力矩电机控制器有protel电路图.docx

13届毕业设计

力矩电机控制器的设计

学生姓名
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前 言
力矩电机具有

目 录
工程概况 1
1 课题研究的背景及意义 1
2 设计的主要目标任务 2
3 设计方案 2
4 系统硬件电路设计 5
4.1 电源的方案设计 5
4.1.1元器件选择 5
4.1.2电源电路的电路图 5
4.1.3元器件明细表 5
4.2 主电路模块设计 6
4.2.1元器件选择 6
4.2.2电源电路的电路图 8
4.2.3元器件明细表 8
4.3 控制电路部分设计 9
4.3.1元器件选择 9
4.3.2电源电路的电路图 16
4.3.3元器件明细表 16
5结论 17
6总结与体会 17
致 谢 19
参考文献 20
附 录 21
总电路图 21

工程概况
变频调速、矢量变换控制等系统能获得良好的调速性能，大多线路复杂、成本高、维护不变；串级调速只适用于线绕式异步电动机，在一定程度上影响了它的推广。交流调压调速系统基本上没有以上缺点，在要求不太高的场合能满足调速需要。力矩电机的特性使其适用于卷绕，开卷、堵转和调速等场合及其他用途，它广泛应用于机械制造、纺织、造纸、橡胶、塑料、金属线材和电线电缆等工业中。

1 课题研究的背景及意义
随着科学技术的发展，三相交流力矩电动机市场竞争越来越激烈，这使得力矩电机得到了飞速的发展，同时，也就需要力矩电机的调速控制器要得到相应的发展和创新。根据国家统计局、工商局、税务局、海关总署、国务院发展研究中心、发改委、商务部、国家信息中心、各大商用数据库、相关行业协会、报刊杂志及各市调公司所公布的资料撰写，本报告是相关企业、相关研究单位及银行政府等准确、全面、迅速了解目前该行业发展动向、把握企业战略发展定位方向不可或缺的专业性报告，即：《2011-2016年中国三相交流力矩电动机市场分析及发展前景研究报告》2设计的主要目标任务
本文的研究课题是力矩电机的调速控制力矩电机的调速控制是通过调节电压的大小来调节力矩电机的转速的快慢的。主要内容是使用双向晶闸管来控制主回路。控制回路由运算放大器、移相触发器和测速电机等来构成。 可总结主要内容可以分为以下几步：
1、掌握主回路中双向晶闸管的作用。
2、了解掌握移相触发器结构和原理。
3、掌握运算放大器的作用。
4、了解掌握测速电机和力矩电机。
5、根据所学的基础知识以及对移相触发器、双向晶闸管、运算放大器的掌握设计完成力矩电机调速控制器。
6、调整子电路的结构和参数使其满足设计要求。
3 设计方案
力矩电机调压调速系统的原理框图如下：
其中：S为转差率，n为转子转速f为电源频率，p为极对数。由此可知，改变极对数p、电源频率f及转差率s都可以改变转速n。而改变定子端电压是一种比较简单的调速方法。
图3-2 改变电动机定子电压的机械特性

图3-3 高转子电阻电动机在不同定子电压时的电动机机械特性
因此本方案设计主要分为三个部分：1、主电路
主要是由双向晶闸管、电阻、电容等组成的。通过控制双向晶闸管的导通角来控制力矩电机定子电压的大小来控制力矩电机转速的快慢把测速反馈电压和电源电压通过运算放大器后得到一个电压，再把这个电压经过移相触发器产生一个脉冲，再通过脉冲变压器，传送给双向晶闸管，控制力矩电机的转速。
3、电源
把220V交流电降压整流滤波稳压后，变成双15V的电源电压。
4 系统硬件电路设计
4.1电源的方案设计
首先元器件的选择
变压器的选择：前，2.整流部分的选择
整流桥堆一般用在全波整流电路中，它又分为全桥与半桥。全桥是由4只整流二极管按桥式全波整流电路的形式连接并封装为一体构成的，全桥的正向电流有0.5A、1A、1.5A、2A、2.5A、3A、5A、10A、20A、35A、50A等多种规格，耐压值（最高反向电压）有25V、50V、100V、200V、300V、400V、500V、600V、800V、1000V等多种规格。
3.滤波稳压部分的选择
这部分的滤波电容是根据资料和经验来选择的。而稳压部分则使用三端稳压器7815和7915，其介绍如下：
7815：
功能介绍
　 7815为三端正稳压器电路,TO-220F封装，能提供多种固定的输出电压，应用范围广。内含过流、过热和过载保护电路。带散热片时，输出电流可达1A。虽然是固定稳压电路，但使用外接元件，可获得不同的电压和电流。
　　一般的双电源（正负对称电源）都没有连续可调的功能，给使用带来一定程度上的不便。用一块7815和一块7915三端稳压器对称连接，可获得一组正负对称的正负15V稳压电源。
如果能够提供足够的散热片，它们就能够提供大于1.5A的输出电流。虽然是按照固定电压值来设计的，但是当接入适当的外部器件后，就能能获得各种不同的电压和电流。
主要特点：
过热保护、短路保护、

元器件明细表

这部分电路就是用控制电路中送来的脉冲信号，来控制双向晶闸管的导通角来控制加在力矩电机上的定子电压大小，从而控制了力矩电机的快慢。
由于加在晶闸管上的正向电压上升率dv/dt也应该有所限制,如果dv/dt过大，由于晶闸管结电容的存在而产生较大的位移电流，该电流可以实际上起到触发电流的作用，使晶闸管正向阻断能力下降，严重时引起晶闸管误导通。为抑制dv/dt的作用，可以在晶闸管两端并联R-C阻容吸收回路。
4.2.1 元器件选择
电容的选择：C=(2.5-5)×10的负8次方×If
If=0.367Id
Id-直流电流值。
电阻的选择：R=((2-4) ×535)/If
PR=(1.5×(pfv×2πfc)的平方×10的负12次方×R)/2
Pfv=2u(1.5-2.0)
u-三相电压的有效值
双向可控硅的介绍
双向可控硅是在普通可控硅的基础上发展而成的，它不仅能代替两只反极性并联的可控硅，而且仅需一个触发电路，是比较理想的交流开关器件。其英文名称TRIAC即三端双向交流开关之意。
　尽管从形式上可将双向可控硅看成两只普通可控硅的组合，但实际上它是由7只晶体管和多只电阻构成的功率集成器件。小功率双向可控硅一般采用塑料封装，有的还带散热板。典型产品有BCMlAM(1A/600V)、BCM3AM(3A/600V)、2N6075(4A/600V)，MAC218-10(8A/800V)等。大功率双向可控硅大多采用RD91型封装。
双向可控硅属于NPNPN五层器件，三个电极分别是T1、T2、G。因该器件可以双向导通，故除门极G以外的两个电极统称为主端子，用T1、T2。表示，不再划分成阳极或阴极。其特点是，当G极和T2极相对于T1，的电压均为正时，T2是阳极，T1是阴极。反之，当G极和T2极相对于T1的电压均为负时，T1变成阳极，T2为阴极。双向可控硅由于正、反向特性曲线具有对称性，所以它可在任何一个方向导通。
BT136双向可控硅的主要用途及特点：
家用电器控制电路、变频电路、调光、调温、调速电路。
封装形式： TO-220
特点：击穿电压高、输出电流大。
参数特性：
断态重复峰值电压VDRM：600V
反向重复峰值电压VRRM：600V
通态平均电流IT：4A
通态不重复浪涌电流ITSM：40A
最高结温Tjm：110 ℃
贮存温度Tstg：－55～150 ℃
4.2.2 主电路电路图

图4-3 主电路电路图
4.2.3元器件明细表
表2 主电路元件明细表
名称
型号 大小 数量
总数量
电容
01uF/400V（3）
3
电阻
120（3）
3
双向可控硅
BT136（3）
3
力矩电机
YLJ5638-1 380V 0.35A 50Hz 670r/min
1
1uF/400V的电容我就用
4.3控制电路部分设计
把给定信号和测速反馈信号从集成运放的输入端输入，经过集成运放后输出端则会按一定比例放大。再把放大了的信号送给可控硅触发电路（这部分我用的是KC05芯片来实现的）.通过可控硅触发电路把前一部分送来的放大信号与移相控制电压进行比较放大，再有KC05芯片的9脚输出一触发脉冲给脉冲变压器，使的脉冲变压器产生双脉冲（一组供自身使用，另一组去补充其他一相）来控制来控制主电路中双向晶闸管的导通。
4.3.1元器件选择
测速反馈是直接使用的直流测速发电机来测得反馈信号。而集成运放器我选择的UA741集成芯片，使用说明如下：UA741运算放大器使用说明741放大器为运算放大器中最常被使用的一种，拥有反相向与非反相两输入端，由输入端输入欲被放大的电流或电压信号，经放大后由输出端输出。放大器作动时的最大特点为需要一对同样大小的正负电源，其值由±12Vdc至±18Vdc不等，而一般使用±15Vdc的电压。

图4-4放大器输出输入电压关系图
反相放大电路：
反相放大电路之接法如图4-4，同样是使用负反馈电路方式作动，只是此时信号由反相端输入，故会得到与输入端反相之输出，当输入电压V1增大时会使得输出电压Vo下降。此电路可以得到(R1/R2)倍的输出，当a点电位为0V时，其输出电流如式(1)为V1/R2，则

图4-5 反相放大电路
反相加法运算电路为若干个输入信号从集成运放的反相输入端引入，输
出信号为它们反相按比例放大的代数和。
因为UA741输出端电压U等于输入端给定电压U1和反馈电压U2比例和。
计算公式为：U=，R10=（R3+R4）//（R5+R6）
KC05芯片的使用方法
KC05适用于双向可控硅或反并联可控硅线路的交流相位控制。具有锯齿波线性好、移相范围宽、控制方式简单、易于集中控制、有交互保护、输出电流大等优点。是交流调光、调压的理想电路。同样也适用于半控或全控桥式线路的相位控制。
电参数如下：
电源电压：外接直流电压+15V，允许波动±5％(±10％功能正常)。
电源电流：≤l2mA。
同步电压：≥l0V。
同步输入端允许最大同步电流：3mA(有效值)。
移相范围：≥l70°(同步电压30V，同步输入电阻10kΩ)。
移相输入端偏置电流≤l0µA。
锯齿波幅度：≥7～8.5V。
输出脉冲：
a．脉冲宽度：l00µs～2 ms(通过改变脉宽阻容元件达到)。
b．脉冲幅度：>13V。
c．最大输出能力：200mA(吸收脉冲电流)。
d．输出反压：BVceo≥l8V(测试条件：Ie=100µA
允许使用环境温度：-l0～70℃。
KC05内部结构及工作原理示意图、一相调压电路、KC05电路各点波形、KC05引脚图如下图：

图4-6 KC05内部结构及工作原理示意图

图4-7 KC05的一相调压电路

图4-8 KC05电路各点波形
图4-9 KC05引脚图
由图4-6和图4-7可见，VT1、VT2组成同步检测电路，当同步电压过零时。VT1、VT2截止从而使VT3导通，VT4对外接电容C7充电至8V左右。同步过零结束时，VT1、VT2导通，VT3、VT4截止，C7电容由VT6恒流放电，形成线性下降的锯齿波。锯齿波下降的斜率由端点5的外接锯齿波斜率电位器R3调节。锯齿波送至VT1与由引脚6引入VT9的移相控制电压进行比较放大，经VT12、VT11外接R12、C6微分，在VT12集电极得到一定宽度的移相脉冲，脉冲宽度由R12、C6的值决定。脉冲经VT13、VT14功率放大后，在引脚9能得到输出电流为200mA的触发脉冲。VT1是失交保护输出，当输入的移相电压（VT9基极信号）大于锯齿波峰点电压（VT8基极信号，约7~8.5V）时，VT10、VT11、VT12始终导通，VT13、VT14截止，引脚9停止输出脉冲，导致调压器电压中断，这就是失交现象。把引脚2一引脚12相连后，就起到失交保护保留脉冲的作用，VT11出受VT10集电极控制外，还受到引脚2控制，引脚2是VT4的集电极，每当引脚点15与引脚点16同步电压过零VT1、VT2截止，VT3、VT4就导通一次，VT4导通实际上使引脚12每逢同步电压过零出现一次零电平，使VT1截止，VT1截止期间VT12继续导通，这时直流电源通过KC05的R5、VT12基极及串联的二极管VD7对图4-9所示的电容C6向VT13的基极提供负偏压，VT12截止，使VT13、VT14导通，引脚9在零脉冲过后立即输出脉冲信号。这样尽管输入信号大于锯齿波峰值，KC05仍能继续保持输出触发脉冲，而不致造成调压器输出电压中断的现象。这是KC05电路的显著优点。图4-10中 R11=*103（Ω）
脉冲变压器的使用方法

图4-11 接线图
同步变压器的使用：
同步变压器是用来为晶闸管提供同步信号来作为其控制电压的。

4.31控制电路电路图

图4-12 控制电路电路图
4.32元器件明细表
表3 控制电路元件明细表
元件名称
型号 大小 数量
总数量
电阻
24K（3）、30K（6）、27（3）、100K（5）、60K(2)、1K（3）
22
电位器
22K（4）、4.7K（1）
5
脉冲变压器
KMB-0022（3）
3
二极管
IN4004（11）
11
同步变压器
TC2（1）
1
电容
0.047uF（4） 0.47uF（3）、0.1uF（1）、1uF（3）
10
芯片
KC05（3）、UA741（1）
4
电解电容
100uF/50V（1）
1
稳压二极管
2CW15（1）
1

5结论
本次设计的题目是力矩电机调速控制器，设计基本实现了力矩电机的调压调速控制。通过对本课题的设计与制作，巩固和加深对模电、电机控制等知识的理解，提高综合运用模电、电机控制方面的知识的运用，掌握电子电路设计的基本方法。本课题为应用型研究与设计，具有比较高的应用价值。通过对本课题设计不仅可以使我所学理论知识得到了综合运用，还利于提高我的动手能力和分析问题、解决问题的能力，更有利于培养我的工程意识、创新意识和开拓精神。但是，在本课题的设计过程中也还存在一些不足之处，比如自己在硬件电路的检测、调试和参数确定过程中，思路还不够清晰。不过在指导老师孙老师的悉心教导下还是比较好的完成了设计工作。
本次毕业设计是我所做过的相对难度最大的一次设计。硬件电路包含的模块比较多，还有复杂，同时我还了解了KMB-0022脉冲变压器、KC05芯片的使用。通过这次设计让我更好的了解到了力矩电机的调压调速的工作原理及应用。而且我还发现了我在硬件电路检测、调试和参数确定方面的不足，自己也会在今后的学习生活中努力改善。在科技高速发展的今天，工业产品日新月异的今天。力矩电机的广泛应用使它在工业生产中得到了广泛的使用，6总结与体会

致 谢

附录 电路总图

致 谢

时光荏苒，感谢教给我人生道理的老师。

结语：