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1、-、构造模型 同步发电机和其它类型的旋转电机一样，由固定的定子和可旋转的转子两大局部组成。一般分为转场式同步电机和转枢式同步电机。图15.1给出了最常用的转场式同步发电机的构造模型，其定子铁心的圆均匀分布着定子槽，槽嵌放着按一定规律排列的三相对称交流绕组。这种同步电机的定子又称为电枢，定子铁心和绕组又称为电枢铁心和电枢绕组。 转子铁心上装有制成一定形状的成对磁极，磁极上绕有励磁绕组，通以直流电流时，将会在电机的气隙中形成极性相间的分布磁场，称为励磁磁场(也称主磁场、转子磁场)。 气隙处于电枢圆和转子磁极之间，气隙层的厚度和形状对电机部磁场的分布和同步电机的性能有重大影响。 除了转场式同步电机外
2、,还有转枢式同步电机，其磁极安装于定子上，而交流绕组分布于转子外表的槽，这种同步电机的转子充当了电枢。2、工作原理 主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。 载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。 切割运动：原动机拖动转子旋转给电机输入机械能，极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组相当于绕组的导体反向切割励磁磁场。 交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。 感应电势 有效值：由第11章可知，每相感应
3、电势的有效值为 感应电势 频率： 感应电势的频率决定于同步电机的转速n 和极对数p ，即 f=np/60 交变性与对称性：由于旋转磁场极性相间，使得感应电势的极性交变；由于电枢绕组的对称性，保证了感应电势的三相对称性。3、同步转速同步转速 从供电品质考虑，由众多同步发电机并联构成的交流电网的频率应该是一个不变的值，这就要求发电机的频率应该和电网的频率一致。我国电网的频率为50Hz ，故有： n=60f/p=3000/p 要使得发电机供应电网50Hz的工频电能，发电机的转速必须为*些固定值，这些固定值称为同步转速。例如2极电机的同步转速为3000r/min，4极电机的同步转速为1500r/min
4、，依次类推。只有运行于同步转速，同步电机才能正常运行，这也是同步电机名称的由来。4、运行方式同步电机的主要运行方式有三种，即作为发电机、电动机和补偿机运行。 作为发电机运行是同步电机最主要的运行方式，作为电动机运行是同步电机的另一种重要的运行方式。同步电动机的功率因数可以调节，在不要求调速的场合，应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来，小型同步电动机在变频调速系统中开场得到较多地应用。 同步电机还可以接于电网作为同步补偿机。这时电机不带任何机械负载，靠调节转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率，以到达改善电网功率因数或者调节电网电压的目的。本科毕业设计开题报告题 目：PWM控
5、制的直流电动机调速系统设计专 题：院 系： 电气与信息工程学院 班 级： 自动化 07-7 姓 名： 董文慧 学 号： 26号 指导教师： *益民 教师职称： 教授 科技学院本科毕业设计开题报告题 目PWM控制的直流电动机调速系统设计来源工程实际1、 研究目的和意义直流脉宽调速系统，是采用脉冲宽度调制的高频开关控制方式，形成的脉宽调制变换器直流电动机调速系统，简称直流PWM调速系统。随着电力电子技术和控制技术的的开展，20世纪末以交流调速为主导方向调速系统日趋完善，其性能可与直流调速系统相媲美，它的控制技术已居世界先进水平。但由于造价较高，目前在国应用局限性较大，在较短的时间难以取代较为落后的
6、直流调速。相对而言，PWM调速系统的出现，弥补了这个空白。PWM调速系统主电路线路简单，功率元件少，开关频率高，其控制水平从1000Hz可到达4000Hz，电机电流连续，低速性能好，谐波少，稳态精度高，脉动小，损耗和发热都较小，调速围宽，调速系统频带宽，快速响应性好，动态抗扰能力强。特别是近几年大功率CTR、GTO、IGBT的相继问世，促使其生产水平已到达4500V、2500A，组成的PWM变换器用来驱动上千千瓦的电动机，广泛用于交通、工矿企业等电动传动系统中。因此对PWM调速系统的进一步研究，在调速精度要求较高的场合，对解决传统直流调速系统调速精度低、稳定性差的难题，具有广泛的意义和价值。全
7、控型电力电子技术和单片机技术的开展，促使模拟控制转向全数字化控制。全数字控制系统是以微处理器为核心的数字控制系统，简称微机数字控制系统，主要特点是离散化和数字化。它的稳定性好，可靠性高，可以提高控制性能，此外还拥有信息存储、数据通信和故障诊断等模拟控制系统无法实现的功能。因此目前流行的方案是采用由数字电路组成的大规模集成电路，加上大功率自关断器件组成直流脉宽调速系统PWM。进而开展成用单片机控制的功能更强的全数字微机控制的直流调速系统。2、国外开展情况(文献综述) 由于直流调速控制系统具有良好的启制动、正反转及调速等性能，目前在调速领域中仍占主要地位。按供电方式，它可分交流机组供电、整流供电和
8、晶闸管供电三类。其中，晶闸管供电的直流调速控制系统具有良好的技术经济指标。 在国外，PWM源于上世纪九十年代，其思想源于通信技术，但随着现代电子技术的开展使得PWM理论越来越成熟，其开展的速度越来越快速。已经取代传统的可控硅电机调速系统。由原先的“电机控制“电气传动已开展到“运动控制的新阶段。IGBT、电力MOSFET等为代表的全控型器件的不断完善给PWM控制技术提供了强大的物质根底。在国PWM有理论根底逐渐成熟，但在应用上，国外差距也很大。PWM调速系统的应用是近年来才开场的，原因是我国的电子工业的根底比拟差。PWM调速系统中所需的关键部件IGBT管靠进口。近年来，我国已开发出具有自主知识产
9、权的IGBT大电流晶体管，从而为该技术推行奠定了物质根底。PWM电机调速方案是未来电机拖动系统的首选方案，是实现电机拖动数字控制的根底2。3、 研究/设计的目标：4、设计方案研究/设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等：2.1控制系统的整体设计直流双闭环调速系统的构造图如图1所示，转速调节器与电流调节器串极联结，转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制PWM装置。其中脉宽调制变换器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速，到达设计要求。总体方案简化图如图1所示。 图1、
10、转速、电流双闭环直流调速系统 TGnASRACRU*n+-UnUiU*i+-UcTAVM+-UdIdUPEL-MTG图2 双闭环直流调速系统的动态构造图 U*na Uc-IdLnUd0Un+-b +-UiWASR(s)WACR(s)Ks Tss+11/RTl s+1RTmsU*iId1/Ce+E2.2桥式可逆PWM变换器的工作原理脉宽调制器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定宽度可变的脉冲电压序列，从而平均输出电压的大小，以调节电机转速。桥式可逆PWM 变换器电路如图2所示。这是电动机M两端电压的极性随开关器件驱动电压的极性变化而变化。图2 桥式可逆PWM变换器电
11、路双极式控制可逆PWM变换器的四个驱动电压波形如图3所示。图3 PWM变换器的驱动电压波形他们的关系是：。在一个开关周期，当时，晶体管、饱和导通而、截止，这时。当时，、截止，但、不能立即导通，电枢电流经、续流，这时。在一个周期正负相间，这是双极式PWM变换器的特征，其电压、电流波形如图2所示。电动机的正反转表达在驱动电压正、负脉冲的宽窄上。当正脉冲较宽时，则的平均值为正，电动机正转，当正脉冲较窄时，则反转；如果正负脉冲相等，平均输出电压为零，则电动机停顿。双极式控制可逆PWM变换器的输出平均电压为如果定义占空比，电压系数则在双极式可逆变换器中调速时，p的可调围为01相应的r=-11。当p0.5
12、时，r为正，电动机正转；当p0.5时，r为负，电动机反转；当=0.5时，r=0，电动机停顿。但电动机停顿时电枢电压并不等于零，而是正负脉宽相等的交变脉冲电压，因而电流也是交变的。这个交变电流的平均值等于零，不产生平均转矩，徒然增大电动机的损耗这是双极式控制的缺点。但它也有好处，在电动机停顿时仍然有高频微震电流，从而消除了正、反向时静摩擦死区，起着所谓“动力润滑的作用。双极式控制的桥式可逆PWM变换器有以下优点：1电流一定连续。2可使电动机在四象限运行。3电动机停顿时有微震电流，能消除静摩擦死区。4低速平稳性好，每个开关器件的驱动脉冲仍较宽，有利于保证器件的可靠导通。5、方案的可行性分析：本调速
13、系统采用单片机加液晶屏这种控制系统硬件设计，软件方面采用C语言。使得整个系统人机界面非常的丰富，而且有利于以后的系统升级换代，采用RS232通讯接口，也可以进展远程控制，和各种参数的实时监控。驱动电路采用IGBT桥做为驱动元件，同时PWM做为一种的直流电机驱动技术已经非常成熟了。因此，在技术方案上不存在任何问题。6、时间进程第1周 确定毕业设计的题目第2周 收集相关资料第3周 筛选所收集的资料第4周 将资料进展细致的归类第5周 根据收集的资料开场进展设计前的准备第6周 完成开题报告并进展开题辩论获准开题第7周 对采集原理的相关理论的学习第8周 学习TMS320C5402原理及应用第9周 进展采
14、集系统硬件平台的设计第10周 进展采集系统硬件平台的设计第11周 进展采集系统软件的设计第12周 进展程序优化，仿真，调试第13周 对整个程序进展总体的测试第14周 对毕业设计进展总结复习第15周 对本设计的资料，程序进展整理撰写毕业论文第16周 准备毕业辩论7、参考文献：1黄程。空间遥感用InGaAs 短波红外探测器J2*桂芝 ,费飞 ,慧芬 等一种 12 位双通道高速数据采集处理系统J .电子技术应用 ,2002 ,28 (5) :78 -80.3Te*as Inst rument OSA. DSP Hardware Application.Team ,REPORT SPRA943A Z . Te*as :Te*as Inst ru2ment DSA ,2004.4武森.嵌入式高速 DSP视频图像处理系统中数据存储器的接口设计J.红外技术,2003 (1) :
