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1、毕业设计论文论文题目：2.2kw小容量直流电动机不可逆调速系统设计学号：21033239 姓名：郜宝琦系 部：电气工程系专业 名 称：机电一体化 指 导 教 师：庄丽 2012年12月24日包头职业技术学院电气工程系毕业设计任务书一题目：2.2kw小容量直流电动机不可逆调速系统设计 二设计性能要求：1.调速范围10D15，静差率10s15，2.当负载确定时，系统能自动调节保证转速不能变3.能迅速制动 三设计任务： 1.设计合适的控制方案。2.画出电路原理图 3.写出如何选择电路。4.写出设计说明书，要求字迹工整，原理叙述正确。5.列出元件明细表附在说明书的后面。前 言在电机的发展史上，直流电动
2、机有着光辉的历史和经历，皮克西、西门子、格拉姆、爱迪生、戈登等世界上著名的科学家都为直流电机的发展和生存作出了极其巨大的贡献，这些直流电机的鼻祖中尤其是以发明擅长的发明大王爱迪生却只对直流电机感兴趣，现而今直流电机仍然成为人类生存和发展极其重要的一部分，因而有必要说明对直流电机的研究的重要性。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。最早调速系统是由交流电动机拖动直流发电机（
3、G）给直流电动机（M）供电，通过调节发电机的励磁电流以改变其输出电压，达到直流电动机调速目的。这种调速系统简称G-M系统，但这种系统需要两台与直流电动机容量相当的电机，因此设备多，体积大，费用高，噪声大，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，维护不方便。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半导体技术的发展，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。更为经济可靠、性能优越的晶闸管变流器出现了，由晶闸管变流器（VT）向电动机（M）供电的系统简称V-M系统，相比之下VM系统在经济性、可靠性和技术性能上显示出较大的优越性。可以节约人力资
4、源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。本文首先明确了设计的任务和要求，在了解了单闭环直流调速系统的调速原理后，依次对调速系统中的主电路、触发电路、PI调节器、给定环节进行了设计，并且附有相关的原理图目录1 系统整体方案的确定11.1调速系统的确定11.2系统的组成与选择2主电路及励磁绕组回路2触发电路4 PI调节器7给定环节9反馈环节102 系统工作原理102.1启动102.2调速102.3稳速（对负载扰动而言）102.4制动103 元气件明细表11结束语13致谢14参考文献151系统整体方案的确定电动机是将电能转化为机械能的一种有利工具，根据电动机类型的不同，它可分为直流电动机和交流电动
5、机。由于课题要求和技术参数的需要，所以我选择直流电动机作为拖动对象。1.1调速系统的确定依生产机械要求的调速性能指标：10D15、10S15,负载容量为容量2.2KW13V。c最大输出能力：200mA(吸收脉冲电流)。d输出反压：BVceol8V(测试条件：Ie=100A允许使用环境温度：-l070。KC05是16脚双列直插式集成电路，其结构如图2-2所示。可以分为同步检测、锯齿波形成、移相控制、脉冲输出、失交保护等几个主要的环节。外电路提供15V的直流电压加于脚16与脚7之间，作为集成触发器的直流工作电源。图1.5 KC05的结构和工作原理同步检测是由KC05内部的整流桥VD1-VD4和V1
6、、V2组成。脚15、脚16接交流电源同步变压器，再同步电压正负两个半周内绝大部分时间几乎都能使V1、V2处于完全导通状态，只有在电网电压在过零点附近，即小于3个PN结开启电压值之和时，V1、V2才截止，由此来控制锯齿波电压的形成，由于二极管的钳位作用，脚15、脚16之间的电压为正负间隔出现的近似梯形波电压，梯形波的幅值Vm=2Vd+Vbe1。如图2-3（a）所示锯齿波形成环节由V3、Vdz1、V5、V6和V5发射极脚4的外接电容C1构成。依靠电容C1的充放电作用在它两端产生锯齿波电压。同步电压过零时，V1、V2截止，V3、V5导通，向电容C1充电，由于充电时间常数很小，C1两端电压迅速充至Vd
7、z1的稳压值8伏左右，作为锯齿波电压的峰值。同步电压过零之后，V1、V2导通，V3、V5截止，电容C1的电荷经V6恒流放电，形成锯齿波电压的下降沿，调节V6外接偏置电阻R1就能调整锯齿波电压的斜率。锯齿波电压波形如图2-3（c）所示。脉冲移向环节由V8、V9、V10、Vdz2、V11组成。V7、V8、V9为恒流源组成的差放电路，起到比较放大的作用。移相电压接至KC05的脚6，当线性下降的锯齿波电压大于移相电压时，V8导通，V9、V10、Vdz2、V11截止。当锯齿波电压小于移相电压时，V9、V10、Vdz2、V11导通，V11的导通经过脉冲形成环节产生脉冲输出。图1.6 KC05相关点波形脉冲
8、形成环节由VD8、V12、V13、V14，脚13外接电容C2、脚10外接电阻R2组成。V11导通时调整偏置电阻R2使V12导通，与此同时，C2经VD8、V12充电，极性为左正右负。当V11导通时，电容C2上的电荷以反压的形式加于VD8与V12发射结两端，迫使V12截止。复合管V13、V14为输出驱动管，在V12截止期间，V13基极为高电平，通过外接驱动电路触发双向晶闸管。同时C2由15伏电源、R2、V11反向充电，脚10端电压逐步上升，当该电压大于VD8和V12开启电压时，V12导通，V13、V14截止，输出脉冲终止。调节时间常数R2、C2的大小就能获得合适的脉冲宽度。KC05引脚相关的电压波
9、形如图2-3所示。若将KC05的脚2与脚12相连，便组成了失交保护环节，所谓“失交”就是指一旦移相电压大于锯齿波电压峰值时（此时两电压不存在交点），V9、V10、V11、V12保持导通，V13、V14、保持截止，电路无脉冲输出，电动机在较高的速度下骤然停止，对控制不利。若将KC05的脚2与脚12相连，在电网电压过零时，V1、V2截止，V3、V4导通，V4导通时管压降加于Vdz2和V11的发射结两端，强迫使V11截止，当电网电压过零后，V1、V2导通，V3、V4截止，Vdz2、V11导通，电容C2上预充电电压强迫使V12截止，V13、V14导通，输出触发脉冲，因此，当移相电压大于锯齿波电压峰值时
10、，使晶闸管工作于全导通状态，电机在满电压下运行。 PI调节器而PI调节器就是指比例积分（微分）调节器。PI调节器一方面给触发电路输入信号，另一个方面是将给定信号和反馈回来的信号做比较。PI调节器有很多，我们选择了简单方便、成本低 造价小能与KC05很好配合的F007 。F007是一个集成运算放大器，其根本实质是一个多级直接耦合高电压放大倍数的放大器。F007外部结构图及说明F007有9个引脚分别以数字区分，其中7、4为正负电源端，2、3为信号输入端，6为信号输出端，1、5为调零电位器接线端，8、9为消除寄生自激振荡的补偿端。图1.7 F007外部结构图F007内部原理图及说明每个集成运放的内部结构大体都差不多，都是由四个部分组成包括输入级、中间放大级、偏置电路、输出级。输入级由差分放大器组成，它的性能对整个集成放大电路的质量起决定性作用。中间放大级由电压放大器构成，主要是提供足够的电压放大倍数，偏置电路是向各放大级提供合适的工作电流、决定各级静态工作点，输出级由推挽式放大器构成，主要用来
