实验五低压直流电动机转速控制123

1、实验五实验五:P52:实验十三实验十三: 综合实验综合实验低压直流电动机转速控制、测量和低压直流电动机转速控制、测量和 显示显示【一一】实验目的及内容安排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、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；【一一】实验原理: 直流电动机虽然比三相交流异步电动机

2、结构复杂，维修也不便，但由于它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。要较大起动转矩的生产机械往往采用直流电动机驱动。引引 言：言：一、NSNS直流电机由定子直流电机由定子(磁极磁极)、转子、转子(电枢电枢)和机座等部分构成。和机座等部分构成。IU+SbNacd 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

3、源固定联接，无论线圈怎样转动，总是和电源固定联接，无论线圈怎样转动，总是S S极有效边的电流方向向里极有效边的电流方向向里, N, N极有效极有效边的电流方向向外。电动机电枢绕组通电后中受力边的电流方向向外。电动机电枢绕组通电后中受力( (左手定则左手定则) )按顺时针方向旋转。按顺时针方向旋转。U+U+电刷电刷换向片换向片U+IFFTn换向器作用：换向器作用：将外部直流电将外部直流电转换成内部的转换成内部的交流电，以保交流电，以保持转矩方向不持转矩方向不变。变。 由铁心、绕组（线圈）、换向由铁心、绕组（线圈）、换向器组成。器组成。由永久磁铁做成。由永久磁铁做成。磁极上绕线圈，线圈中通过直流电

4、，磁极上绕线圈，线圈中通过直流电， 形形成电磁铁。成电磁铁。磁极上的线圈通以直流电产生磁通，称为励磁。磁极上的线圈通以直流电产生磁通，称为励磁。 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。和复励电动机。UUfIaM+_+_IffR stRIaUM+_IffR stR+_IE UIa+_IfM4、直流电动机、直流电动机基本控制）原理基本控制）原理:（1 1）他励直流电动机的转速公式：）他励直流电动机的转速公式：U U为他励电动的电枢电压为他励电动的电枢电压 IaIa为电枢电流为电枢电流 E E为电枢电动势

5、为电枢电动势 RaRa为电枢回路的总电阻为电枢回路的总电阻 n n为电机的转速为电机的转速 为励磁磁通为励磁磁通 C CE E为由电机结构决定的电动势系数为由电机结构决定的电动势系数2TEaECCRCUnaTICTEaaECRIUCEn转速公式：转速公式：电枢回路串电阻的变电阻调速，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改变电枢电压的变电压调速减小气隙磁通量的弱磁调速。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：）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，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

6、软，所以在实际应用中我们通常采用的是变电压调速。所以在实际应用中我们通常采用的是变电压调速。改变UUfIaM+_+_IffR stR 电枢中串入电阻电枢中串入电阻, ,使使 n 、 n0不变，即电不变，即电机的特性曲线变陡机的特性曲线变陡( (斜率变大斜率变大) )，在相同力，在相同力矩下矩下, ,n 。特性曲线如图。特性曲线如图。Rann0T特点：特点：(1) 设备简单，操作方便。设备简单，操作方便。(2)机械特性软，稳定性差。机械特性软，稳定性差。Ra + R(3)能量损耗大，只用于小型直流机。能量损耗大，只用于小型直流机。B.B.改变电压调速改变电压调速图8n0n0Tcn0nT0(1)工

7、作时电压不允许超过工作时电压不允许超过 ，所以调速，所以调速 只能向下调只能向下调。(2)机械特性较硬，并且电压降低后硬度不机械特性较硬，并且电压降低后硬度不 变，稳定性好。变，稳定性好。0T)f(ITan0)f(InaaEaEIKRKUnC 保持电枢电压保持电枢电压U不变，改变励磁电流不变，改变励磁电流If (调调Rf)以以改变磁通改变磁通 。0n 0n0nTnO二、二、直流直流电动机控制电动机控制(调速调速)方法：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；而用于完成这一功能的自动控制系统就被称为自

8、动调速系统。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，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，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。高性能的调速系统几乎都采用了直流调速系统。3、电机电机控制的基本变换电路：单的不可逆单的不可逆PWMPWM控制电路（）控制电路（）; ;制动不可逆制动不可逆PWMPWM控制电路控制电路 ; ;H H型双极式可逆型双极式可逆PWMPWM控制电路（）控制

9、电路（）; ;T T型双极式可逆型双极式可逆PWMPWM控制电路控制电路 。2、电机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、本实验三、本实验(低压直流电动机转速控制、测量和显示低压直流电动机转速控制、测量和显示)的原理的原理:1、原理框图、原理框图:低压直流电动机转速控制、测量和显示线路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)方波和三角方波和三角波发生器波发生器:(1)方波发生器方波发生器U3:2、低压直流电动机转速控制、测量和显示电路原理低压直流电动机转速

10、控制、测量和显示电路原理ZVV01:方波幅度(2)三角波发生器三角波发生器U4:CRRRf2119134频率：频率：ZVRRV131901三角波幅度2）脉宽调制及电机驱动电路见总图：U5(741)的放大倍数：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

11、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 和 。A1与A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。CCV32CCV31a.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

12、大器，A2为同向放大器，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。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：UmTtUw不同脉不同脉宽信号宽信号相同脉宽相同

13、脉宽信号信号(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鉴幅电路与报警电路 :灯光报警灯光报警声响报警 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UoURF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UoURF，鉴幅电

14、路输出高电平，报警电路被触发，发出声光报警。三、认识器件：三、认识器件：四、认识器件：四、认识器件：1、运放放大器及插座运放放大器及插座2、电解电容电解电容：3、瓷片与涤纶电容瓷片与涤纶电容：103：表示有效值是10，后面再加3个0，即10000pF=0.01F；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：电阻：三、认识器件：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 7、 555555 ： 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 和 。A1与A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。CCV32CCV314脚为复位端：脚为复位端：