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实验五低压直流电动机转速控制123

  实验五低压直流电动机转速控制123_电子/电路_工程科技_专业资料。实验五: P52:实验十三: 综合实验——低压直流电动机转速控制、测量和 显示 【一】实验目的及内容安排: 1、独立完成低压直流电动机转速控制、测量和显示系统的安装和调试。 2、技术要求: a)对

  实验五: P52:实验十三: 综合实验——低压直流电动机转速控制、测量和 显示 【一】实验目的及内容安排: 1、独立完成低压直流电动机转速控制、测量和显示系统的安装和调试。 2、技术要求: a)对额定电压12V、额定电流100mA、额定转速2400转/分(rpm) 的小型电动机要在0~全速范围内进行调速控制。 b)数字显示电动机转速。 c)电动机的转速超过1000rpm时进行报警。 3、实验进度: 1)原理介绍和电阻焊接; 2)集成电路插座、三极管和可调电阻焊接 3)调试; 【一】实验原理: ?引 言: 直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构复杂,维修也不便,但由于它 的调速性能较好和起动转矩较大,因此,对调速要求较高的生产机械或者需 要较大起动转矩的生产机械往往采用直流电动机驱动。 直流电机的优点: (1) 调速性能好, 调速范围广, 易于平滑调节。 (2) 起动、制动转矩大, 易于快速起动、停车。 (3) 易于控制。 应用: 轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床、矿山竖井提升机以及起重设备等 调速范围大的大型设备。 一、直流电动机的构造: 极心 极掌 N 直流电机由定子(磁极)、转子 (电枢)和机座等部分构成。 转子 S · · · S 机座 · · · 励磁绕组 N 直流电动机的磁极和磁路 ?电动机的工作原理: 电刷 b N a I F I 换向片 F d T n 换向器作用: 将外部直流电 转换成内部的 交流电,以保 持转矩方向不 变。 c S – U + 直流电从两电刷之间通入电枢绕组,电枢电流方向如图所示。由于换向片 和电源固定联接,无论线圈怎样转动,总是S极有效边的电流方向向里, N极有效 边的电流方向向外。电动机电枢绕组通电后中受力(左手定则)按顺时针方向旋转。 1. 磁极 永磁式: 由永久磁铁做成。 用来在电机中产生磁场: 励磁式: 磁极上绕线圈,线圈中通过直流电, 形成电 磁铁。 励磁: 磁极上的线圈通以直流电产生磁通,称为励磁。 2 . 转子(电枢) 由铁心、绕组(线圈)、换向 器组成。 电枢铁心:由硅钢片叠装而成。 电枢绕组:由结构、形状相同的线 。直流电机的分类: 直流电机按照励磁方式可分为他励电动机、并励电动机、串励电动机 和复励电动机。 1)他励电动机和并励电动机: ?励磁绕组和电枢绕组分别由两个直流电源供电。 I Uf + If Rf? M _ + Ia U _ Rst If Rf? +I EM a U Rst + _ _ 并励 ?励磁绕组和电枢绕组并联,由一个直流电源供电。 他励 2) 串励电动机: If Ia 励磁线圈与转子电枢串 联接到同一电源上。 + U _ M 串励 4、直流电动机调速(基本控制)原理: 1)他励直流电机的调速: (1)他励直流电动机的转速公式:直流电动机电枢绕组中的电流(电枢电流Ia) 与磁通?相互作用,产生电磁力和电磁转矩,直流电机的电磁转矩公式为: T ? CT ?I a Ra U 转速公式: n ? C ? ? C C ? 2 T E E T U为他励电动的电枢电压 Ia为电枢电流 E为电枢电动势 Ra为电枢回路的总电阻 n为电机的转速 U ? I a Ra E n? ? CE ? CE ? Φ 为励磁磁通 CE为由电机结构决定的电动势系数 (2)他励直流电动机的调速方式有三种: ?电枢回路串电阻的变电阻调速, ?改变电枢电压的变电压调速 ?减小气隙磁通量的弱磁调速。 由于串电阻调速和弱磁调速都会使直流他励电机的机械特性变软, 所以在实际应用中我们通常采用的是变电压调速。 A.他励直流电动机的调速特性: ?改变电枢回路电阻的调速方法: 电枢中串入电阻,使? n ?、 n0不变,即电 机的特性曲线变陡(斜率变大),在相同力 矩下,n?。特性曲线如图。 电枢回路串电阻调速需在电枢中串入专用电阻, Uf + If Rf? M _ + Ia U _ Rst 他励 电阻增大则转速下降,因此 n 只能下调。 Ra + R n n0 Ra 电 阻 增 大 特点:(1) 设备简单,操作方便。 (2)机械特性软,稳定性差。 (3)能量损耗大,只用于小型直流机。 T B.改变电压调速 由转速公式知: 调电压U,n0变化,但斜率不变,所以 调速特性是一组平行曲线 Tc 特性曲线 T 电 压 降 低 ?改变电压调速的特点: (1)工作时电压不允许超过UN ,所以调速 只能向下调。 (2)机械特性较硬,并且电压降低后硬度不 变,稳定性好。 0 T T ? f(Ia ) ?直流电动机的运行特性, n0 n ? f(Ia ) Ra U n? ? Ia K EΦ K EΦ 0 图8 Ia C. 改变磁通调速 保持电枢电压U不变,改变励磁电流If (调Rf)以 改变磁通? 。 采用减少励磁电流(减弱磁通)的方法调速, 即 Rf?? If?? ? ? ? n? 改变?时的机械特性如图。 ?改变磁通调速的方法: 减小磁通,n只能上调。 n0 n n0 n0 O Rf ? 增减 加小 ( ) TL T 二、直流电动机控制(调速)方法: 1、什么是调速? 将调节电动机转速,以适应生产要求的过程就称之为调速;而用于完 成这一功能的自动控制系统就被称为自动调速系统。 调速系统分交流和直流调速系统,由于直流调速系统的调速范围广, 静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能。因此在相当长的时期内, 高性能的调速系统几乎都采用了直流调速系统。 2、电机控制的基本手段: 采用脉宽调制的方式,由可控硅,功率三极管进行电机调速控制。 3、电机控制的基本变换电路: ?单的不可逆PWM控制电路(★); ?制动不可逆PWM控制电路 ; ?H型双极式可逆PWM控制电路(★); ?T型双极式可逆PWM控制电路 。 三、本实验(低压直流电动机转速控制、测量和显示)的原理: 1、原理框图: ?低压直流电动机转速控制、测量和显示线、低压直流电动机转速控制、测量和显示电路原理 1)方波和三角 波发生器: (1)方波发生器U3: 2、低压直流电动机转速控制、测量和显示电路原理 R13 频率: f ? 4 R19 R21C 方波幅度: V01 ? ?VZ (2)三角波发生器U4: R19 三角波幅度V01 ? VZ R13 2)脉宽调制及电机驱动电路 见总图: U5(741)的放大倍数:K=? (2)脉宽调制及电机驱动电路 (3)光电转换及整形电路 : 图所示为对射式光电变换原理示意图。发光二极管L1(一般采用红外线发 射管)发射的红外线。在由电机轴带动的转盘的边缘上分布60个洞。电机转动 至有洞时红外线穿过小洞而射到光敏三极管N1上,三极管饱和导通;电机转动至 无洞处则三极管截止。这样转换电路就能输出连续的脉冲信号。 若转盘上布有60个小洞,电机旋转一周,转换电路输出60个脉冲信号。对于 转速为n的电机来说,其输出的脉冲速率为60n/min。我们用这个信号接入以秒 作为计数单位的频率计时,频率计的读数即为电机的转速。 (4)单稳态触发器与平均值电路: a.555芯片结构及工作原理: 4脚清零端 1. A1为反向放大器,A2为同向放大器,当V2、61/3VCC, R为高、S为低,Q为高,T关; 2、当V2、6 =1/3VCC, R为高、S为高, Q为保持; 3、当V2、6 =2/3 VCC, R为低、 Q为高 , T通。 R Q T开 S Q T关 由三只 5KΩ电阻,两个电压比较放大器,其中A1为反向放大器,A2为同向放大器,一个基本 RS触发器,一个放电开关管T。 比较器的参考电压由三只 5KΩ的电阻构成的分压器提供。它们分别使高电平比较器A1 的同相输 入端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为 VCC 和 态和放电管开关状态。 2 3 1 VCC 。A1与A2的输出端控制RS触发器状 3 b 单稳态触发器与平均值电路: 不同脉 宽信号 相同脉宽 信号 从转盘经光电变换后的脉冲信号是一种周期和宽度随转速发生变化的脉 冲。 该信号的T和tw随转速的提高而减小,但它们的比值tw/T却基本上保持 不变,因而这种电压波形的平均值也不会变化,自然也无法从这种信号中取 出与转速有关的信息来检测转速的高低。但是可以对这种信号进行变换,即 进行对tw处理,使这种信号当周期由于转速变化而发生变化时,其tw始终保 持不变,这时波形的直流分量为: tw U ? Um T (4)单稳态触发器与平均值电路: 从这种经过变换的电压波形中取出直流分量的电路称为平 均值电路(有时称为泵电路)可用RC电路来实现,见图13— 9所示。 由平均值电路可以得到一个与电机转速n对应的直流电压输 出,反之,从某一输出电压的大小也可反映出电机转速n的高 低。 (5)鉴幅电路与报警电路 : 灯光报警 声响报警 限定转速对应的直流电压URF并与由平均值电路输出的直流电压Uo同时送鉴 幅电路进行鉴别,鉴幅电路根据二个输入电压的大小关系来决定电路的输出状态。 电机转速小于设定转速Uo<URF输出低电平,报警电路处复位状态不报警。而当 电机转速到达或超过设定转速Uo>URF,鉴幅电路输出高电平,报警电路被触发, 发出声光报警。 三、认识器件: 四、认识器件: 1、运放放大器及插座 2、电解电容: 3、真钱扑克大全,瓷片与涤纶电容: 103:表示有效值是10,后面再加3个 0,即10000pF=0.01μF; 104:表示10乘以10的4次方皮法, 也就是10 0000pF,0.1uF。 4、稳压管: 5、二极管: 6、电阻: 三、认识器件: 先找误差位即有 一条色环与别的 色环间相距较大, 且色环较粗,读 数时应从另一头 开始读起 7、 555 : 555是一种应用特别广泛作用很 大的的集成电路,属于小规模集 成电路,在很多电子产品中都有 应用。555的作用是用内部的定 时器来构成时基电路,给其他的 电路提供时序脉冲。 7、 555 : 由三只 5KΩ电阻,两个电压比较放大器,其中A1为反向放大器,A2为同向放大器,一个基本 RS触发器,一个放电开关管T。 比较器的参考电压由三只 5KΩ的电阻构成的分压器提供。它们分别使高电平比较器A1 的同相输 入端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为 VCC 和 态和放电管开关状态。 2 3 1 VCC 。A1与A2的输出端控制RS触发器状 3 4脚为复位端: 五、焊接注意事项: 2、工具及焊接材料 2、焊接先点松香阻焊防氧化: 3、焊接角度 2. 万用表及用法: 六、实验进度: 1. 参数:电压200v,电流0.28A,功率因数0.5 I L ? I sin ? ? 0.28? 0.866 ? 0.2424A 方法1: I L ? IC C? XC ? U 200 ? ? 825 I c 0.2424 1 1 ? ? 3.86?f X c? 825? 314 QL ? S sin ? ? UI ? 0.866 ? 48.5W 方法2: QL ? QC C? QC ? U ?U ? U 2?C Xc QL 48.5 ? ? 3.86 ?f 2 6 U ? 4 ? 3.14 ?10

时间:2020-04-10 03:15