电机正反转控制设计.docx
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电机正反转控制设计
毕业设计(论文)
题目:
电机正反转控制设计
系:
专业班级:
学生姓名:
指导教师:
20XX年X月
内蒙古电子信息职业技术学院毕业设计(论文)电机正反转控制设计
电机正反转控制设计
摘要
直流电动机是人类最早发明和应用的一种电机直流电动机是将直流电转换成机械
能的而带动生产机械运转的电器设备。
与交流电动机相比,直流机因结构复杂、维护困
难、价格较贵等缺点制约了它的发展,但是它具有良好的起动、制动性能,因此在速度
调节要求较要、正反转和起动频繁或多个单元同步协调运转的生产机械上,仍广泛采用
直流电动机拖动,在工业领域直流电动机仍占有一席之地。
本文介绍了基于H桥驱动的直流电机正反转控制系统,系统采用继电器搭建H桥驱
动电路,驱动信号由红外遥控接收器提供。
关键词:
电机正反转继电器H桥
I
内蒙古电子信息职业技术学院毕业设计(论文)电机正反转控制设计
第1章绪论.......................................................................................................3
1.1选题目的与意义.......................................................................................3
1.1.1国内外研究现状..................................................................................3
1.1.2直流电动机控制的发展历史.............................................................3
1.1.3直流电动机控制的研究现状..............................................................5
1.2本课题主要研究内容及意义..................................................................5
第二章直流电机的工作原理.............................................................................7
2.1直流电动机的结构..................................................................................8
2.1.1定子.....................................................................................................8
2.1.2转子.....................................................................................................9
2.2电机正反转控制电路原理....................................................................9
第三章直流电机正反转电路设计.................................................................13
3.1继电器选型............................................................................................13
3.2继电器H桥驱动电路...........................................................................14
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内蒙古电子信息职业技术学院毕业设计(论文)电机正反转控制设计
第1章绪论
1.1选题目的与意义
在电气时代的今天,电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用。
无
论是在工农业生产、交通运输、国防、航空航天、医疗卫生、商务与办公设备中,还是
在日常生活中的家用电器中,都大量地使用着各种各样的电动机。
以前电动机大多使用
继电器实现双向转动以及由模拟电路组成的控制柜进行控制,现在普遍使用单片机控制
H桥驱动电路实现电机正反转取代模拟电路作为电机控制器。
当前电机控制器的发展方
向越来越趋于多样化和复杂化,现有的专用集成电路未必能满足苛刻的新产品开发要
求,为此可考虑开发电机的新型单片机控制器。
1.1.1国内外研究现状
电动机的控制技术的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材
料技术、电动控制技术、微机应用技术的最新发展成果。
正是这些技术的进步使电机控
制技术在近20多年内发生了翻天覆地的变化,其中电动机的控制部分已由模拟控制逐
渐让位于以单片机和H桥驱动模块为主的微处理器控制,形成数字和模拟的混合控制系
统和纯数字控制的应用,并曾向全数字化控制方向快速发展。
而国外交直流系统数字化
已经达到实用阶段。
根据市场需求和发展趋势,本设计将介绍一种基于H桥驱动作为基础、单片机内部
时钟产生PWM调速的直流电机转速控制系统。
首先对直流调速控制电路进行设计来实现
对速度的控制、检测、显示;再对直流调速控制主回路进行设计,其采用了三相桥式全
控整流电路;然后进行系统的软件设计。
1.1.2直流电动机控制的发展历史
常用的控制直流电动机有以下几种:
第一,最初的直流调速系统是采用恒定的直流
电压向直流电动机电枢供电,通过改变电枢回路中的电阻来实现调速。
这种方法简单易
行设备制造方便,价格低廉。
但缺点是效率低、机械特性软、不能在较宽范围内平滑调
速,所以目前极少采用。
第二,三十年代末,出现了发电机-电动机(也称为旋转变流组),
配合采用磁放大器、电机扩大机、闸流管等控制器件,可获得优良的调速性能,如有较
宽的调速范围(十比一至数十比一)、较小的转速变化率和调速平滑等,特别是当电动机
减速时,可以通过发电机非常容易地将电动机轴上的飞轮惯量反馈给电网,这样,一方
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面可得到平滑的制动特性,另一方面又可减少能量的损耗,提高效率。
但发电机、电动
机调速系统的主要缺点是需要增加两台与调速电动机相当的旋转电机和一些辅助励磁
设备,因而体积大,维修困难等。
第三,自出现汞弧变流器后,利用汞弧变流器代替上
述发电机、电动机系统,使调速性能指标又进一步提高。
特别是它的系统快速响应性是
发电机、电动机系统不能比拟的。
但是汞弧变流器仍存在一些缺点:
维修还是不太方便,
特别是水银蒸汽对维护人员会造成一定的危害等。
第四,1957年世界上出现了第一只晶
闸管,与其它变流元件相比,晶闸管具有许多独特的优越性,因而晶闸管直流调速系统
立即显示出强大的生命力。
由于它具有体积小、响应快、工作可靠、寿命长、维修简便
等一系列优点,采用晶闸管供电,不仅使直流调速系统经济指标上和可靠性有所提高,
而且在技术性能上也显示出很大的优越性。
晶闸管变流装置的放大倍数在10000以上,
比机组(放大倍数10)高1000倍,比汞弧变流器(放大倍数1000)高10倍;在响应快速性
上,机组是秒级,而晶闸管变流装置为毫秒级。
从20世纪80年代中后期起,以晶闸管整流装置取代了以往的直流发电机电动机组
及水银整流装置,使直流电气传动完成一次大的跃进。
同时,控制电路也实现了高度集
成化、小型化、高可靠性及低成本。
以上技术的应用,使直流调速系统的性能指标大幅
提高,应用范围不断扩大,直流调速技术不断发展。
随着微型计算机、超大规模集成电路、新型电子电力开关器件和新型传感器的出现,
以及自动控制理论、电力电子技术、计算机控制技术的深入发展,直流电动机控制也装
置不断向前发展。
微机的应用使直流电气传动控制系统趋向于数字化、智能化,极大地
推动了电气传动的发展。
近年来,一些先进国家陆续推出并大量使用以微机为控制核心
的直流电气传动装置,如西门子公司的SIMOREGK6RA24、ABB公司的PAD/PSD等等。
随着现代化步伐的加快,人们生活水平的不断提高,对自动化的需求也越来越高,
直流电动机应用领域也不断扩大。
例如,军事和宇航方面的雷达天线,火炮瞄准,惯性
导航,卫星姿态,飞船光电池对太阳得跟踪等控制;工业方面的各种加工中心,专用加
工设备,数控机床,工业机器人,塑料机械,印刷机械,绕线机,纺织机械,工业缝纫
机,泵和压缩机等设备的控制;计算机外围设备和办公设备中的各种磁盘驱动器,各种
光盘驱动器,绘图仪,扫描仪,打印机,传真机,复印机等设备的控制;音像设备和家
用电器中的录音机,录像机,数码相机,洗衣机,冰箱,电扇等的控制。
随着计算机,微电子技术的发展以及新型电力电子功率器件的不断涌现,电动机的
控制策略也发生了深刻的变化。
电动机控制技术的发展得力于微电子技术,电力电子技
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术,传感器技术,永磁材料技术,微机应用技术的最新发展成就。
变频技术和脉宽调制
技术已成为电动机控制的主流技术。
正是这些技术的进步使电动控制技术在近二十年内
发生了很大的变化。
其中,电动机控制策略的模拟实现正逐渐退出历史舞台,而采用微
处理器,通用计算机,FPGA/CPL,DDSP控制器等现代手段构成的数字控制系统得到了迅
速发展。
电动机的驱动部分所采用的功率器件经历了几次的更新换代以后,速度更快,
控制更容易的全控型功率器件MOSFE和TIGBT逐渐成为主流。
功率器件控制条件的变化
和微电子技术的使用也使新型的电动机控制方法能够得到实现。
其中,脉宽调制(PWM)
方法,变频技术在直流调速和交流调速系统中得到了广泛应用。
永磁材料技术的突破与
微电子技术的结合又产生了一批新型的电动机,如永磁直流电动机,交流伺服电动机,
超声波电动机等。
由于有微处理器和传感器作为新一代运动控制系统的组成部分,所以
又称这种运动控制系统为智能运动控制系统。
所以应用先进控制算法,开发全数字化智
能运动控制系统将成为新一代运动控制系统设计的发展方向。
[17]
在那些对电动机控制系统的性能要求较高的场合(如数控机床,工业缝纫机,磁盘
驱动器,打印机,传真机等设备中,要求电动机实现精确定位,适应剧烈负载变化),
传统的控制算法已难以满足系统要求。
为了适应时代的发展,现有的电动机控制系统也
在朝着高精度,高性能,网络化,信息化,模糊化的方向不断前进。
1.1.2直流电动机控制的研究现状
数字直流调速装置,从技术上,它能成功地做到从给定信号、调节器参数设定、直
到触发脉冲的数字化,使用通用硬件平台附加软件程序控制一定范围功率和电流大小的
直流电机,同一台控制器甚至可以仅通过参数设定和使用不同的软件版本对不同类型的
被控对象进行控制,强大的通讯功能使它易和PLC等各种器件通讯组成整个工业控制过
程系统,而且具有操作简便、抗干扰能力强等特点,尤其是方便灵活的调试方法、完善
的保护功能、长期工作的高可靠性和整个控制器体积小型化
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- 电机 反转 控制 设计