1、-、構(gòu)造模型 同步發(fā)電機(jī)和其它類型的旋轉(zhuǎn)電機(jī)一樣，由固定的定子和可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩大局部組成。一般分為轉(zhuǎn)場(chǎng)式同步電機(jī)和轉(zhuǎn)樞式同步電機(jī)。圖15.1給出了最常用的轉(zhuǎn)場(chǎng)式同步發(fā)電機(jī)的構(gòu)造模型，其定子鐵心的圓均勻分布著定子槽，槽嵌放著按一定規(guī)律排列的三相對(duì)稱交流繞組。這種同步電機(jī)的定子又稱為電樞，定子鐵心和繞組又稱為電樞鐵心和電樞繞組。 轉(zhuǎn)子鐵心上裝有制成一定形狀的成對(duì)磁極，磁極上繞有勵(lì)磁繞組，通以直流電流時(shí)，將會(huì)在電機(jī)的氣隙中形成極性相間的分布磁場(chǎng)，稱為勵(lì)磁磁場(chǎng)(也稱主磁場(chǎng)、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng))。 氣隙處于電樞圓和轉(zhuǎn)子磁極之間，氣隙層的厚度和形狀對(duì)電機(jī)部磁場(chǎng)的分布和同步電機(jī)的性能有重大影響。 除了轉(zhuǎn)場(chǎng)式同步電機(jī)外

2、,還有轉(zhuǎn)樞式同步電機(jī)，其磁極安裝于定子上，而交流繞組分布于轉(zhuǎn)子外表的槽，這種同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子充當(dāng)了電樞。2、工作原理 主磁場(chǎng)的建立：勵(lì)磁繞組通以直流勵(lì)磁電流，建立極性相間的勵(lì)磁磁場(chǎng)，即建立起主磁場(chǎng)。 載流導(dǎo)體：三相對(duì)稱的電樞繞組充當(dāng)功率繞組，成為感應(yīng)電勢(shì)或者感應(yīng)電流的載體。 切割運(yùn)動(dòng)：原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)給電機(jī)輸入機(jī)械能，極性相間的勵(lì)磁磁場(chǎng)隨軸一起旋轉(zhuǎn)并順次切割定子各相繞組相當(dāng)于繞組的導(dǎo)體反向切割勵(lì)磁磁場(chǎng)。 交變電勢(shì)的產(chǎn)生：由于電樞繞組與主磁場(chǎng)之間的相對(duì)切割運(yùn)動(dòng)，電樞繞組中將會(huì)感應(yīng)出大小和方向按周期性變化的三相對(duì)稱交變電勢(shì)。通過引出線，即可提供交流電源。 感應(yīng)電勢(shì) 有效值：由第11章可知，每相感應(yīng)

3、電勢(shì)的有效值為 感應(yīng)電勢(shì) 頻率： 感應(yīng)電勢(shì)的頻率決定于同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速n 和極對(duì)數(shù)p ，即 f=np/60 交變性與對(duì)稱性：由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)極性相間，使得感應(yīng)電勢(shì)的極性交變；由于電樞繞組的對(duì)稱性，保證了感應(yīng)電勢(shì)的三相對(duì)稱性。3、同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速 從供電品質(zhì)考慮，由眾多同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)構(gòu)成的交流電網(wǎng)的頻率應(yīng)該是一個(gè)不變的值，這就要求發(fā)電機(jī)的頻率應(yīng)該和電網(wǎng)的頻率一致。我國(guó)電網(wǎng)的頻率為50Hz ，故有： n=60f/p=3000/p 要使得發(fā)電機(jī)供應(yīng)電網(wǎng)50Hz的工頻電能，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速必須為*些固定值，這些固定值稱為同步轉(zhuǎn)速。例如2極電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為3000r/min，4極電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為1500r/min

4、，依次類推。只有運(yùn)行于同步轉(zhuǎn)速，同步電機(jī)才能正常運(yùn)行，這也是同步電機(jī)名稱的由來。4、運(yùn)行方式同步電機(jī)的主要運(yùn)行方式有三種，即作為發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和補(bǔ)償機(jī)運(yùn)行。 作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行是同步電機(jī)最主要的運(yùn)行方式，作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行是同步電機(jī)的另一種重要的運(yùn)行方式。同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)可以調(diào)節(jié)，在不要求調(diào)速的場(chǎng)合，應(yīng)用大型同步電動(dòng)機(jī)可以提高運(yùn)行效率。近年來，小型同步電動(dòng)機(jī)在變頻調(diào)速系統(tǒng)中開場(chǎng)得到較多地應(yīng)用。 同步電機(jī)還可以接于電網(wǎng)作為同步補(bǔ)償機(jī)。這時(shí)電機(jī)不帶任何機(jī)械負(fù)載，靠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子中的勵(lì)磁電流向電網(wǎng)發(fā)出所需的感性或者容性無功功率，以到達(dá)改善電網(wǎng)功率因數(shù)或者調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓的目的。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告題 目：PWM控

5、制的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)專 題：院 系： 電氣與信息工程學(xué)院 班 級(jí)： 自動(dòng)化 07-7 姓 名： 董文慧 學(xué) 號(hào)： 26號(hào) 指導(dǎo)教師： *益民 教師職稱： 教授 科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告題 目PWM控制的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 來源工程實(shí)際1、 研究目的和意義直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)，是采用脈沖寬度調(diào)制的高頻開關(guān)控制方式，形成的脈寬調(diào)制變換器直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱直流PWM調(diào)速系統(tǒng)。隨著電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的的開展，20世紀(jì)末以交流調(diào)速為主導(dǎo)方向調(diào)速系統(tǒng)日趨完善，其性能可與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美，它的控制技術(shù)已居世界先進(jìn)水平。但由于造價(jià)較高，目前在國(guó)應(yīng)用局限性較大，在較短的時(shí)間難以取

6、代較為落后的直流調(diào)速。相對(duì)而言，PWM調(diào)速系統(tǒng)的出現(xiàn)，彌補(bǔ)了這個(gè)空白。PWM調(diào)速系統(tǒng)主電路線路簡(jiǎn)單，功率元件少，開關(guān)頻率高，其控制水平從1000Hz可到達(dá)4000Hz，電機(jī)電流連續(xù)，低速性能好，諧波少，穩(wěn)態(tài)精度高，脈動(dòng)小，損耗和發(fā)熱都較小，調(diào)速圍寬，調(diào)速系統(tǒng)頻帶寬，快速響應(yīng)性好，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)。特別是近幾年大功率CTR、GTO、IGBT的相繼問世，促使其生產(chǎn)水平已到達(dá)4500V、2500A，組成的PWM變換器用來驅(qū)動(dòng)上千千瓦的電動(dòng)機(jī)，廣泛用于交通、工礦企業(yè)等電動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)中。因此對(duì)PWM調(diào)速系統(tǒng)的進(jìn)一步研究，在調(diào)速精度要求較高的場(chǎng)合，對(duì)解決傳統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速精度低、穩(wěn)定性差的難題，具有廣泛的意

7、義和價(jià)值。全控型電力電子技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)的開展，促使模擬控制轉(zhuǎn)向全數(shù)字化控制。全數(shù)字控制系統(tǒng)是以微處理器為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)，主要特點(diǎn)是離散化和數(shù)字化。它的穩(wěn)定性好，可靠性高，可以提高控制性能，此外還擁有信息存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)通信和故障診斷等模擬控制系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)的功能。因此目前流行的方案是采用由數(shù)字電路組成的大規(guī)模集成電路，加上大功率自關(guān)斷器件組成直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)PWM。進(jìn)而開展成用單片機(jī)控制的功能更強(qiáng)的全數(shù)字微機(jī)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。2、國(guó)外開展情況(文獻(xiàn)綜述)    由于直流調(diào)速控制系統(tǒng)具有良好的啟制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)及調(diào)速等性能，目前在調(diào)速領(lǐng)域中仍占主要地位。按供

8、電方式，它可分交流機(jī)組供電、整流供電和晶閘管供電三類。其中，晶閘管供電的直流調(diào)速控制系統(tǒng)具有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 在國(guó)外，PWM源于上世紀(jì)九十年代，其思想源于通信技術(shù)，但隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的開展使得PWM理論越來越成熟，其開展的速度越來越快速。已經(jīng)取代傳統(tǒng)的可控硅電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。由原先的“電機(jī)控制“電氣傳動(dòng)已開展到“運(yùn)動(dòng)控制的新階段。IGBT、電力MOSFET等為代表的全控型器件的不斷完善給PWM控制技術(shù)提供了強(qiáng)大的物質(zhì)根底。在國(guó)PWM有理論根底逐漸成熟，但在應(yīng)用上，國(guó)外差距也很大。PWM調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用是近年來才開場(chǎng)的，原因是我國(guó)的電子工業(yè)的根底比擬差。PWM調(diào)速系統(tǒng)中所需的關(guān)鍵部件IGBT管靠進(jìn)

9、口。近年來，我國(guó)已開發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的IGBT大電流晶體管，從而為該技術(shù)推行奠定了物質(zhì)根底。PWM電機(jī)調(diào)速方案是未來電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的首選方案，是實(shí)現(xiàn)電機(jī)拖動(dòng)數(shù)字控制的根底2。3、 研究/設(shè)計(jì)的目標(biāo)：4、設(shè)計(jì)方案研究/設(shè)計(jì)方法、理論分析、計(jì)算、實(shí)驗(yàn)方法和步驟等：2.1控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)造圖如圖1所示，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器與電流調(diào)節(jié)器串極聯(lián)結(jié)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制PWM裝置。其中脈寬調(diào)制變換器的作用是：用脈沖寬度調(diào)制的方法，把恒定的直流電源電壓調(diào)制成頻率一定、寬度可變的脈沖電壓序列，從而可以改變平均輸出電壓的大小，以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，到達(dá)設(shè)計(jì)要

10、求?？傮w方案簡(jiǎn)化圖如圖1所示。 圖1、轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) TGnASRACRU*n+-UnUiU*i+-UcTAVM+-UdIdUPEL-MTG圖2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)構(gòu)造圖 U*na Uc-IdLnUd0Un+-b +-UiWASR(s)WACR(s)Ks Tss+11/RTl s+1RTmsU*iId1/Ce+E2.2橋式可逆PWM變換器的工作原理脈寬調(diào)制器的作用是：用脈沖寬度調(diào)制的方法，把恒定的直流電源電壓調(diào)制成頻率一定寬度可變的脈沖電壓序列，從而平均輸出電壓的大小，以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。橋式可逆PWM 變換器電路如圖2所示。這是電動(dòng)機(jī)M兩端電壓的極性隨開關(guān)器件驅(qū)動(dòng)電壓的極性變

11、化而變化。圖2 橋式可逆PWM變換器電路雙極式控制可逆PWM變換器的四個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓波形如圖3所示。圖3 PWM變換器的驅(qū)動(dòng)電壓波形他們的關(guān)系是：。在一個(gè)開關(guān)周期，當(dāng)時(shí)，晶體管、飽和導(dǎo)通而、截止，這時(shí)。當(dāng)時(shí)，、截止，但、不能立即導(dǎo)通，電樞電流經(jīng)、續(xù)流，這時(shí)。在一個(gè)周期正負(fù)相間，這是雙極式PWM變換器的特征，其電壓、電流波形如圖2所示。電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)表達(dá)在驅(qū)動(dòng)電壓正、負(fù)脈沖的寬窄上。當(dāng)正脈沖較寬時(shí)，則的平均值為正，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)正脈沖較窄時(shí)，則反轉(zhuǎn)；如果正負(fù)脈沖相等，平均輸出電壓為零，則電動(dòng)機(jī)停頓。雙極式控制可逆PWM變換器的輸出平均電壓為如果定義占空比，電壓系數(shù)則在雙極式可逆變換器中調(diào)速時(shí)，p的可

12、調(diào)圍為01相應(yīng)的r=-11。當(dāng)p>0.5時(shí)，r為正，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)p<0.5時(shí)，r為負(fù)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)=0.5時(shí)，r=0，電動(dòng)機(jī)停頓。但電動(dòng)機(jī)停頓時(shí)電樞電壓并不等于零，而是正負(fù)脈寬相等的交變脈沖電壓，因而電流也是交變的。這個(gè)交變電流的平均值等于零，不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，徒然增大電動(dòng)機(jī)的損耗這是雙極式控制的缺點(diǎn)。但它也有好處，在電動(dòng)機(jī)停頓時(shí)仍然有高頻微震電流，從而消除了正、反向時(shí)靜摩擦死區(qū)，起著所謂“動(dòng)力潤(rùn)滑的作用。雙極式控制的橋式可逆PWM變換器有以下優(yōu)點(diǎn)：1電流一定連續(xù)。2可使電動(dòng)機(jī)在四象限運(yùn)行。3電動(dòng)機(jī)停頓時(shí)有微震電流，能消除靜摩擦死區(qū)。4低速平穩(wěn)性好，每個(gè)開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖仍較寬，

13、有利于保證器件的可靠導(dǎo)通。5、方案的可行性分析：本調(diào)速系統(tǒng)采用單片機(jī)加液晶屏這種控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，軟件方面采用C語(yǔ)言。使得整個(gè)系統(tǒng)人機(jī)界面非常的豐富，而且有利于以后的系統(tǒng)升級(jí)換代，采用RS232通訊接口，也可以進(jìn)展遠(yuǎn)程控制，和各種參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。驅(qū)動(dòng)電路采用IGBT橋做為驅(qū)動(dòng)元件，同時(shí)PWM做為一種的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)已經(jīng)非常成熟了。因此，在技術(shù)方案上不存在任何問題。6、時(shí)間進(jìn)程第1周 確定畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目第2周 收集相關(guān)資料第3周 篩選所收集的資料第4周 將資料進(jìn)展細(xì)致的歸類第5周 根據(jù)收集的資料開場(chǎng)進(jìn)展設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備第6周 完成開題報(bào)告并進(jìn)展開題辯論獲準(zhǔn)開題第7周 對(duì)采集原理的相關(guān)理論的學(xué)習(xí)第8

14、周 學(xué)習(xí)TMS320C5402原理及應(yīng)用第9周 進(jìn)展采集系統(tǒng)硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)第10周 進(jìn)展采集系統(tǒng)硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)第11周 進(jìn)展采集系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)第12周 進(jìn)展程序優(yōu)化，仿真，調(diào)試第13周 對(duì)整個(gè)程序進(jìn)展總體的測(cè)試第14周 對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)展總結(jié)復(fù)習(xí)第15周 對(duì)本設(shè)計(jì)的資料，程序進(jìn)展整理撰寫畢業(yè)論文第16周 準(zhǔn)備畢業(yè)辯論7、參考文獻(xiàn)：1黃程?？臻g遙感用InGaAs 短波紅外探測(cè)器J2*桂芝 ,費(fèi)飛 ,慧芬 等一種 12 位雙通道高速數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)J .電子技術(shù)應(yīng)用 ,2002 ,28 (5) :78 -80.3Te*as Inst rument OSA. DSP Hardware Applicati

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