毕业设计中期报告-基于直流测速发电机的转速测量系统.doc

中 北 大 学毕业设计中期报告学 生 姓 名： 学 号：1105044257 学 院：计算机与控制工程学院学科管理部：控制科学与工程专 业： 电气工程及其自动化设 计 题 目： 基于直流测速发电机的转速测量系统指导教师: 2015年 5月15 日毕业设计中期报告学校中北大学专业电气工程及其自动化学生姓名 班级11050442学号1105044257 设计题目 基于直流测速发电机的转速测量系统本人在该设计中具体应完成的工作分析直流测速发电机的输出电压与转速的关系，说明直流测速发电机的测量误差及减小测量误差的方法；以霍尔传感器为主设计被测电机的转速测量装置，其输出结果用于考核基于直流测速发电机的转速测量系统输出结果的正确性；利用单片机89C51及其外围电路对直流测速发电机输出的电压信号进行采集和显示，要求该转速测量系统能够测量的转速范围为500r/min1500r/min；设计利用单片机89C51及其外围电路，实现直流测速发电机输出电压信号的采集和显示功能。1、 简述毕业设计开始以来所做的具体工作和取得的进展（要详细内容） 前期以收集资料为主，查阅书籍和电子文献。了解直流发电机的工作原理、机械特性和工作特性。熟悉89c51的性能；基于霍尔元件的电机测速工作原理，以便于测出直流发电机测速的准确性。一 直流发电机的输出特性 通过学习和研究，认识到了直流测速发电机的输出电压与转速的关系，即U=f（n）称为输出特性。直流测速发电机的工作原理与一般直流发电机相同。根据直流电机理论，在磁极磁通量为常数时，电枢感应电动势为：直流测速发电机的输出电压：其中，为电刷接触电压；为电枢回路电阻。在理想情况下，若不计电刷和换向器之间的接触电阻，即 则： （式一）显然，带有负载后，由于电阻Ra上有电压降，测速发电机的输出电压比空载时小，负载时电枢电流为： （式二）式中RL为测速发电机的负载电阻。将式二代入式一可得：化简可得： C为测速发电机输出特性的斜率。当不考虑电枢反应，且认为、Ra和RL能保持为常数，斜率C也是常数。输出特性便有线性关系，对于不同负载电阻RL，测速发电机的输出特性的斜率不同，它随负载电阻的增大而增大，关系图为： 图一 直流测速发电机带负载 图二 直流测速发电机的输出特性二 直流测速发电机测速误差及减小误差的方法 电枢反应的影响 当直流测速发电机带负载时，负载电流流经电枢，产生电枢反应的去磁作用，使电机气隙磁通减小。因此，在相同转速下，负载时电枢绕组的感应电势比在空载时电枢绕组的感应电势小。负载电阻越小或转速越高，电枢电流越大，电枢反应的去磁作用越强，气隙磁减小的越多，输出电压下降量越显著。 为了减小电枢反应对输出特性的影响，应尽量使电机的气隙磁通保持不变。通常采取以下一些措施：（1） 对电磁式直流测速发电机，在定子磁极上安装补偿绕组。（2） 在设计电机时，选择较小的线负荷和较大的空气隙。（3） 在使用时，转速不应超过最大线性工作转速，所接负载电阻不应小于最小负载电阻。 电刷接触电阻的影响测速发电机带负载时，由于电刷与换向器之间存在接触电阻，会产生电刷接触电压，是输出电压降低。电刷接触电阻是非线性的。它与流过的电流密度有关。当电枢电流较小时，接触电阻大，接触压降也大；电枢电流较大时，接触电阻小。可见接触电阻与电流成反比。只有电枢电流较大，电流密度达到一定数值后，电刷接触压降可近似认为是常数。为了减小电刷接触压降的影响和良好的工作特性，常常采用导电性较好的黄铜-石墨电刷或含金银金属电刷。铜质换向器的表面容易形成氧化层，也会增大接触电阻，在要求较高的场合，换向器也会用含银合金或者在表面镀上银层，这样也可以减小电刷和换向器之间的磨损。电刷位置的影响 当直流测速发电机带负载运行时，若电刷没有严格的位于几何中性线上，会造成测速发电机正反转时输出电压的不对称，即在相同的转速下，测速发电机正反转时，输出电压不完全相等。这是因为当电刷偏离几何中性线一个不大的角度时，电枢反应的直轴分量磁通若在一种转向下起着增磁作用，那么在另一种转向下就起着去磁作用。因此，在两种不同的转向下，尽管转速相同，电枢绕组的感应电动势不对称，其输出电压也不相等。温度的影响电磁式直流测速发电机在实际工作中，由于周围环境温度的变化以及电机本身发热，都会引起电机中励磁绕组电阻的变化。当温度升高时，励磁绕组电阻增大，这时即使励磁电压不变，励磁电流也将减小，磁通也随之减小，导致电枢绕组的感应电动势和输出电压降低，痛的电阻温度系数为,既当温度每升高，其电阻值相应增加，所以，温度的变化对电磁式直流测速发电机输出特性影响是很严重的。三硬件电路图设计硬件电路图2、 目前存在问题，下一步的主要研究任务，具体设想与安排（要详细内容）目前存在的问题是： 仿真结果和预期结果有所出入。 直流发电机的测速范围还在调试中，还没有达到设计要求的测速范围。 显示液晶屏的显示数据和转速的关系需要调整，尚且达到预期效果。下一步任务是通过不断的调试和修正，不断的解决上面未解决的问题完成剩下设计中所要达到的目的，完成设计说明书，准备答辩。3、 指导教师对该学生前期研究工作的评价（是否同意继续研究工作） 本毕业设计要求针对直流测速发电机的工作原理、机械特性和工作特性，设计基于直流测速发电机的转速测量系统，该测量系统由直流测速发电机、输出被测转速的电机、单片机89C51及其外围电路和以霍尔传感器为主的转速测量装置。 何炜同学通过一个多月对相关资料和单片机控制技术的学习，已经掌握了控制策略和方法，并按着工作计划进行了大量的研究工作。何炜同学完成的中期报告对该毕业设计需要完成的