中国石油大学电气工程及其自动化专业综合实践报告

电气工程及其自动化专业综合实践报告

学生姓名：

同组者：

学号： 12053

目录

一、综合实践目的 ....................................................................- 1 -

二、部分电路组成以及原理分析 ...............................................- 1 -

1、电机软启动基本原理 (1)

2、软启动装置组成 (2)

三、各电路调试过程及问题解决 .............................................. - 5 -

1、调试过程及遇到问题解决 (5)

2、指导书思考题解答 (8)

四、测试结果及波形分析总结................................................. - 12 -

1、电源以及测试脉冲输出波形 (12)

2、驱动电路脉冲输出 (13)

3、控制电路部分输出 (14)

4、2864在不同工作模式下的触发角（选取部分角度图像） . -16-

5、错相封锁波形 (25)

6、带载（灯箱）的不同工作模式下相电压波形变化情况 (27)

五、课程设计总结 ................................................................. - 28 -

一、综合实践目的

本专业综合实践的意义：本专业涉及多门学科，包括电机拖动、电力工程、电子技术、自动

控制、计算机控制，多学科渗透，强弱电结合，特别是对动手能力要求较高，但从前几届的

毕业设计和毕业生的实际工作能力看，往往实际动手能力较弱，对动手能力训练不够。包含以下训练内容：

1.各部分原理分析；

2.焊接、组装（控制、驱动、电源）；

3.各部分电路分别调试及系统联调；

4.多种仪器设备的使用与电路波形测试

二、部分电路组成以及原理分析

1、电机软启动基本原理

（1）实质：降压启动。降压起动的目的：降低起动电流Ist。机械特性如图1所示：

如图1降压启动机械特性

交流电机轻载降压运行，可以提高电机效率，避免“大马拉小车”，节约电能。功率-效率关系如图2所示。

图2 功率-效率关系图

（2）基于晶闸管的相控调压

如图3：普通晶闸管：两个普通晶闸管反并联，输入两路脉冲。

双向晶闸管：两个主电极T1、T2，一个门极G。通常在G-T2之间加入触发脉冲，使其导通。

图3 普通晶闸管和双向晶闸管

软起动过程，如图4：

电机刚起动时较大。逐渐减小，转速接近稳态时=0。的调压可控范围：~180。

图4软启动晶闸管触发角

2、软启动装置组成

共包含4各部分电源板，控制板，驱动板，主电路板。部分重要电路具体原理如下：

（1）数字存储技术

采用芯片AT28C64事先写入程序，低8位A8～A11选择模式，即导通角的大小；高四位

A0～A7选择模式中的某一位，即扫频。共采用16种模式，每种10秒，示意如图5：

图5存储模式脉冲产生原理框图

模式选择控制电路

: 采用可预置同步计数器

74161实现。总启动时间160s 自动切换。超低频时钟的产生: 多谐振荡器555 提供74161的计数脉冲，通过改变电位器阻值，改变计数脉冲周期

（2）滞环电压比较器

LM393(B)、74LS04作用：将工频50Hz 正弦波变换为同步的标准TTL 方波，如图6所示：

图6滞环电压比较环节

（3）单稳移相电路

移相时间。作用：将uab 的同步信号转换为ua 的同步信号，如图7所示：

15

625)C 2VR (R 44.1f 112C VR 0.7t

图7单稳移相电路

（4）锁相同步倍频电路

作用：完成工频50Hz 的同步和256倍频。如图8所示

图8锁相倍频电路

（5）错相序封锁电路

原理：实验中利用

u ab 与u ac 之间的相位差，分别延时后相“与”，从而判断是否错相序，实现相序控制。

当三相相序接错的时候能够自动封锁74LS244的输出，禁止系统运行，避免事故的发生。

封锁控制电路如图9，将u 4转变为74LS244控制信号；刚上电时，鉴相器需要一定的稳定时间，在尚未完全锁相同步情况下，暂时封锁输出。

相序正确：uab 比uac 超前60o ，即uab 比uac 超前3.3ms ，u4恒高。

21f f 1

o 256f f 256/o 2f f

相序错误：uab比uac滞后60o，即uab比uac滞后3.3ms，u4恒低。

如图9封锁控制电路

(6) 晶闸管驱动电路

目的：产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管在需要的时刻由阻断转为导通；

隔离控制电路与主电路。

如图10所示，A,B,C驱动电路。

图10 A相，B、C相驱动电路

三、各电路调试过程及问题解决

1、调试过程及遇到问题解决：

（1）首先调试的是电源板。

电源板由于是直接发下来的，所以不需要我们手动焊接，只需要上电测试即可。上220V 电源后，测试+—12V和+5V输出正常，555输出脉冲很标准，稍有误差属正常现象。但是

18V交流却只输出200mv，于是检查线路，发现虚焊现象，加固后输出正常。于是记录了下

波形，电源板测试完毕。

（2）其次测试的是驱动板。

由于老师要求，三相驱动电路采用不同的驱动方式：

A相：光耦MOC3052及外围电路。

B、C相：三极管9013和脉冲变压器及外围电路。

此部分未发板子，所以需要手动焊接。我被安排负责此部分的主焊。

因为以前有焊接经验，所以我首先进行布线，原则是尽量不交叉不跳线，强、弱电隔离。花了10分钟左右我就成功布好路线，没跳一根线。老师发好器件后我就开始焊接了。这一

部分还有最重要的一部分----变压器自己绕制。我和同组同学均绕了一个。变比去2:1，匝数原副边分别为40,20。绕完后测试了下同名端和变比，确定正确后，就焊到电路板上了。大

约一个小时吧，整块驱动板焊接完毕。

让同组同学检查了下没问题。就开始测试了。

由于A相接光耦，刚开始由于未接上主电路板，所以输出脉冲没办法测试。所以我们先

对B、C相输出驱动脉冲进行测试。

测试用的是电源板的555测试脉冲信号，频率9khz，脉宽50us。分别加到B,C相驱动输入上，用示波器观察输出驱动脉冲。发现C相输出幅值 1.5V，脉宽50us很标准，但是遇到的问题是，B相有两路输出，这两路幅值 1.2V但是脉宽只有1/3，大约15us。老师说有些小了。于是我查阅bt151系列的晶闸管典型导通时间为2us，所以理论上应该可以。但是

为了保证可靠导通，我们还是重新增加匝数，原副边100和50。重新焊接到驱动板。又测

试下，终于脉宽达到50us，幅值 1.2V，能够可靠驱动晶闸管了。至此，驱动板焊接调试完

毕。

（3）接下来调试的是控制板。

控制板也是老师发下来的pcb板，只是没有器件。于是是发部分器件测试验收后进行下

一步。

第一部分调试滞环电压比较器环节。此环节主要是计算门限电压，调节VH=0V即可。

通过调节VR1电位器来调节，这部分测试比较顺利，一下子就调出VH=0V，读了VL大约5V 左右，满足要求。

第二部分调试的是74ls122移相环节。这也是调电位器VR2是脉宽为 1.667ms，即对应30°。也没什么问题。

第三部分是重点，是锁相倍频cd4046环节。这一部分需要测试的东西较多，我们按照事先画好的顺序开始一一测试。显示AIN和BIN，AIN为标准50HZ移相30°的波，反馈的BIN 也是同频同相的波形，正确。接下来测试输出256倍频。发现波动比较厉害，也没显示12.8khz，检查下感觉表笔接触问题，于是换了带探头的示波器表笔，测试波形就正常了。显示频率

12.8khz很标准。而且锁相环反馈无抖动，很稳。继续测试分频器的输出。分别测试74ls393的八个位，分别二分频，直至256分频。每个位都测试一遍，均正确。中间开始有些波形测

不出来，后来证实也是接触问题导致。至此锁相倍频环节测试完毕，验收通过。

第四部分是手动测试2864不同工作模式输出驱动脉冲。这需要注意硬件上的两个问题，

1、74ls244要把使能通过跳线接地，解除封锁才行。

2、需要手动插线来设定工作模式。

在我们三个人的配和下，成功测出所有工作模式的触发角，因为是离散的所以我们记录在了

一个表格里，见下面。其实此时我们已经带载验证了下，触发角基本不变。

但是这时出现了大问题，不小心将18V交流碰到了5V电源上，电路瞬间不工作了。这