中南大学功率电子技术实验报告

功率电子学

实验报告

学院：物理与电子学院班级：电信1105班

姓名：

学号：

功率电子学实验

实验一两相步进电机驱动电路及其单片机控制

实验二晶闸管交流调压电路

实验三LM2577升压式DC-DC变换电路5V

实验四集成功率放大器TDA2030制作的立体声功率放大电路

实验内容:

依次做以上四个实验,理解实验的实现功能.

实验步骤:

1、修改步进电机的驱动程序,快转,慢转,正转,反转,细分转动等.

2、用LM317制作可调式直流电源,要求能在3V-36V之间可调.

3、将二节5号电池(带开关)焊在DC-DC板的IN端,调节板上的可调电阻,记下电阻阻值与输出电压之间的关系,特别注意输出为5V 和13V时的电阻阻值.

4、将60V交流变压器的输出端接一个整流桥后,接到可控硅调压器的输入端,调节可调电阻,量出输出电压的大小,绘出电阻阻值与电压之间的关系曲线.

5、将DC-DC板的电压调至5V.输出端作为单片机版的电压接入.

6、将DC-DC板的电压调至13V,输出端作为TDA2030 功率放大器电路的电源接入,联接好功率放大版的音源(可用MP3或手机),小音箱,开启电源,调节功率版上可调电阻,定性检查音量与电阻阻值之间的关系.

实验中遇到的问题和解决方案:

在这次实验中,我由于没有按实验要求一步一步的完成实验,在测量DC-DC板的电压时,没有将其调至13V,后来将输出端作为TDA2030功率放大器的电源接入联接好功率放大版的小音箱,但是接了一会就爆了.让自己和同学都吓了一跳,所以我以后再做实验的时候一定要注意实验的每一个步骤,因为每一个步骤都是极其有效果的,也是为了确保实验的安全顺利.做实验的时候遇到了很多的问题,比如电池没电,连接好电池后,我测量电压总是达不到要求的5V,然后测量每一个电池后发现有一个电池没有电了.换了电池后电压达到了5V.

实验一

两相步进电机驱动电路及其单片机控制

一、实验目的 1.了解两相混合式步进电机结构

2.了解两相混合式步进电机工作原理

3.了解两相混合式步进电机驱动技术

4.了解两相混合式步进电机的主要特性和技术指标

5.掌握如何运用单片机控制两相步进电动机的运作的工作原理 二、 实验原理

定子上有四个绕有线圈的磁极（齿），相对磁极的线圈串联 组成两相绕组。 由于同一相绕组两个线圈绕线的方向相反，通过同一电流时所 产 生的磁场方向也相反。电流从相反方向流过同一相绕组产生的磁场方向也相反。转子由两段永磁体组成，一段呈N 极性，一段呈S 极性。每段永磁体有3个齿，齿距为120度，N 极齿和S 极齿彼此 错开1/2齿距。

在绕组不通电时，由于磁通总是沿磁阻最小的路径通过， 磁通从N 极性转子经定子极回到S 极性转子。由于转子磁场的吸引作用，当外力力图使轴转动时，会有一个反向力矩阻止这种转动，称为自锁（detent)力矩。 1）单四拍工作状态

初始状态，A 相通电产生保持力矩；B 相通电，定子磁场旋转90度，吸引转子旋转1/4齿距（30度）；/A 相通电、 /B 相、 A 相通电定子磁场各旋转90度，各吸引转子旋转1/4齿距（30度）；4步一个循环后共转过一个齿距120度，12步后转子旋转一周。每一次仅一相绕组通电，四拍一个循环，称之为单四拍工作状态

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A B B

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i 图6-6

A B A B

→→→

2）微步距工作方式

在双四拍工作方式中，当两相绕组通以相等的电流时，电机转子停在一个中间的位置。如果两相绕组电流不等，转子位置将朝电流大的定子极方向偏移。利用这个现象我们可使电机工作在微步距方式：将两相绕组中的电流分别按正弦和余弦的轮廓呈阶梯式变化。则每个整步距就分成了若干微步距。微步距方式的步距角更小，将使电机运行更加平稳。

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。

一般称单四拍和双四拍工作方式为整步距方式；单、双八拍工作方式为半步

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距方式。步进电机中定子磁场和转子磁场的相互作用产生转矩：定子磁势IW（安匝），I为相电流，W为绕组匝数。转子磁势是由转子磁钢产生的，它是一个常数。所以当定子线圈匝数、转子磁钢磁性能及定、转子铁心材料、尺寸已确定的情况下，电机产生的力矩由定子绕组电流决定。

3）位置、速度和力矩控制

无论电机工作在整步距、半步距还是微步距，驱动器每输入一个脉冲，电机运行一个步距角。实现位置控制。当驱动器输入脉冲频率改变时，换相节拍的速度改变，定子磁场旋转速度改变，实现速度控制。步进电机的输出力矩取决于相电流，而相电流仅由驱动器内部的Vg控制，一般驱动器中这个值都是固定的，因此步进电机一般不能实现力矩控制。

关于步进电机位置误差的结论

在静态情况即电机运动终止时，若电机轴上存在着摩擦转矩或非平衡转矩，为了产生电磁力矩以平衡这些外力矩，系统必然存在着静态位置误差。

误差的大小取决于负载力矩和电机本身的静态刚度。同一台电机负载转矩越大则误差越大。在相同负载的情况下，电机的静态刚度越大误差越小。

最大的位置误差为一整步矩角（对两相混合式步进电来说为 1.8°）。如果负载转矩过大使误差超过一个整步距角，则电机将产生“失步”——这是非正常的运行状态。误差是由步进电机系统的开环结构所决定的

步进电机特点

低成本；坚固，高可靠；无刷，免维护；控制简单，开环，无须参数设计及调整，不存在稳定性问题。速度取决于脉冲信号的频率，位移量取决于脉冲数；固有的刚性，已知的静态位置误差；固有的失效安全性（无反馈，脉冲方式）；接线少；高速工作时，电机的输出转矩明显下降，不适于高速运行；低速运动不平滑，不适于低速平滑运行；存在谐振现象；效率低，电机表面温度较高。噪声较大。

三、实验步骤

将DC-CD板的电压调至5v,输出端作为单片机板的电源接入，同时连接好步进电机的驱动板和步进电机，开动步进电机。

修改步进电机的驱动程序，让其快转，慢转，正转，反转，细分转动等。

不进电动机程序：