实验五低压直流电动机转速控制123课件

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,1000,rpm,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,:,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。,引 言：,一、,直流电动机的构造：,N,S,N,S,极掌,极心,励磁绕组,机座,转子,直流电动机的磁极和磁路,直流电机由定子,(,磁极,),、转子,(,电枢,),和机座等部分构成。,电动机的工作原理：,I,U,+,S,b,N,a,c,d,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,。,U,+,U,+,电刷,换向片,U,+,I,F,F,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。,1.,磁极,2.,转子,(,电枢,),由铁心、绕组（线圈）、换向器组成。,永磁式,:,由永久磁铁做成。,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。,电枢铁心：,由硅钢片叠装而成。,电枢绕组：,由结构、形状相同的线圈组成,用来在电机中产生磁场：,3,。,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。,U,U,f,I,a,M,+,_,+,_,I,f,他励,I,a,U,M,+,_,I,f,+,_,I,E,并励,励磁绕组和电枢绕组并联，由一个直流电源供电。,2,）,串励电动机：,串励,U,I,a,+,_,I,f,M,励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。,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,I,a,),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,:,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,为励磁磁通,C,E,为由电机结构决定的电动势系数,转速公式：,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。,（,2,）他励直流电动机的调速方式有三种：,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,:,U,U,f,I,a,M,+,_,+,_,I,f,他励,电枢中串入电阻,使,n,、,n,0,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。,R,a,n,n,0,T,电枢回路串电阻调速需在电枢中串入专用电阻，,电阻增大则转速下降，因此,n,只能下调。,特点：,(1),设备简单，操作方便。,(2),机械特性软，稳定性差。,R,a,+,R,电阻增大,(3),能量损耗大，只用于小型直流机。,B.,改变电压调速,图,8,由转速公式知：,调电压,U,，,n,0,变化，但斜率不变，所以调速特性是一组平行曲线。,n,0,n,0,电压降低,T,c,特性曲线,n,0,n,T,0,改变电压调速的特点,:,(1),工作时电压不允许超过,U,N,，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。,直流电动机的运行特性,0,T,I,a,n,0,C,.,改变磁通调速,保持电枢电压,U,不变，改变励磁电流,I,f,(,调,R,f,),以改变磁通,。,R,f,I,f,n,采用减少励磁电流,(,减弱磁通,),的方法调速,即,改变磁通调速的方法：,减小磁通，,n,只能上调。,改变,时的机械特性如图。,T,L,T,n,（,减小,）,R,f,增,加,O,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。,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。,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。,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、测量和显示线路图,:,2,、,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,(2),三角波发生器,U4:,频率：,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,:,由三只,5K,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,5K,的电阻构成的分压器提供。它们分别使高电平比较器,A,1,的,同相输入端,和低电平比较器,A,2,的,反相输入端,的参考电平为,和,。,A,1,与,A,2,的输出端控制,RS,触发器状态和放电管开关状态。,a.555,芯片结构及工作原理：,4,脚清零端,R Q T,开,S Q T,关,1.,A1,为,反向,放大,器,，,A2,为,同向,放大,器，,当,V2,、,6,=,1/3V,CC,，,R,为高、,S,为高，,Q,为保持；,3,、当,V2,、,6,=2/3,V,CC,，,R,为低、,Q,为高，,T,通。,b,单稳态触发器与平均值电路,:,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：,不同脉宽信号,相同脉宽信号,(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,139,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,、,瓷片与涤纶电容,：,103,：,表示有效值是,10,，后面再加,3,个,0,，即,10000pF=0.01,F,；,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,5K,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,5K,的电阻构成的分压器提供。它们分别使高电平比较器,A,1,的,同相输入端,和低电平比较器,A,2,的,反相输入端,的参考电平为,和,。,A,1,与,A,2,的输出端控制,RS,触发器状态和放电管开关状态。,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,方法,1:,方法,2:,