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1、 毕业设计(论文)开题报告题 目： 直流电机调速系统设计 学 院： 电气信息学院 专 业： 电气工程及其自动化 学生姓名： 文亮 学 号: 200701010809 指导老师： 谢卫才 2011年 4月20日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。3“文献综述”应按论文的格式成
2、文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于10篇（不包括辞典、手册），其中至少应包括1篇外文资料；对于重要的参考文献应附原件复印件，作为附件装订在开题报告的最后。4统一用A4纸，并装订单独成册，随毕业设计（论文）说明书等资料装入文件袋中。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1文献综述：结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2500字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。文献综述一、引言长期以来，由于直流电机具有良好的线性调速特性，较高的效率，优异的动态特性，广泛应用在调速控制中。直流电机速度控制容易、启动制动性能良好,且在宽
3、范围内平滑调速等特点而在冶金、机械制造、轻工等工业部门中得到广泛应用。直流电动机转速的控制方法可分为两类，即励磁控制法与电枢电压控制法。励磁控制法控制磁通，其控制功率虽然小，但低速时受到磁饱和的限制，高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制；而且由于励磁线圈电感较大，动态响应较差，所以常用的控制方法是改变电枢端电压调速的电枢电压控制法，调节电阻R即可改变端电压,达到调速目的，但这种传统的调压调速方法效率低。近年来，直流电动机的结构和控制方式都发生了很大的变化。随着计算机进人控制领域以及高开关频率、全控型第二代电力半导体GTR、GTO、MOSFET、IGBT等的发展，脉宽调制(PWM)直流调速系
4、统在调速控制中得到越来越普遍的使用。这种调速方法具有开关频率高、低速运行稳定、动态性能优良、效率高等优点，更重要的是这种调速方式很容易在单片机控制系统中实现，使整个调速系统实现全数字化，结构简单，可靠性高，操作维护方便，电动机稳态运转时转速精度可达到较高水平，静动态各项指标均能较好地满足工业生产中高性能，因此具有很好的发展前景。二、 直流电机调速系统的概述（一）电机基本调速方法由电机学基本理论可知，直流电动机转速特性方程式为 （2-1）式中n 转速（r/min）；U电枢电压（V）I电枢电流（A）；R电枢回路总电阻（W）；励磁磁通（Wb）；由电机结构决定的电动势常数；由上式可见，直流电动机调速方
5、案可有以下三种。1.电枢串电阻调速图2-1调阻调速特性曲线如图2-1，总电阻R越大，特性线斜率越大，机械特性越软。若负载转矩为,对应所需的电枢电流为，则负载大小不变时，总电阻越大，转速越低。由于电阻耗能大，机械特性软，调速范围窄，不能实现无级平滑调速，只用于一些要求不高的场合。2.弱磁调速图2-2磁调速特性曲线普通电动机在额定磁通下运行，铁芯已接近饱和，不能再增加磁通而只能减小。如图2-2，减小，增大，特性线斜率也增大。弱磁调速虽然能实现平滑调速，但其调速范围太小，特性较软，因而只是在额定转速以上作小范围升速时才采用。3.调压调速图2-3调压调速特性曲线如图2-3，额定励磁保持不变，理想空载转
6、速随U减小而减小，各特性线斜率不变，由此可实现额定转速以下大范围平滑调速，并且在整个调速范围内机械特性硬度不变。这种方法在直流电力拖动系统中被广泛采用。（二）直流电机调速系统的概述调压调速是直流电动机调速系统的主要方法，而调节电枢电压需要有专门向电机供电的可控直流电源。随着可控直流电源的发展，直流电动机调速系统也经历不同的三个阶段。1.旋转变流机组直流电机调速系统如图2-4，旋转变流机组直流电动机调速系统（G-M系统）由交流电动机（异步机或同步机）拖动直流发电机G实现变流，由G给需要的直流电动机M供电，调节G的励磁电流即可其输出电压U，从而调节电动机的转速n。这种调速系统在50年代曾广泛使用，
7、至今在尚未进行设备更新的地方仍沿用这种系统。但是该系统的设备多、体积大、费用高、效率低、安装须打地基、运行有噪声、维护不方便，因此到了60年代就让位给晶闸管整流器。图2-4旋转变流机组直流电动机调速系统（G-M系统）2.晶闸管-电动机调速系统 采用闸流管或汞弧整流器的离子拖动系统是最早应用静止式变流装置供电的直流电动机调速系统。1957年，晶闸管（俗称“可控硅”）问世，到了60年代，已生产出成套的晶闸管整流装置，并应用于直流电动机调速系统，即晶闸管可控整流器供电的直流调速系统（V-M系统）。如图2-5，VT是晶闸管可控整流器，通过调节触发装置GT的控制电压来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压
8、，从而实现平滑调速。晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都有很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的优越性；晶闸管可控整流器的功率放大倍数在以上，其门极电流可以直接用晶体管来控制，不再像直流发电机那样需要较大功率的放大器。在控制作用的快速性上，变流机组是秒级，而晶闸管整流器是毫秒级，这将大大提高系统的动态性能。因此，在60年代到70年代，晶闸管可控整流器供电的直流调速系统（V-M系统）代替旋转变流机组直流电动机调速系统（G-M系统），得到了广泛的应用。但是由于晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难；晶闸管对过电压、过电流和过高的与都十分敏感，若超过允许值会在很短的时间内
9、损坏器件。另外，由谐波与无功功率引起电网电压波形畸变，殃及附近的用电设备，造成“电力公害”，因此必须添置无功补偿和谐波滤波装置。图2-5晶闸管可控整流器供电的直流调速系统（V-M系统）3.直流脉宽调速系统图2-6直流PWM调速系统的基本构架和电压波形 如图2-6，VT用开关符号表示任何一种电力电子开关器件，VD表示续流二极管，通过控制VT的导通时间来控制直流电动机的电枢的平均电压，从而控制电动机转速n。直流PWM调速系统的基本构架简单，但电机不能反转和制动，电流也不连续。现在最常用的是桥式（亦称H性）PWM调速系统，其可使电动机在四个象限运行；保持电枢电流的连续性。70年代以来研制了多种“全控
10、式”电力电子器件，如快速晶闸管、GTO、MOSFET、GTR、IGBT，并具有开关速度快、高频特性好、热稳定性优良、驱动电路简单、驱动功率小、安全工作区宽、无二次击穿问题等显著优点。它们不断完善给PWM控制技术提供了强大的物质基础。另外，微处理器（尤其是单片机）进入直流电动机的调速系统，起控制器的作用。使的直流PWM调速系统作为一种新技术，迅速发展，日益广泛的应用，特别在中、小容量的系统中，已取代V-M系统成为主要的直流调速方式。参考文献1 贺益康.电机控制.浙江:浙江大学出版社,2010.5.2 胡虔生.电机学.北京:中国电力出版社,2005.8.3 张方.电机及拖动基础.北京:中国电力出版
11、社，2008.4.4 杨红玉.利用PCI-1780实现直流电动机PWM调速.机电产品开发与创新，2008.2.5 王志良.电力电子新器件及其应用技术.北京：国防工业出版社，1995.6 吴守箴，戚英杰.电气传的脉宽调制控制技术.北京：机械工业出版社.7 贾玉瑛，王臣.基于单片机控制的PWM直流调速系统.包头钢铁学院学报，2005.8 王迎旭.单片机原理与应用M.北京：机械工业出版社，2004.7.9 曹琳琳单片机原理应用及接口技术M国防科技大学出版社.10 王晓明.电动机的单片机控制。北京航天航空大学出版社11 胡岩、武建文。小型电动机现代实用. 机械工业出版社12 巨永锋.单片控制的PWM的
12、系统设计.电气自动化 199613 周美兰 单片机电机节能控。 哈尔滨理工大学 200414 潘俊民无刷直流电动机控制系统仿真计算机仿真200215 王志良.电力电子新器件及其应用技术. 北京：国防科技大学出版社16 曲学基、曲敬铠、于明扬：电力电子整流技术及应用，电子工业出版社 200817 左玉兰马宗龙:直流电机调速系统的单片机控制J集成电路应用，1999 18 王兆安黄俊:电力电子技术机械工业出版社,200019Boudreaux R R，Nelms R M，Hung John Y. Simulation and Modeling of a DC DC converter control
13、led by an 8 bit microcontroller. IEEE-APEC.2，1997. 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告开题报告：一、课题的目的与意义；二、课题发展现状和前景展望；三、课题主要内容和要求；四、研究方法、步骤和措施 开 题 报 告一、 课题的目的与意义 直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非
14、常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。传统的控制系统采用模拟元件，虽在一定程度上满足了生产要求，但是因为元件容易老化和在使用中易受外界干扰影响，并且线路复杂、通用性差，控制效果受到器件性能、温度等因素的影响，故系统的运行可靠性及准确性得不到保证，甚至出现事故。目前，直流电动机调速系统数字化已经走向实用化，伴随着电子技术的高度发展，促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变，特别是单片机技术的应用，使直流电机调速技术又进入到一个新的阶段，智能化、高可靠性已成为它发展的趋势。二、 课题发展现状和前景展望现代工业生产中，电动机是主要的驱动设备，目前在直流电动机拖动系统中已大量采用晶闸管(即可控硅)装置向电动机供电的KZD拖动系统，取代了笨重的发电动一电动机的FD系统，又伴随着电子技术的高度发展，促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变，特别是单片机技术的应用，使直流电机调速技术又进入到一个新的阶段，智能化、高可靠性已成为它发展的趋势。直流电机调速基本原理是比较简单的（相对于交流电机），只要改变电机的电压就可以改变转速了。改变电压的方法很多，最常
