伺服直流電動機的PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 摘 要 直流電動機具有良好的啟動性能和調(diào)速特性，過載能力大，因此在傳動控制性能要求較高的場合仍被廣泛應(yīng)用。脈寬調(diào)制 (利用數(shù)字輸出對模擬電路進行控制的一種有效技術(shù)，尤其在對電機的轉(zhuǎn)速控制方面，可節(jié)省能量。 為新型的自動化控制裝置，用其實現(xiàn)直流電動機的 速，具有系統(tǒng)控制精度高，經(jīng)濟可靠，電機 運行穩(wěn)定等特點。 本文重點研究了用 現(xiàn)直流電動機 速的控制技術(shù) ,詳細(xì)介紹了 24伏 100瓦直流電動機 系統(tǒng)包括電源回路、功率驅(qū)動回路、轉(zhuǎn)速檢測及顯示回路。功 率驅(qū)動采用單極性 速采用霍爾開關(guān)，轉(zhuǎn)速顯示采用四位共陰極數(shù)碼管來實現(xiàn)。該硬件系統(tǒng)與相應(yīng)的 件配合，實現(xiàn)對 24伏 100瓦直流電動機的 控制系統(tǒng)功能包括電機的 正、反轉(zhuǎn)，調(diào)速、測速及轉(zhuǎn)速顯示， 所有系統(tǒng)功能都己運行通過，經(jīng)過實驗驗證，工作狀態(tài)良好。 文中對 直流電動機結(jié)構(gòu)、工作原理、 基本方程、機械特性和調(diào)速方法以及 序設(shè)計思路部分做了簡單介紹。 關(guān)鍵詞： 直流電動機； 速檢測；掃描顯示 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 C a of It So it is in of is an be in to in of as a of be in C it WM so C is WM 7A DC 4V, 100W 700of is of WM ED is of a 24V, 100W 700C WM 7of C of In it as C WM DC 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 目 錄 1 緒論 . 1 流電動機概述 . 1 門子 述 . 2 7基本組成和接口模塊 . 2 7功能及特點 . 4 設(shè)計所需要做的主要內(nèi)容 . 5 2 直流電動機的原理及拖動 . 5 流電動機的結(jié)構(gòu)及工作原理 . 5 流電動機的結(jié)構(gòu)與分類 . 5 流電動機的工作原理 . 7 流電動機的基本方程 . 8 流電動機的電力拖動 . 9 流電動機的機械特性 . 9 流電動機調(diào)速的性能指標(biāo) . 10 流電動機的調(diào)壓調(diào)速 . 11 流電動機的啟動和正反轉(zhuǎn) . 13 流電動機的啟動 . 13 流電動機的正反轉(zhuǎn) . 13 3 直流電動機的 制 系統(tǒng) . 14 流電動機 速概述 . 14 流電動機 速系統(tǒng)的構(gòu)成 . 15 流斬波器或脈寬調(diào)制變換器 . 15 制與變換器的數(shù)學(xué)模型 . 16 統(tǒng)的主要問題分析 . 17 換器的工作狀態(tài)和電壓、電流波形 . 17 流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的機械特性 . 19 7現(xiàn)直流電動機的 速 . 20 4 24 伏 100 瓦直流電動機的 制系統(tǒng)硬件 . 22 制系統(tǒng)設(shè)計概述 . 22 制系統(tǒng)的電源設(shè)計 . 23 統(tǒng)的主電源回路設(shè)計 . 23 統(tǒng)的顯示電源設(shè)計 . 26 統(tǒng)的功率驅(qū)動回路設(shè)計 . 27 制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速測量及顯示 . 29 爾開關(guān)的測速原理 . 29 爾開關(guān)的測速電路設(shè)計 . 30 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 統(tǒng)的轉(zhuǎn)速顯示設(shè)計 . 30 制系統(tǒng)的保護及硬件抗干擾設(shè)計 . 32 制系統(tǒng)的保護設(shè)計 . 32 制系統(tǒng)的硬件抗干擾考慮 . 32 制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 . 33 5 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計的其它方案考慮 . 37 制系統(tǒng)主電源回路的設(shè)計 . 37 制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速測量回路的設(shè)計 . 37 結(jié) 論 . 39 參考文獻 . 40 附錄 1：硬件電路設(shè)計原理圖 . 41 翻譯部分 . 42 英文原文 . 42 中文譯文 . 49 致 謝 . 59 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 買文檔就送 您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 緒論 本章 簡要 介 紹 了直流電動機的產(chǎn)生、發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域和西門子 作原理，并 簡單 描述了本設(shè)計所需要做的主要內(nèi)容。 流電動機概述 直流電動機是由直流電源供電，將直流電能轉(zhuǎn)換為機 械能，從而拖動生產(chǎn)機械完成生產(chǎn)任務(wù)。它具有良好的啟動性能和調(diào)速特性，過載能力大，因此在啟動、調(diào)速性能要求較高的場合，如大型礦井提升機、挖掘機、軋鋼機、城市電車等，通常選用直流電動機拖動。在許多自動控制系統(tǒng)中，小容量直流電機也被廣泛應(yīng)用。 電機的發(fā)明和廣泛應(yīng)用是驅(qū)動第二次工業(yè)革命的車輪，在科學(xué)技術(shù)發(fā)展史上留下一個多世紀(jì)的發(fā)展軌跡。今天從只有 小型錄音機電機到煉鋼廠的數(shù)萬千瓦的大型電動機， 60%電力就是通過這些大大小小的電動機將電能轉(zhuǎn)換為機械能，為人們的生產(chǎn)和生活服務(wù)，提高了生產(chǎn)效率，創(chuàng)造了現(xiàn) 代文明。 電動機的發(fā)明，主要依賴于電磁理論的發(fā)展。從 1820 年早期電學(xué)及磁學(xué)的重大發(fā)現(xiàn)到電動機的誕生大約經(jīng)歷了半個世紀(jì)。這些重大發(fā)現(xiàn)包括如何制造電磁鐵以及如何利用電磁現(xiàn)象使物體運動。 1821 年，法拉第制作了一臺帶電導(dǎo)體圍繞磁鐵旋轉(zhuǎn)的實驗?zāi)Ｐ?。這就是近代電動機的“雛形”。 1831 年，美國科學(xué)家亨利利用一些簡單的基本零件，包括一個電池、一個電磁鐵和一個換向器構(gòu)成連續(xù)運轉(zhuǎn)的電動機。戴文波特（ 1837年第一個取得電動機專利，并發(fā)明了多種電動機。但是在電動機大規(guī)模應(yīng)用方面，他的努力 始終未取得任何突破。造成這一現(xiàn)象的原因是當(dāng)時電力成本太高，無法與廉價的蒸汽動力相比。 直到 19 世紀(jì) 60代，在發(fā)電機中發(fā)明了自激原理，由此帶來電力供應(yīng)的商品化。由于這些理論的發(fā)展，工程師制造出更有效率的發(fā)電機和電動機。對發(fā)電機和電動機作用原理的可逆性認(rèn)識，使得直流發(fā)電機和電動機在這一時期得到發(fā)展。 19 世紀(jì) 70 年代是電力時代的開始，當(dāng)時已經(jīng)有實用化的電動機和發(fā)電機。 在一定條件下，同一臺電機可以工作在發(fā)電機狀態(tài)，也可以工作在電動機狀態(tài)，發(fā)電機和電動機是電機的不同運行工況。但是，在 19 世紀(jì)人們認(rèn)識這一現(xiàn)象 卻是由于法國工程師佛唐在觀察一名工人誤接兩部發(fā)電機而產(chǎn)買文檔就送 您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 生的靈感。這一時期，直流電動機獲得飛速發(fā)展。 20 世紀(jì) 60 年代以后，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流調(diào)速的方法不斷進步和完善，其調(diào)速性能可與直流調(diào)速相媲美 , 目前，在很多應(yīng)用場合交流電動機的調(diào)速已取代直流電動機調(diào)速。然而，直流拖動控制系統(tǒng)畢竟在理論上和實踐上都比較成熟，而且從控制的角度來看，它又是交流拖動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所以直流電動機的控制仍然很重要。 直流電機由于具有起動轉(zhuǎn)距大、體積小、重量輕、效率高、轉(zhuǎn)距和轉(zhuǎn)速容易控制，啟、制動性能良好，且在寬范圍內(nèi)平滑 調(diào)速等十分優(yōu)良的特性，因而在冶金、機械制造、輕工等工業(yè)部門中得到廣泛應(yīng)用。其缺點就是體積大、價格昂貴、維護復(fù)雜，頻繁啟動容易引起故障，以及直流電的傳輸距離有限。 門子 述 西門子公司的 一種疊裝式結(jié)構(gòu)的小型 指令豐富、功能強大、可靠性高、適應(yīng)性好、結(jié)構(gòu)緊湊、便于擴展、性能價格比高，深受用戶歡迎，可以應(yīng)用于各種小型自動化系統(tǒng)。 接口模塊有數(shù)字量模塊、模擬量模塊、智能模塊等。 7基本組成和接口模塊 塊由中央處理 單元 (電源以及數(shù)字量輸入輸出單元組成。這些都被緊湊地安裝在一個獨立的裝置中。在 塊的頂部端子蓋內(nèi)有電源及輸出端子；在底部端子蓋內(nèi)有輸入端子及傳感器電源；在中部右側(cè)前蓋內(nèi)有 作模式開關(guān) (模擬量調(diào)節(jié)電位器和擴展 I/O 連接接口 ;在模塊的左側(cè)分別有狀態(tài) 示燈、存儲卡及通信口。圖 1 塊。 買文檔就送 您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 塊可帶 7 塊擴展模塊，且 7 個擴展模塊中最多只能帶 2個智能擴展模塊。 塊提供的主機 I/O 點有 24個數(shù)字量輸入點和 16 個數(shù)字量輸出點。 塊集成了兩路模擬量輸入和一路模擬量輸出，有兩個 信口。 個有 12種工作模式的高速計數(shù)器和兩點高速脈沖發(fā)生器 /脈沖寬度調(diào)制器。 高速計數(shù)器的最高計數(shù)頻率為200速脈沖輸出的最高頻率為 100 機的內(nèi)部電源單元提供 C+24它可以作為C+24果用戶使用傳感器的話，也可作為傳感器的電源。如果使用 塊內(nèi)部的 4注意該 4V 電源的負(fù)載能力。使 塊及各擴展模塊所消耗電流的總和不超過該內(nèi)部 4V 電源所提供的最大電流 (400 通信電纜是 來與個人計算機 (現(xiàn)通信的?？梢杂?線；使用通信處理器 (，可用多點接口 (纜；使用 時，可用 專用通信電纜。通過不同的通信模塊， 以連接到以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線 可以使用 P 和 議。通過 以用模擬電話線實現(xiàn)與遠程 設(shè)備的通信。 擬量模塊、智能模塊等。 （ 1）數(shù)字量模塊：包括數(shù)字量輸入模塊（ 數(shù)字量輸出模塊買文檔就送 您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 （ 數(shù)字量輸入輸出模塊（ 種； （ 2）模擬量模塊：包括模擬量輸入模塊（ 模擬量輸出模塊（ 模擬量輸入輸出模塊（ 種； （ 3）智能模塊：常用的智能模塊有 節(jié)模塊、高速計數(shù)器模塊、溫度傳感器模塊、通信模塊等。 智能模塊為 功能擴展和性能提高提供了極為有利的條件。高速計數(shù)器模塊專門對現(xiàn)場的高速脈沖信號計 數(shù)。由于 機的計數(shù)操作要受掃描速度的影響，當(dāng)計數(shù)頻率很高，計數(shù)脈沖信號寬度小于掃描周期時，會發(fā)生計數(shù)脈沖的丟失。這時，只有使用高速計數(shù)器模塊進行計數(shù)。因為它是脫離 機的掃描周期而獨立進行計數(shù)操作的，所以它能準(zhǔn)確地對高速脈沖信號進行計數(shù)操作。 7功能及特點 兩種工作方式，即 行 )模式與 止 )模式。在 和 “ 示當(dāng)前的操作模式。在 式，通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)控制功能；在 式， 以用編程軟件創(chuàng)建和編輯用戶程序，設(shè)置 硬件功能，并將用戶程序和硬件設(shè)置信息下載到 以通過以下三種途徑來改變工作模式： （ 1）用模式開關(guān)改變工作模式； （ 2）在程序中改變工作模式； （ 3）用 程軟件改變工作模式。 如果程序存在致命錯誤，在消除它之前不允許從停止模式進入運行模式。 作系統(tǒng)儲存非致命錯誤供用戶檢查，但不會從運行模式自動進入停止模式。 工作方式為掃描工作方式。 （ 1）功能強大 （ 2） 先進的程序結(jié)構(gòu) （ 3）靈活方便的尋址方法 （ 4）功能強大、使用方便的編程軟件 （ 5）簡化復(fù)雜編程任務(wù)的向?qū)Чδ?（ 6）強大的通信功能 （ 7）品種豐富的配套人機界面 （ 8）有競爭力的價格 買文檔就送 您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 （ 9）完善的網(wǎng)上技術(shù)支持 設(shè)計所需要做的主要內(nèi)容 設(shè)計主要內(nèi)容有： 1. 系統(tǒng)主回路設(shè)備理論計算及選型 2. 系統(tǒng)控制電路的設(shè)計 3. 控制系統(tǒng)的計算機仿真 4. 系統(tǒng)的硬件實現(xiàn) 5. 系統(tǒng)的軟件流程圖 通過此畢業(yè)設(shè)計，使學(xué)生充分掌握數(shù)字控制技術(shù)的基礎(chǔ)理論和直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)，為今后工作打下堅實的基礎(chǔ)。 2 直流電動機的原理及拖動 本章的主要內(nèi)容為直流電動機的結(jié)構(gòu)、工作原理、基本方程及機械特性，并分別介紹了流電動機的調(diào)速方法、啟動、正反轉(zhuǎn)及制動，詳細(xì)介紹了調(diào)電壓調(diào)速方法。 流電動機的結(jié)構(gòu)及工作原理 流電動機的結(jié)構(gòu)與分類 直流電動機在結(jié)構(gòu)上是由固定部分（定子）和旋轉(zhuǎn)部分（轉(zhuǎn)子）組成的。定子主要用來產(chǎn)生磁通和作電機的機械支撐，其主要部件有主磁極、換向極、機座和電刷裝置；轉(zhuǎn)子通常稱為電樞，用來產(chǎn)生感應(yīng)電勢和電磁轉(zhuǎn)矩其主要部件有電樞鐵心、電樞繞組和換向器。 圖 2圖。 買文檔就送 您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 各主要部件的作用如下： （ 1）主磁極：作用是產(chǎn)生主磁通建立氣隙磁場，并使電樞表面的氣隙磁通密度按一定的波形沿空間分布。 （ 2）換向極：作用是改善換向，消除或減小電刷與換向器之間的火花。 （ 3）機座：機座既作為電機的機械支撐，又是磁極間磁通的通路，稱為定子磁軛。 （ 4）電樞鐵心：電樞鐵心是主磁路的一部分。當(dāng)電樞在磁場中旋轉(zhuǎn)時，鐵心中的磁通方向不斷變化，因而會產(chǎn)生渦流及磁滯損耗。為了減少磁損耗，鐵心通常用 硅鋼片疊成。 （ 5）電樞繞組：電樞繞組是直流電機的主要電路，是直流電機實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn) 換的關(guān)鍵部件。當(dāng)電樞在磁場中旋轉(zhuǎn)時，電樞繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢；當(dāng)電樞繞組中流過電流時，它在磁場中受力產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。 （ 6）換向器：將輸入的直流電流轉(zhuǎn)換成為電樞繞組元件中的交變電流，產(chǎn)生恒定方向的電磁轉(zhuǎn)矩。 直流電動機按結(jié)構(gòu)形式可分為開啟式、防護式、封閉式和隔爆式幾種；按容量大小可分為小型、中型和大型直流電動機；按勵磁方式可分為他勵、并勵、串勵、積復(fù)勵和差復(fù)勵直流電動機。 買文檔就送 您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 流電動機的工作原理 直流電機的工作原理是建立在電磁感應(yīng)定律和電磁力定律基礎(chǔ)上的。從本質(zhì)上看，直流電機實際上就是一臺裝有換向器 的交流電機，借助換向器的作用，把交流電變換為直流電，或把直流電變換成交流電。 如圖 2示，電動機運行時，由直流電源把直流電能經(jīng)電刷 A、 B 引人電機，在圖 2-2(a)所示的瞬間，導(dǎo)體 體b 的電流方向為垂直紙面向里，載流導(dǎo)體在磁場中受到電磁力作用，方向由左手定則確定， a、 b 導(dǎo)體所受的電磁力對軸形成一個順時針方向的轉(zhuǎn)矩 (電磁轉(zhuǎn)矩 )。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩大于阻力矩時，電樞沿順時針方向旋轉(zhuǎn)。在圖 2-2(b)所示的瞬間，線圈轉(zhuǎn)過 180，由于換向器的作用，電刷 A 只與處于 N 極下的導(dǎo)體相接觸，電刷 極下的導(dǎo)體相接觸，導(dǎo)體 體 見引入線圈中的電流是交變的。在導(dǎo)體位置對換的同時導(dǎo)體中電流的方向也同時改變，而所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向不會改變，始終為順時針方向，從而保證電動機沿一個方向轉(zhuǎn)動。 綜上所述，直流電動機的能量轉(zhuǎn)換過程為：外加直流電源輸人直流電能電樞線圈的交變電能轉(zhuǎn)子的機械能。 實際直流電機的電樞繞組是根據(jù)實際應(yīng)用情況，由多個線圈構(gòu)成，線圈平均分布于電樞鐵心表面的不同位置的槽中，并按照一定的規(guī)律連接。磁極也是根據(jù)需要， N、 對。 買文檔就送 您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 流電動機的基本方程 直流電動機具有良好的啟動性能和調(diào)速性能，因此在啟動、調(diào)速性能要求高的場合常常選用直流電動機拖動。直流電動機在穩(wěn)態(tài)運行時，從電路、力學(xué)和能量守恒等三個方面考慮，可以建立電壓、轉(zhuǎn)矩和功率三種平衡方程式。 下面以他勵直流發(fā)電機來討論這些方程。 一、電壓平衡方程式 由電機可逆原理知，電樞電勢 方向與電樞電流人相反，具有反抗電源電壓的性質(zhì)，稱之為反電勢。根據(jù)電路的基爾霍夫電壓定律，可以寫出電樞回路的電壓平衡方程式： I （ 2 式中 電樞電流； 電摳回路總電阻 (包括電樞回路中各串聯(lián)繞組的電阻和電刷與換向器電阻 )。由直流電動機的電勢平衡方程式可知：對于直流電動機來說， U 二、轉(zhuǎn)矩平衡方程式 直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩 拖動轉(zhuǎn)矩，當(dāng)它與軸上的機械負(fù)載轉(zhuǎn)矩 0 相平衡時，電動機轉(zhuǎn)速恒定，處于穩(wěn)定運行狀態(tài)。此時的轉(zhuǎn)矩方程式為： 02 （ 2 式中 電磁轉(zhuǎn)矩。 三、功 率平衡方程式 （ 1）功率平衡方程式 根據(jù)功率流程圖可以很容易列出直流電動機的功率平衡方程式 221 （ 2 式中 P 為電動機的總損耗。 （ 2）功率傳遞與損耗之間的關(guān)系 當(dāng)他勵直流電動機接上電源時，電樞繞組中流過電流 網(wǎng)向電動機輸入的電功率為 入的電功率一部分被電樞繞組消耗（電樞銅耗 其余部分便是電樞所吸收的電功率，此功率通過電磁感應(yīng)轉(zhuǎn)換成電機的機械買文檔就送 您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 功率 (電磁功率 ) 子獲得機械功率 。一部分被由電機轉(zhuǎn)動引起的機械損耗 (鐵耗 (附加損耗 (耗，其余便是通過電機的軸向負(fù)載輸出的機械功率 上關(guān)系可以用功率流程圖 2 P M +P eP P 1圖 2 - 3 他勵直流電動機的功率流程圖直流電動機的效率 為電動機輸出功率 電樞端輸入的電功率 （ 2 流電動機的電力拖動 流電動機的機械特性 他勵直流電動機 的機械特性是指當(dāng)電源電壓 U、氣隙磁通 及電樞回路總電阻 （ c） 均為常數(shù)時，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的函數(shù)關(guān)系，即 n=f(他勵直流電動機的機械特性方程式為： 2（ 2 %100)1(%100112 P 文檔就送 您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 當(dāng)電動機外加電壓為額定值 隙磁通也為額定值 N，且電樞回路不外串電阻 時，電動機的機械特性稱為固有機械特性（也稱自然機械特性），如圖 2 所示。它是一條 略微向下傾斜的直線。 圖 2 - 4 他 勵 直 流 電 動 機 的 機 械 特 性T 1n 0n 02、主磁通 或外串電阻 可得到人工機械特性。圖 2為電樞串電阻人工機械特性、直線3為改變電動機外加電壓人工機械特性、直線 4為減小磁通的人工機械特性。 流電動機調(diào)速的性能指標(biāo) 電動機的調(diào)速方法有多種，各種調(diào)速方法性能的好壞，常用調(diào)速的性能指標(biāo)來衡量。主要的調(diào)速性能指標(biāo)有以下幾種，現(xiàn)分別說明。 （ 1）調(diào)速范圍 調(diào)速范圍是指電動機在額定負(fù)載時所能達到的最高 轉(zhuǎn)速 比，用 D 表示，即 （ 2 最高轉(zhuǎn)速受電動機換向條件及機械強度的限制；最低轉(zhuǎn)速則受生產(chǎn)機械對轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定性要求的限制。 （ 2）靜差率 m a x買文檔就送 您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 靜差率是表示電動機在某一機械特性上運行時，由理想空載到額定負(fù)載所出現(xiàn)的轉(zhuǎn)速降與理想空載轉(zhuǎn)速之比，用百分?jǐn)?shù)表示為（ 2 顯然、在相同的 動機的機械特性越硬靜差率就越小，相對穩(wěn)定性就越好。靜差率和機械特性的 硬度有關(guān)系，但又有不同之處。例如，兩條互相平行的機械特性其硬度相同，但靜差率不同。同樣硬度的特性，轉(zhuǎn)速越低，靜差率越大，越難滿足生產(chǎn)機械對靜差率的要求。 （ 3）調(diào)速的平滑性 在一定的調(diào)速范圍內(nèi)調(diào)速的級數(shù)越多，則認(rèn)為調(diào)速的平滑性越好。調(diào)速的平滑程度用平滑系數(shù) 來衡量， 是指兩個相鄰調(diào)速級 (如第 i 級與 1的轉(zhuǎn)速之比，即 （ 2 值越接近于 1，調(diào)速的平滑性越好。 1 時稱為無級調(diào)速，即轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)，級數(shù)接近無窮多，此時調(diào)速的平滑性最好。不同的生產(chǎn)機械對調(diào)速的平滑性要求不同，例如，龍門刨床要求基本上近似無級調(diào)速（即 1 )。 （ 4）調(diào)速的經(jīng)濟性 調(diào)速的經(jīng)濟性是指對調(diào)速設(shè)備的投資、電能消耗和調(diào)速效率等經(jīng)濟效果的綜合比較。 流電動機的調(diào)壓調(diào)速 調(diào)速的 方法有機械調(diào)速、電氣調(diào)速、機械電氣配合調(diào)速。究竟用何種方案要全面考慮，有時要進行各種方案的技術(shù)經(jīng)濟比較，才能決定。本節(jié)只討論在生產(chǎn)實踐中應(yīng)用最多的電氣調(diào)速。所謂電氣調(diào)速就是通過人為改變電動機參數(shù)來改變電動機的轉(zhuǎn)速。從直流電動機的機械特性可知，電動機的轉(zhuǎn)速由電動機的機械特性和負(fù)載機械特性的交點，即工作點決定。在調(diào)速過程中，如果電動機的轉(zhuǎn)速可以連續(xù)地加以調(diào)節(jié)，稱為無級調(diào)速。 %100% 00 n 文檔就送 您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 根據(jù)機械特性方程式： 2，可知，人為改變電樞電壓 U、電樞回路電阻 主磁通 都可以改變電動 機的轉(zhuǎn)速。所以，調(diào)速的方法有電樞回路串電阻調(diào)速、降低電樞電壓調(diào)速和減弱磁調(diào)速三種。 保持他勵直流電動機的磁通為額定值，電樞回路不串電阻，若將電源電壓降低為 不同數(shù)值時，則可得到與固有機械特性互相平行的人為機械特性，如圖 2示。從機械特性上可看到，降低電源電壓后電動機的轉(zhuǎn)速將降低。 U N U 1 U 22n 03n 01T - 5 降 低 電 樞 電 壓 時 的 機 械 特 性降低電源電壓調(diào)速的物理過程是：設(shè)電動機穩(wěn)定運行在電源電壓為 點，當(dāng)電源電壓突然降低為 ，瞬間 n 及 a 及 小，在 圖 2，運行點即在相同的轉(zhuǎn)速下由 A 點過渡到人為機械特性上的 B 點。在 B 點，由于 ，二極管 通。輸出電壓 -4(b)中的實線所示。 本設(shè)計中采用電解電容器耐壓值為 50V，容量為 2200整流電路輸出電壓有效值為 28V，電容的耐壓值 2 28V=以耐壓值取 50容的容量越小越好，充放電時間短，回路靈敏度高；但不能太小，否 則整流后輸出電壓的脈動就會增大，本設(shè)計系統(tǒng)選用容量為 2200電解電容，即可滿足系統(tǒng)需求。輸出回路的較小容量的電解電容進行二次濾波，使電源的輸出特性更好。 （ 4）穩(wěn)壓電路的選擇：采用三端集成穩(wěn)壓器 7824，輸出為 +24限輸出電流值為 5A，其封裝和引腳如圖 47824集成穩(wěn)壓器廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備，做電壓穩(wěn)定器時，雖是按固定輸出電壓設(shè)計的，但外部接少量元件也可以制成可調(diào)式穩(wěn)壓電源和恒流源。 為了使集成穩(wěn)壓器能正常工作，輸入電壓必須比輸出電壓要高 2至 3V，輸入上限電壓 40V。 主要參數(shù)：輸出電流可達 5A，輸出電壓為 +24V，買文檔就送 您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 輸入電壓范圍為 24至 40V，芯片內(nèi)部設(shè)有短路、過熱保護和輸出晶體管 路使用安全可靠。 為保證器件工作正常，應(yīng)將器件本身的熱量及時排散掉，使器件芯片的溫度保持在允許的最高結(jié)溫以下，這就要求器件應(yīng)具有較強的散熱能力，散熱能力越強，器件所能承受的功率就越大。對于 7824 穩(wěn)壓器來說，其內(nèi)部損耗為輸入、輸出之間的電壓差與輸出電流的乘積，為了器件能承受更大的負(fù)載能力，需要外加散熱片，散熱片選用 5 （ 5）電源指示電路：有 極管和限流電阻組成， 0右，壓降約為 以限流電阻值應(yīng)為 R=（ 于電路中存損耗，并且要使二極管的亮度大一點，限流電阻值選用 1k。 5 的普通紅色發(fā)光二極管。 由于本設(shè)計中電動機不帶負(fù)載，空載運行時，回路中的空載電流測定值為 動機直接啟動時的瞬間啟動電流為 慮適當(dāng)?shù)挠嗔考帮@示回路的電流，本設(shè)計中變壓器電流值實際選用 3A 24V 的。整流橋?qū)嶋H也選用 3耐壓值不變；穩(wěn)壓回路中的集成穩(wěn) 壓器選用 3可以滿足設(shè)計需要。 統(tǒng)的顯示電源設(shè)計 顯示回路電源采用 V 電源，其輸入直接取自 4V 直流電源，所以該回路中沒有整流電路，僅有濾波、穩(wěn)壓及指示電路組成，其原理圖如 4 1 2 3 4 5 6 i t u m be r R e v i s i i z a t e : 4- J 0 08 S he e t o f F i l e : D : 畢業(yè)設(shè)計資料 03 硬件電路設(shè)計 電路圖設(shè)計 控制系統(tǒng)主電路及轉(zhuǎn)速顯示回路原理圖 r a w n B y : D 2綠色 + 24 + 5i o 圖 4- 6 D C + 5V 電源回路原理圖（ 1）濾波電路的選擇：采用電解電容器組成濾波電路，由于穩(wěn)壓器輸入直接取自 24V 直流電源，輸入電壓的性能已經(jīng)很好，電解電容只需滿足耐買文檔就送 您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 壓值，容量適當(dāng)就行。耐壓 2 24=用耐壓值為 50V、容量為22出回 路的電解電容進行二次濾波，使電路的輸出特性曲線更平滑。 （ 2）穩(wěn)壓電路的選擇：采用三端集成穩(wěn)壓器 7805，輸出為 +5V 直流電壓，極限電流值為 1A，其封裝及引腳如圖 47805的輸入電壓為 58V，極限輸入電壓值為 35V，為了簡化電路，提高回路的穩(wěn)定性，直接取用 24可實現(xiàn)電路要求。 這樣做的缺點是 7805的輸入輸出壓差很大（ 19V），導(dǎo)致了穩(wěn)壓器的內(nèi)部功耗較大，容易發(fā)熱，對電路產(chǎn)生干擾，影響后面電路的性能。該 為轉(zhuǎn)速顯示回路供電，功率很小，主要解 決管子本身的發(fā)熱問題，選用一個 1能夠滿足系統(tǒng)要求。 （ 3）電源指示電路：電路組成與 4不同的是電壓值有 +245V，選用原則相同。限流電阻值應(yīng)為 R=（ 220 ,由于電路中存損耗，并且要使二極管的亮度大一點，限流電阻器選用組阻值為 220的普通電阻。 的普通綠色發(fā)光二極管。 統(tǒng)的功率驅(qū)動回路設(shè)計 對于 速的電機驅(qū)動電路，主要考慮以下性能指標(biāo) :第一、輸出電流和電壓范圍，它決定著電路能驅(qū)動多大功 率的電機；第二、效率，高的效率不僅可以節(jié)省電源，也會減少驅(qū)動電路的發(fā)熱。要提高電路的效率，可以從保證功率器件的開關(guān)工作狀態(tài)和防止共態(tài)導(dǎo)通 (H 橋電路可能出現(xiàn)的一個問題，即兩個功率器件同時導(dǎo)通使電源短路 )；第三、對控制輸人端的影響。功率電路對其輸人端應(yīng)有良好的信號隔離，防止有高電壓大電流進入主控電路，這可以用高的輸入阻抗或者光電耦合器實現(xiàn)隔離；第四、對電源的影響。共態(tài)導(dǎo)通可以引起電源電壓的瞬間下降造成高頻電源污染，大電流可能導(dǎo)致地線電位浮動；第五、可靠性，電機驅(qū)動電路應(yīng)該盡可能做到 :無論加上何種控制信號，何種無 源負(fù)載，電路都是安全的。 本設(shè)計采用單極性 由 4個功率達林頓管和 4個續(xù)流二極管組成，采用單電源供電，信號隔離電路采用光電耦合器，其原理圖如圖 4 買文檔就送 您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 2 3 4 5 6 i t u m be r R e v i s i i z a t e : 4- J 0 08 S he e t o f F i l e : D : 畢業(yè)設(shè)計資料 03 硬件電路設(shè)計 電路圖設(shè)計 控制系統(tǒng)主電路及轉(zhuǎn)速顯示回路原理圖 r a w n B y : 52 1- 1 52 1- 1822822822822Q 0 + 24 P 122 P 122 P 122 P 122G N D - P L 100 - 7 單極性 H 橋功率驅(qū)動回路H 橋電路的控制采用 號，將 號加在電機電樞的兩端，通過調(diào)節(jié) 此來控制電機的轉(zhuǎn)速或方向。基本工作原理：通過四個功率開關(guān) （ 的導(dǎo)通和關(guān)斷來控制電動機的速度和方向，當(dāng)電動機正轉(zhuǎn)時， 通工作， 止；當(dāng)電動機反轉(zhuǎn)時， 通工作 ， 止。調(diào)節(jié) 的模擬電位器，來改變輸出 現(xiàn)平均電壓的變化，電動機的轉(zhuǎn)速隨之改變。 功率開關(guān)管的選用達林頓， 達林頓管主要參數(shù) (極限值 )有00V、 00V、 V， A、 A、 20溫度范圍 50度，可以滿足控制系統(tǒng)回路最大電流要求。根據(jù)相關(guān)公式計算得，散熱器選用 5A 的鋁散熱片。 功率電路的輸人端應(yīng)有良好的信號隔離，防止有高電壓大電流進入主控制回路，可以用高的輸入阻抗或者光電耦合器實現(xiàn)隔離。這部分輸入信號采用 電隔離器進行信號隔離 ,該光耦為四引腳光電隔離器，輸入端為單個發(fā)光二極管，一般為砷化鎵發(fā)光管，輸出為光敏晶體管。工作時，把電信號加到輸入端，使發(fā)光管發(fā)光，而敏感元件在光的照射下輸出光電流，實現(xiàn)電 電的轉(zhuǎn)換，輸入電路和輸出電路在電氣上沒有任何聯(lián)系，實現(xiàn)輸入信號與輸出信號的隔離。 買文檔就送 您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速測量及顯示 轉(zhuǎn)速的測量方式有多種，數(shù)字測速具有測速精度高、分辨能力強、受器件影響小等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于調(diào)速要求高、調(diào)速范圍大的調(diào)速系統(tǒng)。取脈沖信號用的傳感器可以用光電式旋轉(zhuǎn)編碼器、霍爾接近開關(guān)或紅外 線傳感器，霍爾開關(guān)體積小、價格便宜、壽命長、功耗小、頻率高 (可達 1安裝方便、耐震動。鑒于它具有上述優(yōu)點，本控制系統(tǒng)采用霍爾接近開關(guān)來做脈沖取樣用的傳感器。 爾開關(guān)的測速原理 霍爾開關(guān)是一種磁傳感器，霍爾開關(guān)以霍爾效應(yīng)為其工作基礎(chǔ)。用它們可以檢測磁場及其變化，可在各種與磁場有關(guān)的場合中使用。其優(yōu)點是無觸點、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、位置重復(fù)精度高 (可達 。 （ a ） （ ）圖 4 - 8 霍 爾 開 關(guān) 示 意 圖 及 輸 入 輸 出 關(guān) 系輸出+感應(yīng)端霍爾開關(guān)示意圖如圖 4a）所示。適當(dāng)?shù)拇艌鼋咏袘?yīng)端 時，內(nèi)部晶體管 出電壓等于 值很小，即輸出低電平。當(dāng)不存在磁場時， 止，輸出高電平。這是一種無抖動的無觸點開關(guān)，工作頻率可達 100源范圍大，容易與各種不同的輸出負(fù)載接口，使用起來非常方便。 圖 4b）表示輸出電壓與磁感應(yīng)強度的關(guān)系，工作特性有一定的磁滯，使開關(guān)動作更為可靠， 工作點“開”的磁感應(yīng)強度， ”的磁感應(yīng)強度?；魻杺鞲衅鞅憧稍诿恳粋€小磁鐵通過時產(chǎn)生一個相應(yīng)的脈沖 , 買文檔就送 您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 檢測出單位時間的脈沖數(shù)或兩個相鄰脈沖的時間 , 便可知被測轉(zhuǎn)速。磁性轉(zhuǎn)盤上 小磁鐵數(shù)目的多少決定了傳感器測量轉(zhuǎn)速的分辨率，理論上說，小磁鐵的數(shù)越多分辨率就越高 ,測速的范圍就越寬。 爾開關(guān)的測速電路設(shè)計 霍爾接近開關(guān)的電源可以取自 設(shè)計為了簡化帶電路，取自 部 4V 直流電源。系統(tǒng)中采用 列的1010霍爾開關(guān)，其工作電壓范圍 5至 24V、工作電流可達 50效感應(yīng)距離為 10出為低電平脈沖。輸出的脈沖直接送至高速脈沖計數(shù)器，至于怎樣來計算出轉(zhuǎn)速，有控制系統(tǒng)的軟件部分來完 成，這里不作介紹。 小磁鐵的數(shù)目