畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）紅外遙控直流電機(jī)速度控制器的設(shè)計(jì)

1、（輸入章及標(biāo)題）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 紅外遙控直流電機(jī)速度控制器的設(shè)計(jì)學(xué) 院 信息科學(xué)與工程學(xué)院 年級(jí)專業(yè) 03級(jí)電子科學(xué)與技術(shù) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 專業(yè)負(fù)責(zé)人 答辯日期 2007-6-24 iii大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)學(xué)院： 信息科學(xué)與工程學(xué)院 系級(jí)教學(xué)單位：電子科學(xué)與技術(shù) 學(xué)號(hào)學(xué)生姓名專 業(yè)班 級(jí)光電子4班課題題 目紅外遙控直流電機(jī)速度控制器的設(shè)計(jì)來(lái) 源自選主要內(nèi)容設(shè)計(jì)基于mcs51單片機(jī)和38khz紅外發(fā)射接收對(duì)管實(shí)現(xiàn)的紅外遙控直流電機(jī)速度控制器，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)直流小電機(jī)的進(jìn)行啟動(dòng)、升速、降速、停止等操作，并且在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前電機(jī)就速度。要求實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)的軟件設(shè)計(jì)并完成試驗(yàn)

2、演示基本要求1，熟悉mcs51單片機(jī)的工作原理和程序設(shè)計(jì)方法2，畫(huà)出所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的電路原理圖和電路板圖3，編制針對(duì)所設(shè)計(jì)硬件的程序，完成設(shè)計(jì)要求的功能4，完成滿足規(guī)定要求的畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份5，完成5000字的英文翻譯一份參考資料1，mcs51單片機(jī)原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)2，直流電機(jī)調(diào)速3，keil使用方法用戶手冊(cè)周 次14周58周912周1316周1718周應(yīng)完成的內(nèi)容確定設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行資料查閱及熟悉設(shè)計(jì)中所用的硬件和軟件方案設(shè)計(jì)，畫(huà)出所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的電路原理圖，并進(jìn)行深入論證對(duì)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn)研究，編制應(yīng)用程序?qū)λO(shè)計(jì)的電路及程序進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證和調(diào)試撰寫(xiě)論文，準(zhǔn)備答辯指導(dǎo)教師：郭璇系級(jí)教單位審批：

3、摘 要摘 要隨著紅外光電器件的大量出現(xiàn)，紅外線遙控已廣泛應(yīng)用在家用電器、安全保衛(wèi)，工業(yè)控制以及人們的日常生活等許多領(lǐng)域。本文首先描述了直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，其次，著重介紹了紅外線遙控系統(tǒng)的基本原理，最后，結(jié)合本課題的研究方向，詳細(xì)的闡述了紅外遙控直流電機(jī)速度控制器的的基本原理，并根據(jù)紅外發(fā)射接收的原理，繪制了電路圖。本文編寫(xiě)的主導(dǎo)思想是基于mcs51單片機(jī)和所要求的38khz紅外發(fā)射對(duì)其直流電機(jī)進(jìn)行控制，這里用38 khz的晶振與4060相連組成晶體振蕩電路來(lái)產(chǎn)生38khz的方波，同時(shí)利用電子電路軟件protel對(duì)其進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)以單片機(jī)的匯編語(yǔ)言進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，并力求使程序設(shè)計(jì)的邏輯

4、關(guān)系簡(jiǎn)潔明了，從而有效地控制直流電機(jī)。關(guān)鍵詞紅外線，直流電機(jī)，單片機(jī)，protel99，調(diào)速41abstractwith infrared photoelectric devices have emerged, infrared remote control has been widely used in home appliances, security and industrial control and people's daily lives and many other fields. this paper first describes the dc motor of th

5、e structure and working principle, and secondly, focus on the infrared remote control system to the basic principles finally, the subject of research, detailed description of the infrared remote control dc motor speed controller of the basic principles, and in accordance with infrared transmitter-re

6、ceiver theory, drawing a circuit diagram. this paper prepared by the dominant ideology is based on the mcs-51 microcontroller and the required 38 khz its infrared emission motor control, here brilliant to shake, link with 4060, make up crystal shake circuit come square wave to produce 38khz with 38

7、khz ,the use of electronic circuit portal software for its circuit design. the scm systems to a compilation of language software designs, and strive to make the program design logic concise, thereby effectively dc motor control. keywords nfrared, direct current machine, monolithic integrated circuit

8、, protel99, velocity modulation目 錄目 錄摘 要iabstractii第1章 緒論11.1 課題研究的意義和主要內(nèi)容11.1.1 課題研究的意義11.1.2 課題主要內(nèi)容11.2 課題背景1本章小結(jié)3第2章 直流電機(jī)52.1 直流電機(jī)的特點(diǎn)和用途52.1.1 直流電機(jī)的特點(diǎn)52.1.2 直流電機(jī)的用途52.2 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)62.2.1 直流電機(jī)結(jié)構(gòu)的組成62.2.2 直流電機(jī)結(jié)構(gòu)詳細(xì)介紹72.3 直流電機(jī)的工作原理82.3.1 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理82.3.2 直流發(fā)電機(jī)的工作原理92.4 直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)及主要系列102.4.1 直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)102.

9、4.2 直流電機(jī)的主要系列102.5 直流電機(jī)的運(yùn)行原理112.5.1 直流電機(jī)的基本方程式112.5.2 直流電機(jī)的機(jī)電能量變換過(guò)程132.6 直流電機(jī)的使用142.6.1 起動(dòng)142.6.2 調(diào)速142.6.3 反轉(zhuǎn)152.6.4 制動(dòng)15本章小結(jié)15第3章 紅外線遙控系統(tǒng)173.1 紅外遙控器信號(hào)發(fā)射原理簡(jiǎn)介173.2 遙控技術(shù)及控制原理173.2.1 遙控技術(shù)173.2.2 遙控系統(tǒng)的一般原理183.3 紅外遙控器信號(hào)接收芯片外圍電路183.4 頻分遙控系統(tǒng)193.5 碼分遙控系統(tǒng)19本章小結(jié)20第4章 紅外線電機(jī)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)214.1 紅外線控制電機(jī)設(shè)計(jì)原理214.1.1 紅外線

10、發(fā)射與接受器件介紹214.1.2 控制器的設(shè)計(jì)原理224.1.3 紅外發(fā)射電路模塊的設(shè)計(jì)原理224.1.4 紅外接收電路模塊的設(shè)計(jì)原理234.2 紅外數(shù)據(jù)發(fā)射接收電路264.2.1 紅外發(fā)射電路設(shè)計(jì)264.2.2 紅外接收電路設(shè)計(jì)264.3 設(shè)計(jì)結(jié)果27本章小結(jié)28結(jié) 論29參考文獻(xiàn)31附錄33致 謝39第1章 緒論第1章 緒論1.1 課題研究的意義和主要內(nèi)容1.1.1 課題研究的意義單片機(jī)自20世紀(jì)70年代問(wèn)世以來(lái)，作為微計(jì)算機(jī)一個(gè)很重要的分支，應(yīng)用廣泛，發(fā)展迅速，已對(duì)人類產(chǎn)生了巨大的影響。尤其美國(guó)intel公司生產(chǎn)的mcs51系列單片機(jī)，由于其具有集成度高、處理功能強(qiáng)、可靠性好、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

11、單、價(jià)格低廉、易于使用等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，在智能儀器儀表、工業(yè)檢測(cè)控制、電力電子、機(jī)電一體化等方面取得了矚目的成果。在高壓、輻射、有毒氣體等環(huán)境下，直接操作生產(chǎn)設(shè)備會(huì)影響設(shè)備操作者的健康，甚至影響設(shè)備的成本結(jié)構(gòu)為了保證生產(chǎn)的質(zhì)量、安全和可靠性，遙控技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用。紅外線遙控具有體積小、方向性好、功耗低、功能強(qiáng)和成本低等特點(diǎn)，因此該控制器是選用紅外線遙控技術(shù)，并結(jié)合單片機(jī)，針對(duì)電機(jī)系統(tǒng)的較遠(yuǎn)距離現(xiàn)場(chǎng)控制而進(jìn)行設(shè)計(jì)、又由于電機(jī)調(diào)速范圍寬，具有遲滯性，受負(fù)載影響顯著，因此本設(shè)計(jì)是由單片機(jī)完成解碼，并控制信號(hào)輸出，從而較好地實(shí)現(xiàn)電機(jī)的遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)調(diào)控，同時(shí)通過(guò)對(duì)本文利用單片機(jī)強(qiáng)大的控制能

12、力設(shè)計(jì)了一個(gè)單片機(jī)控制直流電機(jī)的控制系統(tǒng)，這不僅使人們更了解單片機(jī)的控制功能，也了解了直流電機(jī)的功能和使用和紅外線控制的有關(guān)特性，這些都為以后的研究和工作打下了很好的基礎(chǔ)，也使我學(xué)到了更多的知識(shí)。1.1.2 課題主要內(nèi)容本課題主要是采用8051單片機(jī)設(shè)計(jì)紅外線控制電機(jī)電路，要求可以用按鈕對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行加速和減速的正反控制，且實(shí)時(shí)在數(shù)碼管上顯示當(dāng)前的電機(jī)轉(zhuǎn)速。1.2 課題背景電機(jī)是現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的能量變換裝置，電能的產(chǎn)生、輸送、分配和使用幾乎都離不開(kāi)它?？梢哉f(shuō)，電機(jī)的發(fā)明和應(yīng)用開(kāi)創(chuàng)了世界電氣化的新時(shí)期。自從1812年法拉第發(fā)現(xiàn)了利用電磁力將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的可能性，1831年又發(fā)現(xiàn)了將

13、機(jī)械能裝換成電能的電磁感應(yīng)定律以后，各種電機(jī)相繼問(wèn)世。其中發(fā)明最早的是直流電機(jī)，當(dāng)時(shí)已應(yīng)用于照明、化學(xué)工業(yè)和城市交通運(yùn)輸?shù)确矫妗ｋS著用電區(qū)域和輸電距離的擴(kuò)大，又發(fā)明了變壓器和同步電機(jī)。特別是在十九世紀(jì)末，三相同步發(fā)電機(jī)、三相變壓器和三相異步電動(dòng)機(jī)的出現(xiàn)，使得電機(jī)工業(yè)得到了更為迅速的發(fā)展1。進(jìn)入二十一世紀(jì)以后，由于人們對(duì)電機(jī)理論研究的日益深入，許多新的導(dǎo)磁材料和絕緣材料的采用，冷卻方法的改善，電機(jī)的單機(jī)容量在不斷擴(kuò)大，而同容量電機(jī)的外型尺寸和重量卻逐漸減小，電機(jī)的性能更加提高，許多使用于各種行業(yè)和不同環(huán)境的電機(jī)新品種陸續(xù)制成。隨著生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化和遙測(cè)遙控技術(shù)的發(fā)展，各種微型控制電機(jī)紛紛出現(xiàn)，并得

14、到了迅速?gòu)V泛的發(fā)展和應(yīng)用。電機(jī)的種類很多，它們的理論分析也日益深入和完善。直流電機(jī)是工業(yè)上廣泛使用的一種電機(jī)，它是旋轉(zhuǎn)電機(jī)的一種，當(dāng)作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，由直流電源供電，驅(qū)動(dòng)機(jī)械負(fù)載旋轉(zhuǎn)；當(dāng)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，由原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，供電給各種需用直流的用電裝置。微型直流電機(jī)常作為自動(dòng)控制裝置中的元件，進(jìn)行機(jī)、電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。直流發(fā)電機(jī)主要作為工業(yè)部門(mén)所需要的直流電源，曾得到長(zhǎng)期和普遍的應(yīng)用。近年來(lái)，隨著電子工業(yè)的發(fā)展，用可控硅整流電源來(lái)代替直流發(fā)電機(jī)已日益廣泛。但是在無(wú)交流輸電網(wǎng)絡(luò)供電而需要直流電源以及如真空冶煉等特殊需要直流供電的場(chǎng)合，直流電機(jī)仍然是必需的。直流電動(dòng)機(jī)是拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的一種動(dòng)力設(shè)備，與交流電動(dòng)

15、機(jī)相比較，它具有良好的起動(dòng)性能和調(diào)速性能，因此獲得廣泛的使用，并且在不斷發(fā)展。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度的不斷提高，要求直流電動(dòng)機(jī)具有更高的動(dòng)態(tài)特性，較大的過(guò)載能力，更寬的調(diào)速范圍，較低的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,不斷提高產(chǎn)品的可靠性,耐用性和主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo);在某些場(chǎng)合則要求提高大型直流電機(jī)的單機(jī)功率;要求發(fā)展更多能適應(yīng)特種用途和在特殊環(huán)境條件下使用的專用直流電機(jī)2。由于直流電機(jī)的生產(chǎn)不斷發(fā)展，對(duì)直流電機(jī)的要求日益提高，在直流電機(jī)設(shè)計(jì)方面應(yīng)該積極開(kāi)展的工作是多方面的。如結(jié)合新技術(shù)、新工藝、新材料的發(fā)展，不斷改進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)；提高產(chǎn)品的系列化、部件的通用化和零件的標(biāo)準(zhǔn)化程度；擴(kuò)大電子計(jì)算機(jī)

16、在設(shè)計(jì)上的應(yīng)用；進(jìn)一步對(duì)直流電機(jī)的電磁場(chǎng)、換向、通風(fēng)散熱和振動(dòng)噪聲等問(wèn)題的研究等。本章小結(jié)本章主要介紹了課題研究的背景和意義以及研究的主要內(nèi)容和需要做的工作。其中，對(duì)直流電機(jī)的發(fā)展做了概述，還對(duì)單片機(jī)做了簡(jiǎn)要的介紹，并且對(duì)在設(shè)計(jì)中所需要的軟件進(jìn)行了了解，使我們掌握了一種畫(huà)圖工具和仿真工具的使用及他們的特點(diǎn)，對(duì)以后的工作有很大的幫助。本章的目的就是讓大家對(duì)本課題有一個(gè)簡(jiǎn)單的認(rèn)識(shí)。第2章 直流電機(jī)第2章 直流電機(jī)2.1 直流電機(jī)的特點(diǎn)和用途2.1.1 直流電機(jī)的特點(diǎn)和其他旋轉(zhuǎn)電機(jī)一樣，一般的直流電機(jī)在結(jié)構(gòu)上具有旋轉(zhuǎn)部分和靜止部分；在作用原理上實(shí)行機(jī)電能量的轉(zhuǎn)換；在性能上使發(fā)電機(jī)的電壓或電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速

17、能滿足使用要求。除此之外，直流電機(jī)還有其他特點(diǎn)。直流電機(jī)在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)是：具有旋轉(zhuǎn)的電樞和換向器；旋轉(zhuǎn)的換向器和靜止的電刷裝置間構(gòu)成滑動(dòng)接觸，使外電路和電樞繞組相連通；磁極是靜止的，它所產(chǎn)生的磁場(chǎng)是穩(wěn)定的。直流電機(jī)的磁極可以用具有勵(lì)磁繞組的鐵心做成，也可以用永久磁鋼做成，前者用于一般的直流電機(jī)，后者常用于控制用直流電機(jī)或特種直流電機(jī)。勵(lì)磁繞組有并勵(lì)繞組和串勵(lì)繞組兩類，根據(jù)他們的不同聯(lián)接情況可以形成他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)、復(fù)勵(lì)四種不同的勵(lì)磁方式。不同的勵(lì)磁方式使直流電機(jī)具有不同的特性，可以適應(yīng)不同的用途。直流電機(jī)的大小一般按電樞直徑尺寸來(lái)劃分：電樞直徑小于或等于368毫米的，通稱為小型直流電機(jī)；電樞直

18、徑大于368毫米而又小于或等于990毫米的，通稱為中型直流電機(jī)；電樞直徑大于990毫米的，通稱為大型直流電機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)在性能方面的特點(diǎn)是：能夠在寬廣范圍內(nèi)平滑而又方便的無(wú)級(jí)調(diào)速；可實(shí)現(xiàn)頻繁的快速起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)；具有較高的過(guò)載能力，能夠承受頻繁的沖擊負(fù)載；能適應(yīng)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的要求，根據(jù)不同設(shè)備的需要而制造出滿足其特殊要求的運(yùn)行特性。 直流發(fā)電機(jī)在性能方面的特點(diǎn)是：輸出電壓易于調(diào)節(jié)或控制；能夠滿足不同控制系統(tǒng)所要求的電源特性；具有較大的過(guò)載能力4。2.1.2 直流電機(jī)的用途直流電機(jī)廣泛應(yīng)用于礦山機(jī)械、冶金、軋鋼、起重、船舶、電傳動(dòng)機(jī)車(chē)、機(jī)床、紡織、印染、造紙、印刷、水泥和化工等工業(yè)設(shè)備中需要

19、寬廣調(diào)速的動(dòng)力系統(tǒng)和自動(dòng)化控制系統(tǒng)。直流發(fā)電機(jī)常作為直流供電電源和同步電機(jī)的勵(lì)磁機(jī)等。具體來(lái)說(shuō)，他勵(lì)或并勵(lì)電動(dòng)機(jī)用于起動(dòng)轉(zhuǎn)速不大的恒速負(fù)載或要求調(diào)速的傳動(dòng)系統(tǒng)，如：離心泵、風(fēng)扇、金屬切削機(jī)床、紡織印染機(jī)械、造紙機(jī)和印刷機(jī)等。復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)用于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大而轉(zhuǎn)速變化不大的負(fù)載，如空氣壓縮機(jī)和冶金輔助傳動(dòng)機(jī)械等。串勵(lì)電動(dòng)機(jī)用于高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速允許有較大變化的負(fù)載，如蓄電池供電車(chē)、起貨機(jī)、起錨機(jī)、電車(chē)、電傳動(dòng)機(jī)等。他勵(lì)發(fā)電機(jī)常用于電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的寬廣調(diào)速。并勵(lì)發(fā)電機(jī)常作為充電、冶煉、電解、電鍍等用的直流電源。積復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)作為電壓變化較小的一般直流供電電源5。2.2 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)

20、2.2.1 直流電機(jī)結(jié)構(gòu)的組成（1）直流電機(jī)結(jié)構(gòu)的主要組成部分有：1、子部分：包括機(jī)座、主磁極、換向極和補(bǔ)償繞組等；2、樞部分：包括電樞鐵心、電樞繞組和換向器等；3、刷裝置部分：包括電刷、刷握、刷桿和導(dǎo)電環(huán)等；4、械支撐部分：包括轉(zhuǎn)軸、端蓋、軸承和底板等；5、風(fēng)和防護(hù)裝置部分：包括風(fēng)扇或風(fēng)機(jī)、冷卻器、過(guò)濾器、防護(hù)端罩和檔風(fēng)板等。 這些零部件要能承受電機(jī)的機(jī)械負(fù)載（包括沖擊性負(fù)載、電磁力和振動(dòng)等）、電磁負(fù)載（包括過(guò)電壓和過(guò)電流等）和熱負(fù)載。有些零部件尺寸要經(jīng)過(guò)計(jì)算后才能確定，有些則根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)選取。合理的結(jié)構(gòu)可以提高電機(jī)運(yùn)行的可靠性和便于維護(hù)。 各種直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)是基本相似的，但也隨功率大小、轉(zhuǎn)

21、速高低、冷卻方式、防護(hù)類型、運(yùn)行特性、安裝型式與運(yùn)輸要求等因素有所差異。（2）常見(jiàn)的大、中、小型直流電機(jī)在結(jié)構(gòu)上的某些主要差別是1、通風(fēng)冷卻方式：中小型電機(jī)一般采用自冷或自扇式通風(fēng);而大型電機(jī)普遍采用強(qiáng)制循環(huán)通風(fēng)或直通式通風(fēng)；2、座結(jié)構(gòu)方面：中小型電機(jī)常用鑄鋼、鋼板焊接或疊片整體結(jié)構(gòu)機(jī)座； 而大型電機(jī)用鑄鋼、鋼板焊接或疊片式分半結(jié)構(gòu)機(jī)座；3、樞鐵心結(jié)構(gòu)方面：中小型電機(jī)用整圓沖片、疊片鐵心直接套裝在滾花或帶鍵的軸上，部分中型電機(jī)采用整圓沖片疊裝在電樞支架上；大型電機(jī)用扇形電樞沖片拼合成圓，沖片與支架之間用切向和徑向楔鍵或鴿尾筋固定；4、承型式方面：小型電機(jī)常用滾動(dòng)軸承；大中型電機(jī)用座式滑動(dòng)軸承。

22、對(duì)載荷較大的滑動(dòng)軸承，采用油盤(pán)式帶油潤(rùn)滑和高壓油泵頂起裝置；5、向器方面：小型電機(jī)常采用塑料換向器、鉚接式換向器或螺帽緊固式換向器，換向器直接套裝在軸上；大型電機(jī)采用長(zhǎng)螺桿緊固的拱式換向器或分段換向器，換向器懸掛地固定在電樞支架上；6、電刷裝置方面：小型電機(jī)的電刷裝置固定在端蓋上，刷握一般用直刷盒；部分中型電機(jī)及大型電機(jī)的刷握形式有直刷盒、斜刷盒；大型電機(jī)的電刷裝置為分半結(jié)構(gòu)，固定于定子機(jī)座或獨(dú)立的支架上7、與原動(dòng)機(jī)或傳動(dòng)機(jī)械的連接方式：小型電機(jī)一般采用彈性聯(lián)接；大型電機(jī)采用剛性連接。2.2.2 直流電機(jī)結(jié)構(gòu)詳細(xì)介紹2.2.2.1定子結(jié)構(gòu)定子結(jié)構(gòu)直流電機(jī)定子的作用是用來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)，并作為機(jī)械的支

23、撐。它主要由機(jī)座、主磁極鐵心盒線圈、換向極鐵心盒線圈、補(bǔ)償繞組、定子引線電纜等零部件組成。（1）機(jī)座：直流電機(jī)的機(jī)座是磁路的組成部分，也是固定主磁極、換向極、端蓋等零部件的支撐件。它一般由導(dǎo)磁性較好的鑄鋼或鋼板焊接構(gòu)成。機(jī)座壁厚主要取決于磁通密度的大小，同時(shí)也應(yīng)有足夠的剛度，使電機(jī)運(yùn)行時(shí)不產(chǎn)生有害的變形和振動(dòng)。（2）主磁極：主磁極的作用是產(chǎn)生主磁通，它由鐵心、線圈、磁極壓板、極身絕緣和緊固件組成。主磁極一般是用螺栓固定在機(jī)座上。主磁極鐵心的緊固按鐵心的長(zhǎng)短分別用焊接、鉚接和螺桿緊固三種方法。主磁極勵(lì)磁繞組有并勵(lì)和串勵(lì)兩種，繞組的安排和布置應(yīng)考慮到有利于繞組的通風(fēng)冷卻和有效地利用定子空間。（3）

24、換向極：換向極用以改善換向，它裝在相鄰主磁極間地幾何中心線上，由換向極鐵心和換向極線圈組成，用螺桿固定在機(jī)座上。（4）補(bǔ)償繞組：它用來(lái)抵消主磁極極弧范圍內(nèi)的交軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)，以改善電機(jī)的換向性能。補(bǔ)償繞組均勻分布在主磁極極靴的槽內(nèi)，其基本結(jié)構(gòu)形式有菱形、同心式和條式三種。2.2.2.2 電樞直流電機(jī)的電樞是旋轉(zhuǎn)部件，用以實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。它主要由軸、電樞鐵心、電樞支架、電樞繞組、換向器和風(fēng)扇等零部件組成（1）軸：轉(zhuǎn)軸的作用是擔(dān)負(fù)電樞的全部重量和傳遞轉(zhuǎn)矩。因此在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，它將受扭矩、彎矩、單向磁拉力、軸向推力以及扭振時(shí)所產(chǎn)生的交變力矩。軸的結(jié)構(gòu)和材料選取要保證有足夠的強(qiáng)度和剛度。（2）電樞鐵

25、心：電樞鐵心是電機(jī)磁路的組成部分，又是電樞繞組的支撐件。它由0.5毫米厚的兩面涂有絕緣漆的硅鋼片疊裝而成，以減少其磁滯和渦流損耗。（3）電樞支架：電樞支架是電樞鐵心的支撐件，能減輕電樞重量和有利于電樞的通風(fēng)冷卻。（4）電樞繞組：電樞繞組是用來(lái)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和通過(guò)電流，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。它通常由圓形和矩形截面的銅線繞成。（5）換向器：換向器是直流電機(jī)的重要部件，它和電樞繞組相連接，并與電刷間保持滑動(dòng)接觸。它的作用是將電樞繞組中感應(yīng)的交流電動(dòng)勢(shì)經(jīng)過(guò)電刷變?yōu)橹绷麟妱?dòng)勢(shì)，或把外電路通過(guò)電刷的直流電流轉(zhuǎn)換成電樞繞組中所需要的交流電流。換向器是由梯形截面的銅排和絕緣材料等緊固而成。2.2.2.3 電刷裝置電刷裝置

26、是直流電機(jī)的主要導(dǎo)電部分，它和旋轉(zhuǎn)的換向器之間保持滑動(dòng)接觸，使電樞繞組和外電路相連。2.2.2.4 軸承裝置軸承的作用是支持電樞的重量和其他的作用力，并使電樞能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)。2.2.2.5 端蓋端蓋是保護(hù)電機(jī)內(nèi)部和構(gòu)成風(fēng)路的一個(gè)部件，它一般用鑄鐵做成。2.3 直流電機(jī)的工作原理2.3.1 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理直流電動(dòng)機(jī)的工作原理是建立在皮薩電磁力定律的基礎(chǔ)上。下面介紹一下皮薩電磁力定律。根據(jù)實(shí)驗(yàn)可知，若磁場(chǎng)與載流導(dǎo)體互相垂直，則作用在導(dǎo)體上的電磁力應(yīng)為f=bil式中 b為磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度（韋每平方米）； i為導(dǎo)體中的電流（安）； l為導(dǎo)體的有效長(zhǎng)度（米）。算出來(lái)的電磁力單位是牛。力的方向用左手定則

27、決定。由于絕大多數(shù)的電動(dòng)機(jī)都須作連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此必須使載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中所受到的電磁力，形成一種方向不變的轉(zhuǎn)矩。有一對(duì)固定的磁極（一般是電磁鐵，也可以是永久磁鐵），兩極間裝著一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵質(zhì)圓柱體，圓柱體的表面上固定著一個(gè)線圈，上線圈邊長(zhǎng)為a，下線圈邊長(zhǎng)為x（下面把裝有線圈的鐵質(zhì)圓柱體成為電樞）。當(dāng)線圈中通入直流電流時(shí)，線圈邊a和x上均受到電磁力，根據(jù)左手定則決定力的方向，這一對(duì)電磁力形成了作用于電樞的一個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向是逆時(shí)針?lè)较?。若電樞轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈邊a和x的位置互換，而線圈中通過(guò)的還是直流電流，則所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向卻變?yōu)轫槙r(shí)針?lè)较蛄?，因此電樞受到一種方向交變的電磁轉(zhuǎn)矩。這種交變

28、的電磁轉(zhuǎn)矩只能使電樞來(lái)回?fù)u擺，而不能使電樞連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。顯然，要使電樞受到一個(gè)方向不變的電磁轉(zhuǎn)矩，關(guān)鍵在于，當(dāng)線圈邊在不同極性的磁極下，如何將流過(guò)線圈中的電流方向及時(shí)的加以變換，即進(jìn)行所謂“換向”。為此必須增添一個(gè)叫做換向器的裝置。換向器由互相絕緣的銅質(zhì)換向片構(gòu)成，裝在軸上，也和電樞絕緣，且和電樞一起旋轉(zhuǎn)。換向器又與兩個(gè)固定不動(dòng)的電刷ab接觸。裝了這種換向器以后，若將直流電壓加于電刷端，直流電流經(jīng)電刷流過(guò)電樞上的線圈，則產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，電樞在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下就旋轉(zhuǎn)起來(lái)。電樞一經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)，由于換向器對(duì)電流的換向作用，直流電流交替地由線圈邊流入，使線圈邊只要處于磁極地北極下，其中通過(guò)電流地方向總是由電刷流入

29、地方向，而在南極下時(shí)總是從電刷b流出地方向。這就保證了每個(gè)極下線圈邊中的電流始終是一個(gè)方向。這樣使電動(dòng)機(jī)能連續(xù)的旋轉(zhuǎn)。這就是直流電動(dòng)機(jī)的工作原理6。2.3.2 直流發(fā)電機(jī)的工作原理直流發(fā)電機(jī)的工作原理就是把電樞線圈中感應(yīng)的交變電勢(shì)，靠換向器的換向作用，從電刷端引出時(shí)變?yōu)橹绷麟妱?shì)的原理。 電刷上不加直流電壓，用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電樞逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，線圈邊ab和cd就分別切割不同極性磁極下的磁力線，而感應(yīng)出電勢(shì)，電勢(shì)方向按右手定則決定。由于電樞連續(xù)的旋轉(zhuǎn)線圈邊交替的切割磁極下的磁力線。每個(gè)線圈邊和整個(gè)線圈中的感應(yīng)電勢(shì)的方向是交變的，線圈內(nèi)的感應(yīng)電勢(shì)是交流電勢(shì)，而在電刷的電勢(shì)為直流電勢(shì)。因?yàn)樵陔姌修D(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中

30、，無(wú)論電樞轉(zhuǎn)到什么位置，由于換向器的換向作用，電刷a通過(guò)換向片所引出的電勢(shì)始終是切割s極磁力線的線圈邊中的電勢(shì)，因此電刷a始終有正極性。同樣道理，電刷b始終有負(fù)極性，所以電刷端能引出方向不變的，但大小變化的脈很電勢(shì)。如每極下的線圈數(shù)增多，就可獲得直流電勢(shì)。這就是直流發(fā)電機(jī)的工作原理。同時(shí)也說(shuō)明了直流發(fā)電機(jī)實(shí)質(zhì)上是帶有換向器的交流發(fā)電機(jī)。從上述基本電磁情況來(lái)看，一臺(tái)直流電機(jī)即可作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，也可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，只是外界的條件不同而已。在直流電機(jī)的兩電刷端上，加上直流電壓，將電能輸入，電機(jī)既可拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械，將電能變?yōu)闄C(jī)械能而成為電動(dòng)機(jī)；如果原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)直流電機(jī)的電樞這個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)部件，而電刷上不加直

31、流電壓，則電刷端可以引出直流電勢(shì)作為直流電源，可輸送出電能，電機(jī)將機(jī)械能變換成電能而成為發(fā)電機(jī)。這種同一臺(tái)電機(jī)，能作電動(dòng)機(jī)或作發(fā)電機(jī)運(yùn)行的原理，在電機(jī)理論中稱為可逆原理。2.4 直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)及主要系列2.4.1 直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)每臺(tái)直流電機(jī)的機(jī)座上都有一個(gè)銘牌。上面標(biāo)注著一些叫做額定值的銘牌數(shù)據(jù)。額定值是電機(jī)制造廠對(duì)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，對(duì)有關(guān)的電量或機(jī)械量所規(guī)定的數(shù)據(jù)。若電機(jī)運(yùn)行時(shí)，這些電量和機(jī)械量都符合額定值，這樣的電機(jī)運(yùn)行情況稱為額定工況。在額定工況下運(yùn)行，可以保證電機(jī)正常的工作，并且具有良好的性能。直流電機(jī)的額定值有額定功率，額定電壓，額定電流，額定轉(zhuǎn)速，額定勵(lì)磁電壓，額定勵(lì)磁電流和

32、勵(lì)磁方式等。直流電動(dòng)機(jī)的額定功率是指輸出的機(jī)械功率，它等于額定電壓和額定電流的乘積，再乘以電動(dòng)機(jī)的效率。直流發(fā)電機(jī)的額定功率是指電機(jī)出線端輸出的電功率，它等于額定電壓和額定電流的乘積。2.4.2 直流電機(jī)的主要系列為了產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，電機(jī)制造廠生產(chǎn)的產(chǎn)品有很多是系列電機(jī)。所謂系列電機(jī)就是在應(yīng)用范圍、結(jié)構(gòu)形式、性能水平、生產(chǎn)工藝等方面有共同性，功率按一定比例系數(shù)遞增，并成批生產(chǎn)的一系列電機(jī)。我國(guó)直流電機(jī)的主要系列簡(jiǎn)單介紹如下： z2系列：為一般用途的小型直流電機(jī)系列，型號(hào)涵義是“z”表示“直流”，“2”表示“第二次改型設(shè)計(jì)”。z2系列的電動(dòng)機(jī)使用于恒速或調(diào)速范圍不大于1：4的電力拖動(dòng)系統(tǒng)中

33、。z2系列的發(fā)電機(jī)可作照明、動(dòng)力電源或其他恒壓供電之用。系列容量為0.4200千瓦。電動(dòng)機(jī)的電壓為110、220伏，轉(zhuǎn)速為600、750、1000、1500、3000轉(zhuǎn)/分。發(fā)電機(jī)的電壓為115、230伏，轉(zhuǎn)速為960、1450、2850轉(zhuǎn)/分。z和zf系列：為一般用途的中大型直流電機(jī)系列?！皕”為直流電動(dòng)機(jī)型號(hào)；“zf”為直流發(fā)電機(jī)型號(hào)。本系列中，中型直流電動(dòng)機(jī)用于拖動(dòng)軋延機(jī)床的輔助機(jī)構(gòu)，和其他需要廣泛變速的中型和大型的金屬切削機(jī)床，挖土機(jī)、造紙機(jī)及卷?yè)P(yáng)機(jī)等。zzj系列：這個(gè)系列是專供起重冶金工業(yè)用的專用直流電動(dòng)機(jī)。它們具有快速起動(dòng)和承受較大過(guò)載倍數(shù)的特性。還有其它各種型號(hào)的直流電機(jī)。各種型

34、號(hào)直流電機(jī)的詳細(xì)規(guī)格，技術(shù)指標(biāo)等可查閱產(chǎn)品目錄或電機(jī)工程手冊(cè)。2.5 直流電機(jī)的運(yùn)行原理直流電機(jī)是拖動(dòng)系統(tǒng)中進(jìn)行機(jī)電能量變換的元件，必須了解直流電機(jī)的內(nèi)部規(guī)律，才能掌握其性能而有效的使用直流電機(jī)。本節(jié)以電動(dòng)機(jī)為主要研究對(duì)象，在學(xué)習(xí)了直流電機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)，并具備了關(guān)于直流電機(jī)電樞電路和磁場(chǎng)的一些理性知識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行深入分析直流電機(jī)負(fù)載時(shí)的電磁過(guò)程，以及所表現(xiàn)的特性，為學(xué)習(xí)后續(xù)內(nèi)容提供必要的基礎(chǔ)知識(shí)。2.5.1 直流電機(jī)的基本方程式直流電機(jī)的基本方程式是指直流電機(jī)的電系統(tǒng)中的電勢(shì)平衡方程式，和機(jī)械系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)矩平衡方程式。這兩種方程式綜合了電機(jī)內(nèi)部的電磁過(guò)程，以及表達(dá)了電機(jī)外部的運(yùn)行特性。下面分

35、別討論這兩種基本方程式。1、電勢(shì)平衡方程式直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)，就某磁場(chǎng)的激勵(lì)情況而言，是一種定子和轉(zhuǎn)子雙方勵(lì)磁的電磁系統(tǒng)。前已指出，由于電刷與換向器的作用，電樞電流產(chǎn)生的電樞磁勢(shì)方向與勵(lì)磁磁勢(shì)方向始終互相垂直，這說(shuō)明電樞繞組的軸線勵(lì)磁繞組的軸線互相垂直，所以勵(lì)磁磁勢(shì)與電樞繞組之間不存在交鏈作用，但是電樞繞組又在切割勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，即兩者之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這說(shuō)明勵(lì)磁回路與電樞回路之間一方面不存在互感作用，另一方面轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞回路切割氣隙磁場(chǎng)，則在其中存在一種由旋轉(zhuǎn)而感應(yīng)的電勢(shì)，這個(gè)電勢(shì)就是電樞繞組的支路電勢(shì)e=。考慮到直流電機(jī)這種特殊關(guān)系不計(jì)電機(jī)磁路的飽和效應(yīng)，將這兩個(gè)電路中的一些參數(shù)均視為常數(shù)，

36、若電磁量和機(jī)械量均為時(shí)間函數(shù)，根據(jù)基爾霍夫定律，可列出并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的電樞回路與勵(lì)磁回路的瞬態(tài)的電勢(shì)平衡方程式如下： （2-1） （2-2） 式中 電源電壓； 電樞繞組上的端電壓； 勵(lì)磁繞組上的端電壓； 電樞電流； 勵(lì)磁電流； 電樞電路的電阻； 勵(lì)磁回路的電阻； 勵(lì)磁回路的自感系數(shù)；電樞回路的自感系數(shù)；電動(dòng)機(jī)的機(jī)械角速度。若電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，則電路中的電磁量與機(jī)械量不是時(shí)間的函數(shù)，式(2-1)和(2-2)變?yōu)?（2-3） （2-4）若電機(jī)作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，因感應(yīng)電勢(shì)不是反電勢(shì)性質(zhì)，在電機(jī)里發(fā)生電磁功率而不是吸收電磁功率，電樞電流方向與感應(yīng)電勢(shì)的方向相同，則發(fā)電機(jī)的瞬態(tài)的電勢(shì)平衡方程式為 （2-5） （2-

37、6）穩(wěn)態(tài)的電勢(shì)平衡方程式則為 （2-7） （2-8）2、轉(zhuǎn)矩平衡方程式 根據(jù)力學(xué)中的牛頓定律，在直流電機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)中，任何瞬間必須保持轉(zhuǎn)矩平衡。 在電動(dòng)機(jī)中電磁轉(zhuǎn)矩m是拖動(dòng)性質(zhì)的，它必須與軸上機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩或稱阻轉(zhuǎn)矩及慣性轉(zhuǎn)矩相平衡。列出電動(dòng)機(jī)的瞬態(tài)的轉(zhuǎn)矩平衡方程式如下 （2-9）如電動(dòng)機(jī)以恒定角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，則，且電磁轉(zhuǎn)矩與機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩不是時(shí)間的函數(shù)，得出電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)的轉(zhuǎn)矩平衡方程式為 （2-10）在發(fā)電機(jī)中，原動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩為，其瞬態(tài)及穩(wěn)態(tài)的轉(zhuǎn)矩平衡方程式則為 （2-11） （2-12）2.5.2 直流電機(jī)的機(jī)電能量變換過(guò)程在直流電機(jī)中，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量變換是我們是用直流電機(jī)的目的，這也是直流電機(jī)在機(jī)

38、電系統(tǒng)中之所以成為一種重要元件的原因。在電機(jī)內(nèi)部的能量變換過(guò)程中，包含了四種能量形式：電能、機(jī)械能、磁場(chǎng)儲(chǔ)能和熱能。根據(jù)能量守恒原理，這些能量之間具有以下關(guān)系，(由電源輸入的電能)(磁場(chǎng)儲(chǔ)能的增加)+(變?yōu)闊崮艿哪芰繐p耗)+ (機(jī)械能輸出)對(duì)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，式中電能和機(jī)械能均為正值，對(duì)發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，均為負(fù)值。在能量變換過(guò)程中，必然會(huì)引起損耗，這些損耗將變?yōu)闊崮?。變換為熱能的能量主要包括三部分：一部分由消耗在導(dǎo)體電阻中的電能變換而來(lái)：另一部分由消耗于摩擦損耗和通風(fēng)損耗的機(jī)械能變換而來(lái)：還有一部分是由耦合磁場(chǎng)所吸收的消耗于鐵芯的損耗的能量變換而來(lái)。如果把上述三種能量損耗各自歸并到對(duì)應(yīng)的電能，機(jī)械能和磁場(chǎng)

39、能量中，可得下列平衡方程式，(電源輸入的電能減去電阻種能量損耗)(磁場(chǎng)中能量的增加加上鐵芯中損耗的能)+(輸出的機(jī)械能加上通風(fēng)、摩擦損耗的能量）直流電機(jī)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，其氣隙磁場(chǎng)不變，磁場(chǎng)的能量不增加，因此磁場(chǎng)并未直接參加能量變換，而僅起媒介作用。2.6 直流電機(jī)的使用下面以他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)為例來(lái)進(jìn)一步討論直流電機(jī)在使用時(shí)經(jīng)常遇到的起動(dòng)、調(diào)速、反轉(zhuǎn)和制動(dòng)等問(wèn)題。2.6.1 起動(dòng)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，轉(zhuǎn)子總是從靜止?fàn)顟B(tài)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)最后達(dá)到穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)的。由靜止?fàn)顟B(tài)到穩(wěn)定狀態(tài)這段過(guò)程稱為起動(dòng)過(guò)程。起動(dòng)瞬間的電樞電流稱為起動(dòng)電流，起動(dòng)瞬間的電磁轉(zhuǎn)矩稱為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。對(duì)于任何一種電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)。再起動(dòng)時(shí)都有下列兩個(gè)基本要求

40、：第一，有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。因?yàn)橹挥挟?dāng)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載的反抗轉(zhuǎn)矩時(shí)，電動(dòng)機(jī)才能改變?cè)瓉?lái)的靜止?fàn)顟B(tài)，帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，起動(dòng)過(guò)程所需要的時(shí)間就短。第二，動(dòng)電流不要超過(guò)安全范圍。如前所述，在直流電動(dòng)機(jī)中，因受換向的限制，電樞電流不能超過(guò)額定電流的1.52.5倍。因此，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流時(shí)表示電動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能好壞的兩個(gè)指標(biāo)。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，起動(dòng)電流小，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能就好。2.6.2 調(diào)速調(diào)速就是在一定的負(fù)載下，根據(jù)生產(chǎn)的需要人為地改變電動(dòng)機(jī)地轉(zhuǎn)速。這是生產(chǎn)機(jī)械經(jīng)常向電動(dòng)機(jī)提出地重要要求。調(diào)速性能地好壞往往影響到生產(chǎn)機(jī)械的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。電動(dòng)機(jī)調(diào)速的性能和特點(diǎn)通常用下列指標(biāo)來(lái)描述：1、調(diào)速范

41、圍2、調(diào)速的平滑性3、調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性4、調(diào)速的穩(wěn)定性5、調(diào)速方向6、調(diào)速時(shí)的允許負(fù)載2.6.3 反轉(zhuǎn)所謂反轉(zhuǎn)就是指改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，其關(guān)鍵在于如何改變電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的方向。如前所述，電磁轉(zhuǎn)矩的方向是由主磁極磁通的方向和電樞電流的方向決定的，兩者之中任意改變一個(gè)就可以改變電磁轉(zhuǎn)矩的方向具體方法：1、磁勵(lì)繞組接到電源去的兩根導(dǎo)線對(duì)調(diào)，也就是改變磁勵(lì)電壓的極性2、將電樞繞組接到電源取得兩根導(dǎo)線對(duì)調(diào)，也就是改變電樞電壓極性2.6.4 制動(dòng)很多生產(chǎn)機(jī)械不僅希望電動(dòng)機(jī)能很快起動(dòng)起來(lái)，還希望很快停止。這樣有利于縮短輔助工時(shí)，提高工作效率和安全操作?？墒窃陔妱?dòng)機(jī)斷電后自由停車(chē)時(shí)，由于轉(zhuǎn)子及其拖動(dòng)的機(jī)械負(fù)載的

42、慣性，往往需要較長(zhǎng)的時(shí)間才能停下來(lái)。為了解決要求電動(dòng)機(jī)迅速停車(chē)的矛盾，就需要對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行制動(dòng)，強(qiáng)迫立即停車(chē)。為了對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行制動(dòng)，就必須在電動(dòng)機(jī)停車(chē)的順間，在其軸上加上一個(gè)和原來(lái)轉(zhuǎn)向相反的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。其中最廣泛使用的一種制動(dòng)方法是能耗制動(dòng)，在制動(dòng)過(guò)程中，實(shí)際上是將轉(zhuǎn)子及其拖動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成電能消耗在制動(dòng)電阻上。本章小結(jié)本章對(duì)直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、用途、工作原理、運(yùn)行原理和使用方法都做了詳細(xì)的介紹，使我們對(duì)直流電機(jī)有了更深刻的了解，也為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了理論知識(shí)。第3章 紅外線遙控系統(tǒng) 第3章 紅外線遙控系統(tǒng)3.1 紅外遙控器信號(hào)發(fā)射原理簡(jiǎn)介通用紅外發(fā)射器由指令鍵、指令信號(hào)產(chǎn)生電路、調(diào)制電路

43、、驅(qū)動(dòng)電路以及紅外發(fā)射器組成(見(jiàn)圖1)。圖1 紅外遙控發(fā)射原理圖遙控器所產(chǎn)生的脈沖編碼的格式一般為：引導(dǎo)脈沖(頭)識(shí)別碼(用戶碼)鍵碼鍵碼的反碼。其引導(dǎo)脈沖為寬度為10ms左右的一個(gè)高脈沖和一個(gè)低脈沖的組合，用來(lái)是標(biāo)識(shí)指令碼的開(kāi)始。識(shí)別碼、鍵碼、鍵碼的反碼均為數(shù)據(jù)編碼脈沖，用二進(jìn)制數(shù)表示?！?”和“1”均由毫秒量級(jí)的高低脈沖的組合代表。識(shí)別碼(即用戶碼)是對(duì)每個(gè)遙控系統(tǒng)的標(biāo)識(shí)。通過(guò)對(duì)識(shí)別碼的檢驗(yàn)，每個(gè)遙控器只能控制一個(gè)設(shè)備動(dòng)作，有效的防止多個(gè)設(shè)備之間的串?dāng)_。當(dāng)指令鍵按下時(shí)，指令信號(hào)產(chǎn)生電路便產(chǎn)生脈沖編碼。鍵碼后面一般還要有鍵碼的反碼，用來(lái)檢驗(yàn)鍵碼接收的正確性，防止誤動(dòng)作，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。這些

44、指令信號(hào)由調(diào)制電路調(diào)制成3240khz的信號(hào)，經(jīng)調(diào)制后輸出，最后由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射器件發(fā)出紅外遙控信號(hào)14。3.2 遙控技術(shù)及控制原理3.2.1 遙控技術(shù)遙控技術(shù)是指實(shí)現(xiàn)對(duì)被控目標(biāo)的遠(yuǎn)距離控制。按控制指令的傳輸過(guò)程來(lái)分,遙控可分為有線遙控和無(wú)線遙控兩大類。有線遙控是指利用金屬導(dǎo)線、光導(dǎo)纖維等傳導(dǎo)導(dǎo)體作為傳輸媒體,實(shí)現(xiàn)對(duì)被控目標(biāo)的控制。無(wú)線遙控則是指利用無(wú)線電波、紅外線、超聲波等作為載體,不用導(dǎo)線,而在空間傳輸,實(shí)現(xiàn)對(duì)被控目標(biāo)的控制。3.2.2 遙控系統(tǒng)的一般原理遙控系統(tǒng)一般由發(fā)射器和接收器兩部分組成。發(fā)射器一般由指令鍵、指令編碼電路、調(diào)制電路、驅(qū)動(dòng)電路、發(fā)射電路等幾部分組成。如圖2-1 (

45、a) 所示,當(dāng)按下時(shí),指令編碼電路產(chǎn)生相應(yīng)的指令編碼信號(hào),編碼指令信號(hào)對(duì)載體進(jìn)行調(diào)制,再由驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行功率放大之后由發(fā)射電路向外發(fā)射經(jīng)過(guò)調(diào)制的指令編碼信號(hào)。接收器一般由接收電路、放大電路、解調(diào)電路、指令譯碼電路、驅(qū)動(dòng)電路、執(zhí)行電路等幾部分組成。如圖2-1(b) 所示,接收電路將發(fā)射器發(fā)射的已調(diào)制的編碼指令信號(hào)接收下來(lái),并進(jìn)行放大后送解調(diào)電路。解調(diào)電路將已調(diào)制的編碼信號(hào)解調(diào)下來(lái),即還原為編碼信號(hào)。指令譯碼器將編碼指令信號(hào)進(jìn)行譯碼,最后由驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路實(shí)現(xiàn)各種指令的操作控制。3.3 紅外遙控器信號(hào)接收芯片外圍電路接收電路可以使用集成紅外接收器成品。一般不需要任何外接元件就能完成從紅外接收到

46、輸出1ttl 電平兼容信號(hào)的所有工作。注意選擇接收器件時(shí)要保證接收器件的中心頻率與發(fā)射信號(hào)的中心頻率相匹配。接收器對(duì)外只有3個(gè)引腳：、gnd和1個(gè)脈沖信號(hào)輸出out。與單片機(jī)接口非常方便(見(jiàn)圖2)。圖2 紅外遙控信號(hào)接受芯片外圍電路第3章 紅外線遙控系統(tǒng)脈沖信號(hào)輸出接cpu的普通輸入引腳或中斷輸入引腳(ioint)。采取這種連接方法，軟件解碼既可工作于查詢方式，也可工作于中斷方式。在實(shí)際應(yīng)用中，還可以進(jìn)一步增加抑制干擾電路和提高驅(qū)動(dòng)能力電路，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性15。3.4 頻分遙控系統(tǒng)頻分制紅外線遙控就是指令信號(hào)產(chǎn)生電路以不同頻率的電信號(hào)代表不同的控制指令。當(dāng)不同的指令鍵被按下時(shí)，指令信號(hào)產(chǎn)生電

47、路就產(chǎn)生不同頻率的指令信號(hào)。接收器中指令信號(hào)檢出電路就是對(duì)應(yīng)發(fā)射器的不同指令信號(hào)頻率的頻率選擇電路，簡(jiǎn)稱選頻電路。對(duì)應(yīng)每一個(gè)指令，就要有個(gè)選頻電路。紅外發(fā)射、接收器件發(fā)射與接收的是波長(zhǎng)為的近紅外光，頻分制遙控電路中指令信號(hào)的頻率一般為幾百hz一幾十khz，由于采用這種頻分制遙控方式時(shí)紅外光具有較強(qiáng)的抗干擾能力，因此，一般情況下，頻分制紅外遙控的發(fā)射器中不用調(diào)制電路，不同頻率的指令信號(hào)直接加至驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射器件發(fā)射不同頻率的近紅外光信號(hào)。當(dāng)然，接收器中的解調(diào)電路也就不需要了。這樣一來(lái)，電路得到簡(jiǎn)化，成本隨之降低。當(dāng)然，遙控系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)電路也可保留，這對(duì)于提高電路抗干擾能力有好處，不過(guò)

48、電路復(fù)雜一些，成本高一些。頻分制紅外線遙控電路原理簡(jiǎn)單，易于組裝，是一種應(yīng)用較廣的紅外遙控系統(tǒng)。但由于每有一個(gè)指令信號(hào)，接收電路就要有一個(gè)選頻電路相對(duì)應(yīng)，當(dāng)系統(tǒng)的通道數(shù)較多時(shí)，電路將會(huì)變得非常復(fù)雜和龐大，且各通道間可能會(huì)產(chǎn)生串路干擾，因此，當(dāng)通道數(shù)目較多時(shí)，一般采用碼分制紅外遙控電路16。3.5 碼分遙控系統(tǒng)碼分制紅外遙控電路就是指令信號(hào)產(chǎn)生電路以不同的脈沖編碼(不同的脈沖數(shù)目及組合)代表不同的指令。當(dāng)不同的指令鍵被按下時(shí)，指令信號(hào)產(chǎn)生電路將產(chǎn)生不同脈沖編碼的指令信號(hào)，也就是進(jìn)行編碼，然后經(jīng)調(diào)制電路調(diào)制，變?yōu)榫幋a脈沖調(diào)制信號(hào)，再由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射器件發(fā)射紅外光信號(hào)。接收器接收下來(lái)的信號(hào)經(jīng)過(guò)

49、前置放大后，送入解調(diào)電路，對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，再經(jīng)指令信號(hào)檢出電路檢出指令信號(hào)。這里的指令信號(hào)檢出電路就是與發(fā)射器中編碼電路相對(duì)應(yīng)的譯碼電路，它將指令信號(hào)譯出。由上述可見(jiàn)，紅外線遙控系統(tǒng)中的指令信號(hào)產(chǎn)生及檢出電路，在頻分制系統(tǒng)中由多頻振蕩電路及頻率選擇電路構(gòu)成，在碼分制系統(tǒng)中則由編碼電路及譯碼電路構(gòu)成。這是頻分制與碼分制紅外遙控系統(tǒng)約主要區(qū)別。另外、在頻分制中調(diào)制與解調(diào)電路可以省去，而在碼分制中，就不可省去。這是因?yàn)榇a分制系統(tǒng)編碼脈沖的頻率極低，為超低額，如果不用調(diào)制與解調(diào)電路，外界突然的光線變化可能會(huì)對(duì)接收電路造成干擾，產(chǎn)生誤動(dòng)作，系統(tǒng)的抗干擾能力及可靠性就難以保證17。本章小結(jié)紅外線遙控系

50、統(tǒng)就是指利用紅外線來(lái)傳遞控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制對(duì)象的遠(yuǎn)距離控制的目的；具體來(lái)講，就是由發(fā)射器發(fā)出紅外線指令信號(hào)，由接收器接收信號(hào)并對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，最后實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)象的各種功能的遠(yuǎn)距離控制。同時(shí)本章還介紹了頻分制與碼分制的紅外遙控系統(tǒng)。第4章 紅外線電機(jī)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)第4章 紅外線電機(jī)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)4.1 紅外線控制電機(jī)設(shè)計(jì)原理4.1.1 紅外線發(fā)射與接受器件介紹紅外發(fā)光二極管是只有一個(gè)pn結(jié)的半導(dǎo)體器件，它與普通發(fā)光二極管(如：紅、綠、黃、發(fā)光二極管)結(jié)構(gòu)原理與制作工藝基本相同，只是所用的材料不同。制造紅外發(fā)光二極管材料有砷化鎵、砷鋁化鎵等，其中應(yīng)用最多的是砷化鎵。在一塊砷化鎵半導(dǎo)體上，采用半導(dǎo)

51、體滲雜工藝使其部分為p型半導(dǎo)體，另一部分為n型半導(dǎo)體。在p型和n型半導(dǎo)體交界面就形成半導(dǎo)體pn結(jié)。p區(qū)多數(shù)載流子為空穴，少數(shù)載流子為空穴，并且具有一定的內(nèi)電場(chǎng)。當(dāng)給這個(gè)pn結(jié)加上正向電壓時(shí)(p區(qū)接正電壓，n區(qū)接負(fù)電壓)，在外加電壓的作用下。內(nèi)電場(chǎng)被抵消。這樣，n區(qū)的多數(shù)載流子(電子)在外電場(chǎng)的作用下注入p區(qū)，同時(shí)，p區(qū)的多數(shù)載流子(空穴)在外電場(chǎng)的作用下注入n區(qū)。實(shí)際上，外加正向電壓作用就是加強(qiáng)了多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。這些注入p區(qū)的電子和注入n區(qū)的空穴，對(duì)于注入?yún)^(qū)來(lái)講都是非平衡少數(shù)載流子。這些非平衡少數(shù)載流子不斷與注入?yún)^(qū)的多數(shù)載流子復(fù)合，將原來(lái)從外加電場(chǎng)吸收的能量以光子的形式釋放，從而發(fā)出光來(lái)

52、。這種發(fā)光過(guò)程叫輻射復(fù)合。這與導(dǎo)帶中的電子到價(jià)帶上與空穴復(fù)合一樣，要釋放出禁帶寬度大小的能量，這種能量的釋放是以發(fā)光的形式來(lái)進(jìn)行的。這就是pn結(jié)發(fā)光的基本原理18。紅外發(fā)光二極管一船采用環(huán)氧樹(shù)脂、玻璃、塑料等透明材料封裝，除白色透明材料封裝外，還可見(jiàn)到用藍(lán)色透明材料封裝的發(fā)光二極管。紅外發(fā)光二極管技發(fā)光功率的大小，可分為小功率(幾mw)、中功率(幾十mw)、大功率(幾百mw)三種。另外，紅外發(fā)光二極管除了頂面發(fā)光型，還有側(cè)面發(fā)光型。小功率管一般采用全塑封裝，也有部分是采用陶瓷底座，頂端用玻璃或環(huán)氧樹(shù)脂透鏡封裝的沖大功率管一般采用帶螺紋金屬底座，以便安裝散熱片。隨著發(fā)光功率的提高，相應(yīng)的管子的體

53、積也增大。4.1.2 控制器的設(shè)計(jì)原理根據(jù)電機(jī)調(diào)速和控制的特點(diǎn)，該控制器在原理上由兩部分組成，即紅外線發(fā)射電路和紅外線接收電路。在發(fā)射電路中，每一鍵對(duì)應(yīng)一紅外線信號(hào)，并由編碼電路編碼。當(dāng)操作該按鍵后，該編碼被紅外線發(fā)射管發(fā)射。接收電路的紅外線接收管收到該編碼信號(hào)后，經(jīng)放大電路傳輸給單片機(jī)，紅外線譯碼由單片機(jī)完成。單片機(jī)根據(jù)接收電路收到的信息，通過(guò)軟件完成譯碼，并根據(jù)代表的信息，執(zhí)行相應(yīng)功能，完成電機(jī)狀態(tài)調(diào)節(jié)。在正常運(yùn)行狀態(tài)，沒(méi)有控制信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)保持狀態(tài)不變。該接口電路只具有暫時(shí)記憶功能。停車(chē)或停電后，再啟動(dòng)時(shí)速度為零，需重新確定狀態(tài)。這樣，適于一般電機(jī)系統(tǒng)，有利于電機(jī)保護(hù)和生產(chǎn)安全。當(dāng)然，記憶

54、性可以根據(jù)實(shí)際情況改變。另外，為了避免發(fā)射時(shí)造成互相干擾，通常采用了異步單工的通信方式，即只由通信的一方發(fā)送，另一方只負(fù)責(zé)接收。一般紅外接收模塊的接收載波中心頻率是38 khz，在紅外傳輸過(guò)程中采用的是負(fù)邏輯。即有紅外線表示邏輯0，無(wú)紅外線表示邏輯1。所以本接收電路的接收信號(hào)是經(jīng)過(guò)反相后在送入單片機(jī)進(jìn)行解碼。而紅外接收頭在不接收時(shí)為低電平，接收到紅外信號(hào)時(shí)表現(xiàn)為高電平19。在本系統(tǒng)中，采用紅外發(fā)射，接收電路，其數(shù)據(jù)傳輸距離是比較近的。4.1.3 紅外發(fā)射電路模塊的設(shè)計(jì)原理發(fā)射電路的組成主要有控制鍵電路，編碼電路和晶體振蕩電路等。編碼電路選用8051單片機(jī)?？刂奇I電路根據(jù)電機(jī)的功能控制的需要，設(shè)置了正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等按鍵?？紤]到本論文所用的元件都是常用的電子元器件，所以應(yīng)當(dāng)本著方便、簡(jiǎn)潔、實(shí)用的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先，由于8051單片機(jī)的內(nèi)部有時(shí)鐘脈沖電路，所以要外接一個(gè)晶振來(lái)提供它的工作脈沖，通常采用12mhz的晶振，一般的晶振振蕩電路有兩個(gè)電容分別接到晶振的兩端，每個(gè)電容的另一端再接到地，這兩個(gè)電容串聯(lián)的容量值就應(yīng)該等于負(fù)載電容，請(qǐng)注意一般ic的引腳都有等效輸入電容，這個(gè)不能忽略。一般的晶振的負(fù)載電容為15 p或12.5 p ，如果再考慮元件引腳的等效輸入電容，則兩個(gè)30 p的電容構(gòu)成晶振的振蕩電路就是比較好的選擇。為了達(dá)到