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毕业设计(论文)-阻转矩负载计算机速度调节拖动系统设计.doc

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毕业设计(论文)-阻转矩负载计算机速度调节拖动系统设计.doc

阻转矩负载计算机速度调节拖动系统设计(1)I摘要本文以阻转矩负载计算机速度调节拖动系统为研究对象,介绍了通过计算机控制来实现对电动机正反向起动、提速、减速和停车的控制。通过在绕线转子异步电动机转子电路内串联对称电阻的方法对电动机进行调速,实现了对电动机正反向提速减速的控制。应用能耗制动实现停车。在硬件的使用方面最大限度的使硬件结构达到最简,以单片机为核心建立的硬件系统为软件功能最大化提供了有力的支持。关键词阻转矩负载转子串电阻停车控制IIAbstractThisarticletaketheantitorqueloadingcomputerspeedregulationdraggingsystemastheobjectofstudy,introducedrealizesthroughthecomputercontroltotheelectricmotorforwardandreversestarting,theincreasedspeed,thedecelerationandtheparkingcontrol.Throughconnectsthesymmetricalresistanceinthewoundrotorasynchronousmotorrotorelectriccircuitthemethodtocarryonthevelocitymodulationtotheelectricmotor,hasrealizedthecontrolwhichdeceleratestotheelectricmotorforwardandreverseincreasedspeed.Theapplicationdynamicbrakingrealizestheparking.MaximumlimitenablesthehardwarearchitectureathardwaresuseaspecttoachievemostJan,hasprovidedthepowerfulsupporttakethemonolithicintegratedcircuitasthecoreestablishmentshardwaresystemforthesoftwarefunctionmaximization.KEYWORDSAntitorqueloadingRotoraddstheresistanceControlparkingIII目录1绪论...................................................................................................................................11.1课题背景.....................................................................................................................11.2电力拖动系统发展概况............................................................................................31.3课题研究内容.............................................................................................................41.4本文安排.....................................................................................................................52系统总体方案论证...........................................................................................................62.1阻转矩负载特性..........................................................................................................62.2三相异步电动机机械特性的三种表达式.................................................................72.3三相异步电动机的固有机械特性与人为机械特性...............................................102.3.1固有机械特性.....................................................................................................102.3.2人为机械特性.....................................................................................................112.4三相异步电动机的各种运转状态...........................................................................172.4.1电动运行状态.....................................................................................................172.4.2制动运转状态.....................................................................................................173电机调速系统硬件设计.................................................................................................233.1单片机系统设计........................................................................................................233.2串口电路设计............................................................................................................253.3系统方案可行性分析...............................................................................................273.4系统总体框架............................................................................................................27结论.....................................................................................................................................28参考文献.............................................................................................................................29致谢.................................................................................................................................3111绪论近几十年来,随着电力电子技术、微电子技术及现代控制理论的发展,中、小功率电动机在工农业生产及人们的日常生活中都有极其广泛的应用。特别是在乡镇企业及家用电器中,更需要有大量的中、小功率电动机。由于这种电动机的发展及广泛的应用,它的使用、保养和维护工作也越来越重要。1.1课题背景在国民经济各行业中,广泛地使用着各种各样的生产机械,拖动生产机械的原动机一般都是采用电动机。电机是以电磁感应和电磁力定律为基本工作原理进行电能的传递或机电能量转换的机械。电机在国民经济各个行业中被广泛应用电机是电能的生产、传输和分配中的主要设备电机是各种生产机械和装备的动力设备电机是自动控制系统中的重要元件,电机在高新技术领域如磁悬浮列车、航天飞机、机器人和各种精密机床等也发挥着重要作用。始于19世纪60~70年代的第二次工业技术革命,是以电力的广泛应用为显著特点的。从此人类社会由蒸汽机时代步入了电气化时代。在法拉第电磁感应定律基础上,一系列电气发明相继出现。1866年,德国工程师西门子制成发电机1870年比利时人格拉姆发明了电动机,电力开始成为取代蒸汽来拖动机械装置的新能源。随后,各种用电设备相继出现。1882年法国学者德普勒发明了远距离送电的方法。同年,美国著名发明家爱迪生创建了美国第一个火力发电站,把输电线结成网络。从此电力作为一种新能源而广泛应用。那时,电机刚刚在工业上初步应用,各种电机初步定型,电机设计理论和电机设计计算初步建立。在我国,电机制造业也发生了巨大的变化。我国的电机生产从1917年至今已有90多年的历史,经过改革开放30年的发展,特别是近10年的发展,有了长足的进步,令世人瞩目。目前已经形成比较完整的产业体系,电机产品的品种、规格、性能和产量满足了我国国民经济发展的需要。而且一些产品已经达到或接近世界先进水平。近来世界上电机行业专家纷纷预测,中国将会成为世界电动机的生产制造基地。近年来我国已生产了不少大型直流电动机、异步电动机和同步电动机2在中小型电机和控制电机方面,亦自行设计和生产了不少新系列电机对电机的新理论、新结构、新工艺、新材料、新运行方式和调试方法,进行了许多研究和试验工作,取得不少成果。与电机发展过程一样,电力拖动技术也有个不断发展的过程。电动机拖动生产机械的运转称为电力拖动或称为电气传动。电力拖动系统一般由控制设备、电动机、传动机构、生产机械和电源五部分组成。电力拖动代替蒸汽或水力拖动之初,电力拖动的方式是成组拖动,就是由一台电动机拖动一组生产机械,从电动机到各个生产机械的能量传递以及各个生产机械之间的能量分配完全用机械的方法,靠天轴以及机械传动系统来实现,车间里有大量的天轴、长皮带和皮带轮等。这种传动方式效率低下,生产率低下,灰尘大,劳动条件和卫生条件差,且容易出事故。另外,电动机发生故障,则成组拖动的所有生产机械都将停车,生产将可能停滞。显然这是一种落后的电力拖动方式。电气化、信息化时代,在性能、可靠性及容量等方面,对电机提出了更高的要求。交流变频调速系统及变频电机、大功率无刷直流电机、永磁同步无刷电机等得到了很大发展。随着新型材料和其他新技术的发展,微电机亦成为电机行业发展的亮点,是我国电工电器行业电机发展的重点产品。稀土永磁电机,无轴承电机也是电机技术发展的新动向。与此相适应,电机拖动也有了新的发展,对拖动系统又提出更高的要求,如要求提高加工的精度和工作的速度,要求快速启动、制动和逆转,实现很宽范围内的调速及整个生产过程的自动化等,这就需要有一整套自动控制设备组成自动化的电力拖动系统。而这些高要求的拖动系统随着自动控制理论的不断发展,半导体器件和电力电子技术的采用,以及数控技术和计算机技术的发展与采用,正在不断地完善和提高。随着社会生产的发展和科技的进步,对电机也提出了更高的要求,如性能良好、运行可靠、单位容量的重量轻体积小等,而且随着自动控制系统的发展要求,在旋转电机的理论基础上,又派生出多种精度高、响应快的控制电机,成为电机学科的一个独立分支。电机制造也向着大型、巨型发展。中小型电机正向多用途、多品种方向发展,向高效节能方向发展。各种响应快速、起停快速的特种电机在各种复杂的计算机控制系统和无人工厂中实现了比人的手脚更复杂而精巧的运动。古老3的电机学已经和电力电子学、计算机、控制论结合起来,发展成了一门新的学科。由此可见,研究电动机的工作原理并掌握电动机的各种调速方法对今后的工作和学习是十分必要的。综上所述,电力拖动技术具有许多其他拖动方式无法比拟的优点。系统启动、制动、反转和调速的控制简单、方便、快速且效率高电动机的类型多,且具有各种不同的运行特性来满足各种类型生产机械的要求整个系统各参数的检测和信号的变换与传送方便,易于实现最优控制。因此,电力拖动已成为国民经济电气自动化的基础。1.2电力拖动系统发展概况用电动机作为原动机的拖动方式称为电力拖动,在一般情况下,电力拖动装置可分为电动机、工作机构、控制设备及电源四个组成部分,如图1所示。图1电力拖动系统示意图电动机把电能转化成机械动力,用以拖动生产机械的某一工作机构。工作机构是生产机械为执行某一任务的机械部分。控制设备是由各种控制电机、电器自动化元件及工业控制计算机等组成的,用以控制电机的运动,从而对工作机构的运动实现自动控制。为了向电动机及一些电气控制设备供电,在电力拖动系统中必须设有电源部分。现代工业的电力拖动一般要求局部或全部的自动化,因此必然要与各种控制元件组成的自动控制系统联系起来.在这一系统中可对生产机械进行自动控制,如实现自动控制起动、制动、调速、同步,自动维持转速、转矩或功率为恒定值,按给定控制设备工作机构电动机电源

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