻调速以及降低电枢电压调速适用于恒转矩负载的调速,而若此调速适用于恒功率负载的调速;电枢串电阻调速他励直流电动机拖动负载运行时,保持电源电压及励磁电流为额定值不变,在电枢回路中串入不同阻值的电阻,电动机将运行于不同的转速,如图3—3所示,图中的负载为恒转矩负载;从图10可以看到,当电枢回路串入电阻R时,电动机的机械特性的斜率将增大,电动机和负载的机械特性的交点将下移,即电动机稳定运行转速降低;nnT L T em a +R 1图10电枢串电阻调速机械特性如图10中传入的电阻2R >1R ,交点2A 的转速2n 低于交点1A 的转速1n ,它们都比原来没有外串电阻的交点A 的转速n 低;电枢回路串电阻调速方法的优点是设备简单,调节方便,缺点是调速范围小,电枢回路串入电阻后电动机的机械特性变“软”,使负载变动时电动机产生较大的转速变化,即转速稳定性差,而且调速效率较低改变电枢电源电压调速他励直流电动机的电枢回路不串接电阻,由一可调节的直流电源向电枢供电,最高电压不应超过额定电压;励磁绕组由另一电源供电,一般包保持励磁磁通为额定值;电枢电压不同时,电动机拖动负载将运行于不同的转速上从图11中可以看出,当电枢电源电压为额定值时,电动机和负载的机械特性的交点为A,转速为n ;电压降到1U 后,交点为1A ,转速为`1n ;电压为2U ,交点为2A ,转速为2n ;电压为3U ,交点为3A ,转速为3n ;电枢电源电压越低,转速也越低;同样,改变点数电源电压调速方法的范围也只能在额定转速与零转速之间调节;改变电枢电源电压调速时,电动机机械特性的“硬度”不变,因此,集市电动机在低速运行时,转速随附在变动而变化的幅度较小,即转速稳定性好;当电枢电源电压连续调节时,转速变化也是连续的,所以这种调速称为无级调速;n0nn nU1U23U NT L T em 图11改变电枢电源电压调速方法的有电视调速的平滑性好,即可实现无级调速,调速效率高,转速稳定性好,缺点是所需的可调电源设备投资较高;这种调速方法在直流电力拖动系统中被广泛使用;弱磁调速励直流电机电枢电流电压不变,电枢回路也不串接电阻,在电动机拖动负载转矩不很大小于额定转矩时,减少直流电动机的励磁磁通,可使电动机的转速提高;他励直流电动机带恒转矩负载时弱磁调速,如图12所示;从图12中可以看出,当励磁磁通为额定值ΦN时,电动机和负载的机械特性的交点为A,转速为n:励磁磁通减少为Φ2时,理想空载转速增大,同时机械特性斜率也变大,交点为A1,转速为n1;励磁电流减少为Φ1,交点为A2,转速为n2;弱磁调速的范围是在额定转速与电动机的所允许最高转速之间进行调节,至于电动机所允许最高转速值是受换向与机械强度所限制,一般约为1.2m左右,特殊设计的调速电动机,可达3 nN或更高;弱磁调速的优点是设备简单,调节方便,运行效率也较高,适用于恒功率负载,缺点是励磁过弱时,机械特性的斜率大,转速稳定性差,拖动恒转矩负载时,可能会使电枢电流过大;在实际的电力拖动系统中可以将几种调速方法结合起来,这样,可以得到较宽的调速范围,电动机可以在调速范围之内任何转速上运行,而且调速时的损耗较小,运行效率较高,能很好的满足各种生产机械对调速的要求;n o2n o1n oT L T em图12弱磁调速机械特性三、课程设计内容第四章课程设计内容一台他励直流电动机,参数如下:P N=6KWU aN=200VI aN=42An N=1500r/minR L=Ω1. 用其拖动通风机负载运行,若采用电枢串电阻调速时,要使转速降至200r/min,试设计电枢电路中的调速电阻;2. 用其拖动恒转矩负载运行,负载转矩等于电动机的额定转矩,采用改变电枢电压调速时,要使转速降至1000r/min,试设计电枢电压值;3. 用其拖动恒功率负载运行,采用改变励磁电流调速,要使转速增至1800r/min,试设计CeΦ的值;内容解析:1.采用电枢串电阻调速:电动机的电枢电阻Ra=U aN - P N I aN/ I aN =200-6000/42/42Ω=Ω在额定状态运行时E= U aN -R a I aN =×42V=CeΦ=E/ n N =1500=C TΦ=60CeΦ/2π=60/2××=T N=60 P N /2πn N =60/2××6000/=. m由于通风机负载的转矩与转速的平方成反比,故n=1200r/min时的转矩为T=n/ n N2T N=1200/1500 2×n0= U aN/ CeΦ=200/min=2100r/min∆n= n0-n=2100-1500r/min =600r/min由于∆n= Ra +RrT/ C T CeΦ2由此求得Rr=∆n CT CeΦ2/T- Ra =600××采用电枢电压调速:由上题求得:Ra=ΩCeΦ=C TΦ=T N =电枢电压减小后∆n=Ra T N / C T CeΦ2=××r/min=minn0=n+∆n=1000+r/min=min由此求得Ua= CeΦn0=×=3.采用改变励磁电流调速由上求得R a=ΩT N=由于恒功率负载的转矩与转速成正比关系,故忽略空载转矩时,调速后的电磁转矩为T= n N T N /n=1500×= 1800=200/ CeΦ×C T CeΦ2得CeΦ=或结论三种调速方法各有优缺点,改变电枢电阻调速的缺点较多,所以只适用于调速范围不大,调速时间不长的小容量电动机中;改变电枢电压调速是一种性能优越的调速方法,被广泛应用于对调速性能要求较高的电力拖动系统中;改变励磁电流调速通常与改变电枢电压同时应用于对调速要求很高的电力拖动系统中,来扩大调速范围和实现双向调速;对容量较大的直流电动机,通常采用降电压起动;即由单独的可调压直流电源对电机电枢供电,控制电源电压既可使电机平滑起动,又能实现调速;此种方法电源设备比较复杂;本设计采用增加电枢电阻启动非常简单,设备轻便,广泛应用于各种中小型直流电动机中;设计体会经过一周的奋战,课程设计完成了,在没有做课程设计之前觉得课程设计只是对这个学科所学知识的总结,但通过这次课程设计发现自己的看法片面;课程设计不仅是对所学知识的一种检验,而且也是对自己能力的提高;通过课程设计,让我更加明白学习是一个长期的积累过程,经后的工作、生活中应该不段的学习,努力提高知识和综合能力;设计过程中,我查阅了大量的有关资料,并与同学交流,学到了不少知识,也经历了不少艰辛,但收获还是很多的;在设计中培养了我独立工作的能力,树立了对自己工作能力的信心;让我充分体会到在创造过程中探索的艰辛和成功的喜悦;经过对这些资料的整理、理解和消化,使我对直流电机的调速尤其是对他励直流电动机的串电阻调速有了更深一层的理解;这次课程设计也许会又很多不足的地方,希望老师多多批评,我也会在以后的日子里不断学习提高自己动手的能力,使以后的设计会更好,也使自己得到更全面的提高参考文献1.唐介. 电机与拖动. 北京:高等教育出版社.2.唐介. 控制微电机. 北京:高等教育出版社.3.周绍英.电机与拖动.中国广播电视大学出版社1995年出版4.李海发. 电机学.科学出版社2001年出版5.刘起新. 电机与拖动基础. 中国电力出版社2005年出版。
电机与拖动课程设计 他励直流电动机的回馈制动讲解
第一章直流电动机工作原理图1-1直流电动机工作原理示意图图1.1是一台直流电机的最简单模型。
N和S是一对固定的磁极,可以是电磁铁,也可以是永久磁铁。
磁极之间有一个可以转动的铁质圆柱体,称为电枢铁心。
铁心表面固定一个用绝缘导体构成的电枢线圈abcd,线圈的两端分别接到相互绝缘的两个半圆形铜片(换向片)上,它们的组合在一起称为换向器,在每个半圆铜片上又分别放置一个固定不动而与之滑动接触的电刷A和B,线圈abcd通过换向器和电刷接通外电路。
将外部直流电源加于电刷A(正极)和B(负极)上,则线圈abcd中流过电流,在导体ab 中,电流由a指向b,在导体cd中,电流由c指向d。
导体ab和cd分别处于N、S极磁场中,受到电磁力的作用。
用左手定则可知导体ab和cd均受到电磁力的作用,且形成的转矩逆时针方向旋转,如图1-1(a)所示。
当电枢旋转180°,导体cd转到N极下,ab转到S极下,如图1-1(b)所示,由于电流仍从电刷A流入,使cd中的电流变为由d流向c,而ab中的电流由b流向a,从电刷B流出,用左手定则判别可知,电磁转矩的方向仍是逆时针方同。
由此可见,加于直流电动机的直流电源,借助于换向器和电刷的作用,使直流电动机电枢线圈中流过的电流,方向是交变的,从而使电枢产生的电磁转矩的方向恒定不变,确保直流电动机朝确定的方向连续旋转。
这就是直流电动机的基本工作原理。
第二章直流电动机的分类根据励磁方式的不同,直流电机可以分为他励、并励、串励和复励四种。
图2-1直流电动机按励磁方式的分类第三章 他励直流电动机的机械特性在他励电动机中,Ua ,Ra ,If 保持不变时,电动机的转速n 与电磁转矩T 之间的关系称为他励电动机的机械特性。
根据公式:a I C T T Φ=n Φ=E C Ea a a R I E U +=可得,他励电动机的转速与转矩之间有如下关系:T T C C R C U C R I C U C R I U C E T E E E E E E β-=Φ-Φ=Φ-Φ=Φ-=Φ=02a a a a a a a a n n 当Φ、、a a R U 为常数时,()T f n =为一条向下倾斜的直线,如图3所示:图3-0 他励直流电动机的固有特性其中: Φ=E C U a 0n 称为理想空载转速; 2a Φ=T E C C R β 称为机械特性的斜率,大小反映软特性与硬特性; T C C R T n T E Φ==∆a β 称为负载时的转速降。
自动控制原理课程设计--晶闸管-直流电机调速系统
自动控制原理课程设计--晶闸管-直流电机调速系统目录第一章设计内容及要求.....................错误!未定义书签。
第二章设计过程. (33)第三章系统仿真模型的建立 (108)第四章总结与体会························错误!未定义书签。
11参考文献 ······································错误!未定义书签。
2设计任务及设计过程(一)设计任务晶闸管-直流电机调速系统如图所示(ksm10)1、画出未校正系统的根轨迹图,分析系统是否稳定。
2、对系统进行串联校正,要求校正后的系统满足指标:(1)相角稳定裕度Pm>40º, 幅值稳定裕度Gm>13。
(2)在阶跃信号作用下,系统超调量Mp<25%,调节时间Ts<0.15秒。
3、分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图。
4、给出校正装置的传递函数。
5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图,并进行分析。
6、分别画出系统校正前、后的的根轨迹图。
7、在SIMULINK中建立系统的仿真模型,在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非线性环节,观察分析非线性环节对系统性能的影响。
电力电子课程设计直流电机调速
电力电子课程设计直流电机调速电力电子是电气工程的一个分支,它研究电力与电子技术的交叉应用。
在电力电子课程中,直流电机调速是一个重要且基础的实验。
通过直流电机调速实验的学习,可以帮助学生了解电机调速的基本原理,掌握电力电子器件的使用和控制方法,加深学生对电力电子课程的理解,提高学生的实践能力。
一、直流电机调速原理直流电机调速实验是电力电子课程中的重要实验之一。
直流电机调速的主要原理是改变电枢电流和磁极间距离来改变电机的运行速度。
电机的线圈通过与电池连接的电路获得电流,并在磁极间产生磁场。
这个磁场会与固定于电机轴上的磁场相互作用。
当电机转动时,电机会从电池中吸入电流。
二、直流电机调速实验的步骤1.设计电路:在直流电机调速实验中,需要设计一个电路,该电路包括一个变速器、一个电源、一个直流电机和一个电流检测器。
2.搭建电路:根据实验设计,搭建相应的电路。
3.测试:在电路正常工作的条件下,使用电流检测器测试电流大小并记录下来。
4.调整电流:根据电流大小调整修改电路,使得直流电机能够以适当的速度转动。
5.分析实验结果:对实验结果进行分析,并根据实验结果调整实验设计并优化电路。
三、直流电机调速实验的流程1. 设计实验电路:根据直流电机调速原理设计一个电路,并搭建实验用具。
2. 设置电路参数:设置电路参数,如电源电压、电路元件参数等。
3. 开始实验:开启电开关,使电流流入直流电机。
4. 测量电流大小:测量电当前值的大小,并记录下来。
5. 调整电路:根据电流大小调整修改电路改变电机转速。
6. 分析实验数据:对实验结果进行分析,并根据实验结果调整实验设计并优化电路。
7. 结束实验:关闭电开关,结束实验。
四、直流电机调速实验的意义直流电机调速实验是电力电子课程的重要实验之一。
通过这个实验,可以帮助学生掌握电机的调速原理,并且深入了解电力电子器件的特性和使用方法。
通过实验的分析和调试,可以帮助学生培养实际操作的技能和掌握实验分析和处理数据的能力。
永磁直流伺服电机课程设计
永磁直流伺服电机课程设计一、课程目标知识目标:1. 让学生掌握永磁直流伺服电机的基本结构、工作原理及其在自动化控制系统中的应用。
2. 让学生理解并掌握电机参数的计算方法,如转速、转矩、效率等。
3. 让学生了解电机控制系统的基本组成,掌握常用控制策略及其优缺点。
技能目标:1. 培养学生运用电机参数计算方法,解决实际工程问题的能力。
2. 培养学生运用所学知识,分析并解决永磁直流伺服电机控制系统的故障和优化问题。
3. 提高学生动手实践能力,学会使用相关仪器设备进行电机调试和性能测试。
情感态度价值观目标:1. 激发学生对电机及自动化控制技术的兴趣,培养其探索精神和创新意识。
2. 培养学生具备良好的团队合作精神和沟通能力,增强解决实际问题的自信心。
3. 增强学生对我国电机产业的认知,提高其社会责任感和民族自豪感。
课程性质:本课程为实践性较强的专业课程,结合理论知识与实践操作,培养学生的实际工程能力。
学生特点:高二年级学生,具备一定的物理和数学基础,对电机和控制技术有一定了解,但缺乏实际操作经验。
教学要求:注重理论联系实际,充分运用现代教学方法,激发学生的学习兴趣,提高学生的动手实践能力。
将课程目标分解为具体的学习成果,便于教学设计和评估。
二、教学内容1. 永磁直流伺服电机的基本结构和工作原理,包括电机组成、永磁材料特性、电磁转矩产生机理等。
- 教材章节:第二章“永磁直流电机原理”2. 电机参数计算方法,涉及转速、转矩、效率、电流等关键参数的计算。
- 教材章节:第三章“电机参数计算”3. 电机控制系统组成,介绍控制器、驱动器、传感器等组件及其作用。
- 教材章节:第四章“电机控制系统”4. 常用控制策略,包括PID控制、矢量控制、自适应控制等,分析各自优缺点。
- 教材章节:第五章“电机控制策略”5. 电机调试与性能测试方法,涵盖调试步骤、性能指标及测试设备的使用。
- 教材章节:第六章“电机调试与性能测试”6. 故障分析与优化,探讨常见故障原因、诊断方法及系统优化方案。
课程设计---直流电动机测速系统设计
专业课程设计题目三直流电动机测速系统设计院系:专业班级:小组成员:指导教师:日期:前言1.题目要求设计题目:直流电动机测速系统设计描述:利用单片机设计直流电机测速系统具体要求: 8051 单片机作为主控制器、利用红外光传感器设计转速测量、检测直流电机速度,并显示。
元件: STC89C52、晶振(12MHz)、小按键、 ST151、数码管以及电阻电容等2.组内分工(1)负责软件及仿真调试:主要由完成(2)负责电路焊接:主要由完成(3)撰写报告:主要由完成3.总体设计方案总体设计方案的硬件部分详细框图如图一所示 :数码管显示按键控制单片机 PWM 电机驱动一、转速测量方法转速是指作圆周运动的物体在单位时间内所转过的圈数,其大小及变化往往意味着机器设备运转的正常与否,因此,转速测量一直是工业领域的一个重要问题。
按照不同的理论方法,先后产生过模拟测速法 (如离心式转速表) 、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪) 以及计数测速法。
计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。
本文介绍的采用单片机和光电传感器组成的高精度转速测量系统,其转速测量方法采用的就是电子式定时计数法。
对转速的测量实际上是对转子旋转引起的周期脉冲信号的频率进行测量。
在频率的工程测量中,电子式定时计数测量频率的方法一般有三种:①测频率法:在一定时间间隔t 内,计数被测信号的重复变化次数N ,则被测信号的频率fx 可表示为f x =Nt(1)②测周期法:在被测信号的一个周期内,计数时钟脉冲数m0 ,则被测信号频率fx = fc/ m0 ,其中, fc 为时钟脉冲信号频率。
③多周期测频法:在被测信号m1 个周期内, 计数时钟脉冲数m2 ,从而得到被测信号频率fx ,则fx 可以表示为fx =m1 fcm2, m1 由测量准确度确定。
电子式定时计数法测量频率时, 其测量准确度主要由两项误差来决定: 一项是时基误差 ; 另一项是量化± 1 误差。
电机综合课课程设计
电机综合课课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握电机的基本原理、结构和工作特点,学会电机故障的诊断和维修方法,提高学生的实践操作能力。
具体分为以下三个维度:1.知识目标:学生能熟练掌握电机的基本原理、结构、分类和性能,了解电机的发展趋势。
2.技能目标:学生能运用所学知识对电机进行故障诊断和维修,具备较强的动手操作能力。
3.情感态度价值观目标:培养学生对电机行业的兴趣,增强学生的创新意识和团队合作精神。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括电机的基本原理、结构、分类、性能、故障诊断和维修方法。
具体安排如下:1.第一章:电机概述,介绍电机的发展历程、分类和性能。
2.第二章:直流电机,讲解直流电机的工作原理、结构特点和维护方法。
3.第三章:交流电机,阐述交流电机的工作原理、结构特点和维护方法。
4.第四章:电机故障诊断与维修,教授电机故障的诊断方法、维修技巧和注意事项。
5.第五章:电机在工业中的应用,介绍电机在各个行业中的应用案例。
三、教学方法为实现教学目标,本课程将采用多种教学方法,如讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。
具体运用如下:1.讲授法:用于传授电机的基本原理、结构和性能等理论知识。
2.讨论法:引导学生针对电机故障诊断和维修案例进行讨论,提高学生的分析问题能力。
3.案例分析法:通过分析实际案例,使学生掌握电机故障诊断和维修的方法。
4.实验法:让学生亲自动手进行电机实验,增强学生的实践操作能力。
四、教学资源为确保教学质量,本课程将准备以下教学资源:1.教材:选用权威、实用的电机教材,为学生提供系统、全面的知识体系。
2.参考书:提供相关领域的参考书籍,丰富学生的知识视野。
3.多媒体资料:制作精美的PPT、教学视频等,提高学生的学习兴趣。
4.实验设备:准备充足的实验设备,确保每个学生都能动手实践。
5.在线资源:利用网络资源,为学生提供更多的学习资料和实践案例。
五、教学评估本课程的评估方式包括平时表现、作业、考试等,以全面客观地评价学生的学习成果。
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测控系统课程设计课题直流电机控制系统设计班级:测控姓名:学号:指导教师:电子与电气工程学院2010年12月直流电机控制系统设计1系统论述1.1 设计思路本次直流电机控制系统的设计主要功能是实现电机的正转和反转。
为实现系统的微机控制,在设计中,采用了AT89C51单片机作为整个控制系统的控制电路的核心部分,配以各种模块,实现对电动机控制。
1.2总体设计框图系统组成:直流电机控制方案如图1.1所示:方案说明:直流电机控制系统以AT89C51单片机为控制核心,单片机在程序控制下,采用桥式驱动完成电机正,反转控制。
图 1.1 直流电机控制方案2直流电机单元电路设计与分析2.1桥式驱动直流电机方向模块主要由一些达林顿晶体管、直流电机和二极管以及电阻等组成。
现在介绍下直流电机的运行原理2.1.1 直流电机类型直流电机可按其结构、工作原理和用途等进行分类,其中根据直流电机的用途可分为以下几种:直流发电机(将机械能转化为直流电能)、直流电动机(将直流电能转化为机械能)、直流测速发电机(将机械信号转换为电信号)、直流伺服电动机(将控制信号转换为机械信号)。
下面以直流电动机作为研究对象。
2.1.2 直流电机结构直流电机由定子和转子两部分组成。
在定子上装有磁极(电磁式直流电机磁极由绕在定子上的磁绕提供),其转子由硅钢片叠压而成,转子外圆有槽,槽内嵌有电枢绕组,绕组通过换向器和电刷引出,直流电机结构如图2.1所示。
图2.1 直流电动机结构2.1.3 直流电机工作原理直流电机电路模型如图2.2所示,磁极N 、S 间装着一个可以转动的铁磁圆柱体,圆柱体的表面上固定着一个线圈abcd 。
当线圈中流过电流时,线圈受到电磁力作用,从而产生旋转。
根据左手定则可知,当流过线圈中电流改变方向时,线圈的受方向也将改变,因此通过改变线圈电路的方向实现改变电机的方向。
图2.2 直流电动机电路模型2.1.4 直流电机主要技术参数+A B -a cd NS图1.1 直流电机工作直流电机的主要额定值有:额定功率Pn :在额定电流和电压下,电机的负载能力。
额定电压Ue :长期运行的最高电压。
额定电流Ie :长期运行的最大电流。
额定转速n :单位时间内的电机转动快慢。
以r/min 为单位。
励磁电流If :施加到电极线圈上的电流。
2.1.5 直流电机PWM 调速原理(1)直流电机转速直流电机的数学模型可用图2.3表示,由图可见电机的电枢电动势Ea 的正方向与电枢电流Ia 的方向相反,Ea 为反电动势;电磁转矩T 的正方向与转速n的方向相同,是拖动转矩;轴上的机械负载转矩T2及空载转矩T0均与n 相反,是制动转矩。
图2.3 直流电机的数学模型 根据基尔霍夫第二定律,得到电枢电压电动势平衡方程式1.1:U=Ea-Ia (Ra+Rc )……………………………………………式1.1式1.1中,Ra 为电枢回路电阻,电枢回路串联保绕阻与电刷接触电阻的总和;Rc 是外接在电枢回路中的调节电阻。
由此可得到直流电机的转速公式为:n =Ua-IR/Ce Φ ……………………………………………式1.2式1.2中,Ce 为电动势常数,Φ是磁通量。
由1.1式和1.2式得n =Ea/Ce Φ ………………………………………………式1.3由式1.3中可以看出,对于一个已经制造好的电机,当励磁电压和负载转矩说明: U ………………> 电压 Ea ……… >电枢电动势 n …………………>转速 I ………………>电枢电流 r a ……… >电枢回路电阻 Rc ……… >外在电枢电阻 T1,T2………>负载转矩 T0………… > 空载转矩Φ………………> 磁通量恒定时,它的转速由回在电枢两端的电压Ea 决定,电枢电压越高,电机转速就越快,电枢电压降低到0V 时,电机就停止转动;改变电枢电压的极性,电机就反转。
(2)PWM 电机调速原理对于直流电机来说,如果加在电枢两端的电压为2.3所示的脉动电流压(要求脉动电压的周期远小于电机的惯性常数),可以看出,在T 不变的情况下,改变T1和T2宽度,得到的电压将发生变化,下面对这一变化进一步推导。
图2.3 施加在电枢两端的脉动电压 设电机接全电压U 时,其转速最大为Vmax 。
若施加到电枢两端的脉动电压占空比为D=t1/T ,则电枢的平均电压为:U 平=U·D ……………………………………………式1.4 由式1.3得到:n =Ea/Ce Φ≈U·D/ Ce Φ=KD ;在假设电枢内阻转小的情况下式中K= U/ Ce Φ,是常数。
图2.4为施加不同占空比时实测的数据绘制所得占空比与转速的关系图。
图2.4 占空比与电机转速的关系由图看出转速与占空比D 并不是完全速的线性关系(图中实线),原因是电枢本身有电阻,不过一般直流电机的内阻较小,可以近视为线性关系。
3、直流电机的驱动方式最大值Vmax 平均值Vd最小值Vmint1t2T图1.3 PWM调速原理图3.1 直流马达的驱动方式解释直流马达的驱动方式,就是把直流电源加到直流马达上,使之旋转。
3.2 直流马达驱动方式分类3.2.1用继电器驱动直流马达如图所示,将微控制器信号连接到晶体管,以控制继电器。
当微控制器送出一个高电平信号,即可产生ib,ic,继电器激磁,而继电器的a-c接点将接通,即可提供直流马达电源,使之旋转。
其中Vcc不一定是5V电源,而是根据继电器及直流马达的规格,取用适当的电压。
一般来说,电功率P=V*G,V越大功率越大;即便是相同的功率,V越大i越小,损失越小。
图3.1 用继电器开关直流马达3.2.2 以晶体管驱动直流马达1、达林顿晶体管的简介达林顿管(Darlington Transistor)又称复合管。
它采用复合连接方式,将二只三极管适当的连接在一起,以组成一只等效的新的三极管, 极性只认前面的三极管。
本设计采用互补达林顿功率晶体管-TIP14x系列,这一系列包括三组配对,分别是TIP-140(NPN)与TIP-145(PNP)、TIP-141(NPN)与TIP-146(PNP)、TIP-142(NPN)与TIP-147(PNP),其常见规格如表3-1所示。
表3-1TIP14x系列的内部电路结构如图14-13所示。
图3.2 TIP14x系列的内部电路结构其中R1约为8K,R2约为40欧。
而其包装采用扁平的TO-218包装,也提供SOT-93的表面贴式包装,其外观、引脚配置与尺寸如图3-3所示。
图3-3 TIP14x系列的外观、引脚配置与尺寸2、以晶体管驱动直流马达将微控制器信号连接到达林顿晶体管,直接提供直流马达的电源,使之旋转。
其中的二极管的功能是为了保护达林顿晶体管,VCC也不一定是5V电源,可根据直流马达的规格,取用较高的电压。
而此电路不但可以控制直流马达的开或关,还可以控制其功率的大小,以达到转速控制的目的。
图3-4 以达林顿晶体管驱动直流马达3.3 控制直流马达方向3.3.1 以继电器控制直流马达方向图3-5 以达林顿晶体管与继电器控制直流马达如图3-5所示,微控制器信号连接到达林顿晶体管与继电器,其中的继电器室2P继电器,同时提供两组c接点,由微控制器信号连接到“方向”的引脚,即可驱动Q1晶体管,以控制继电器。
当“方向”引脚上有高电平信号时,继电器激磁,两组c-a接点接通,而直流马达上方连接到Q2、Q3所组成的达林顿晶体管,所以此时直流马达上方连接到正电源,另外,直流马达下方通过另一组c-a接点接地。
若方向引脚上有低电平信号时,继电器消磁,两组c-b接点接通,直流马达上方通过c-b接点接地;而直流马达下方通过另一组c-b接点连接到Q2、Q3所组成的达林顿晶体管,所以此时直流下方连接正电源。
若直流马达上方接电源,下方接地,将其顺时针旋转,此时,如果颠倒其接线,直流马达上方接地、下方接电源,将其逆时针旋转。
另外,我们也可以通过“开或关”引脚决定该马达是否旋转。
即我们不但可以控制直流马达的开与关,也可以控制其转向。
3.3.1 以晶体管控制直流马达方向图3-6 桥式驱动直流马达如图所示,Q1、Q2是一组PNP型达林顿晶体管,Q3、Q4是一组NPN型达林顿晶体管,Q5、Q6是一组PNP型达林顿晶体管,Q7、Q8是一组NPN型达林顿晶体管,不管是NPN型林达顿晶体管还是PNP型林达顿晶体管,都可以找到现成、配对的商品,而且不贵!若使用现成的林达顿晶体管,电路就非常简单,而且可靠!电路的左右对称,动作也类似。
不管是左边的电路还是右边的电路,当微控制器送一个高电平信号到input1或input2端时,上方的PNP达林顿晶体管截止,而上方的NPN型达林顿晶体管导通,当微控制器送一个低电平信号到input1端时,上方的PNP达林顿晶体管导通,而上方的NPN达林顿晶体管截止。
若送一个高电平信号到input1端,同时送一个低电平信号到input2端时,则电流由右而左流过此马达,如图所示。
图3-7 电流由直流马达右端流入,左端流出反之,若送一个低电平信号到input1端,同时送一个高电平信号到input2端时,则电流由左而右流过此马达,如图所示。
图3-8电流由直流马达左端流入,右端流出若直流马达上方接电源,下方接地,将使其顺时针旋转;此时,如果颠倒其接线,直流马达上方接地,下方接电源,将使其逆时针旋转。
经过这两个方案的比较,由于方案二的性能好,可靠性高,故而选择方案二。
因此,根据原理,选择以下元器件:PNP型达林顿晶体管4个;NPN型达林顿晶体管4个;330欧姆电阻4个,二极管4个;直流电机1个;10K电阻3个;电解电容10uF1个;30PF电容2个;晶振12MHz1个;按钮开关2个。
4.程序设计流程图开始声明变量与函数,关闭马达5.总电路图6.程序设计#include <reg51.h>Sbit motor1=P1^0; //声明直流马达位置Sbit motor2=P1^1; //声明直流马达位置Sbit PB0=P2^0; //声明按钮开关位置Sbit PB1=P2^0; //声明按钮开关位置Void delay1ms(int); //声明延迟函数//=================================================================== Main(){ motor1=0; //关闭直流马达Motor2=0; //关闭直流马达PB0=1; //设定PB0PB1=1; //设定PB1While(1) //无穷循环{ if(PB0==0 & PB1==1) //若按下PB0、且未按下PB1{motor1=0; //设定直流马达转向Motor2=1; //开启直流马达转向Delay1ms(500); //旋转0.5sMotor2=0; //关闭直流马达if(PB0==1 & PB1==0) //若按下PB1、且未按下PB0{motor1=1; //设定直流马达转向Motor2=0; //开启直流马达转向Delay1ms(500); //旋转0.5sMotor1=0; //关闭直流马达} } //结束//================================================================ Void delay1ms(int x){ int i,j;For(i=0;i<x;i++) //外循环For(j=0;j<120;j++) //内循环} //延迟函数结束7.结束语经历了这次课程设计,我发现了自己的很多不足,自己知识的不怎么牢固,看到了自己的实践经验更是比较缺乏,理论联系实际的能力还急需提高。