電氣工程及其自動化專業(yè)畢業(yè)實習報告

1、電氣工程及其自動化專業(yè)畢業(yè)實習報告一、實習目的大學畢業(yè)之際，畢業(yè)實習是極為重要的實踐性學習環(huán)節(jié)，通過階段性時間的實習，為我們之后走向社會，接觸本 工作，拓寬知識面，增強感性認識，培養(yǎng)、鍛煉我們綜合運 用所學的基礎(chǔ)理論、基本技能和專業(yè)知識，去獨立分析和解決實際問題的能力，能夠?qū)⑺鶎W的專業(yè)理論知識運用與實 踐，在實踐中結(jié)合理論加深對其認識和總結(jié)，再次學習，將 專業(yè)知識與實際接軌，逐步認識體會，從而更好地將所學的運用到工作中去，接觸社會，認識社會，體驗生活，學會生 活，學會生活，學會感悟，學會做事，學會與人相處，學會團結(jié)協(xié)作，為以后畢業(yè)走上工作崗位打下一定的基礎(chǔ)。具體目的如下：1. 在圖書館查閱關(guān)于

2、無刷直流電機設(shè)計方面的資料，為畢業(yè)設(shè)計打下基礎(chǔ)。2. 對畢業(yè)設(shè)計所選題目無刷直流電機控制器的設(shè)計有 初步的了解。3. 通過借鑒和分析關(guān)于無刷直流電機控制器方面的設(shè) 計實例，從中學到無刷直流電機控制器的設(shè)計過程及一般步 驟。二、實習單位河南理工大學三、實習任務(wù)1、收集資料在學校圖書館查找資料，了解自己所學專業(yè)的東西，并且確定自己的課題，得到相關(guān)的知識和能力，思考課題的內(nèi)容與方向，有針對性的收集資料，包括專業(yè)資料、工具資料和其他相關(guān)的資料。2、設(shè)計初步方案在收集完資料后可以初步確定自己的畢業(yè)設(shè)計方案，并建立相關(guān)的數(shù)學模型，進行原理分析、計算和實驗，這一項工作是繁瑣而艱巨的，需要不斷的補充知識修正設(shè)

3、計結(jié)果。3、撰寫畢業(yè)實習報告做完上面的工作后，就需要及時的編寫畢業(yè)實習報告 。這是對這段時間學習的全面總結(jié)，編寫實習報告，我們能夠重現(xiàn)自己學習的經(jīng)歷，重新匯總資料情況，這樣會給我們帶來設(shè)計靈感。認認真真完成實習報告后，我們就會對自己的課題有了全新的理解，后面的實際設(shè)計工作就會變得輕松。四、實習內(nèi)容1、熟悉無刷直流電機：無刷直流電機即直流無刷電機。無刷直流電機由電動機主體和驅(qū)動器組成，是一種典型的機電一體化產(chǎn)品。無刷直流電機應(yīng)用及其廣泛，它可在家電、汽車、航空、醫(yī)療、工業(yè)自動化設(shè)備和儀器等各種各樣的行業(yè)中使用。無刷直流電機是指無電刷和換向器（ 或集電環(huán)） 的電機，是不用電刷進行換向，而是采用電子

4、器件進行換向的。與有刷直流電機和異步電機相比，無刷直流電機有很多優(yōu)點，具體表現(xiàn)如下：1 、更好的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速特性;2 、快速的動態(tài)響應(yīng);3 、高效率 ;4 、壽命長;5 、工作無噪聲，性能可靠、永無磨損、故障率低 ;6 、較高的轉(zhuǎn)速范圍。1.1 工作原理無刷直流電機由電動機主體和驅(qū)動器組成，是一種典型的機電一體化產(chǎn)品。電動機的定子繞組多做成三相對稱星形接法，同三相異步電動機十分相似。電動機的轉(zhuǎn)子上粘有已充磁的永磁體，為了檢測電動機轉(zhuǎn)子的極性，在電動機內(nèi)裝有位置傳感器。驅(qū)動器由功率電子器件和集成電路等構(gòu)成，其功能是：接受電動機的啟動、停止、制動信號，以控制電動機的啟動、停止和制動; 接受位置傳感器

5、信號和正反轉(zhuǎn)信號，用來控制逆變橋各功率管的通斷，產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩;接受速度指令和速度反饋信號，用來控制和調(diào)整轉(zhuǎn)速; 提供保護和顯示等等。直流電機具有響應(yīng)快速、較大的起動轉(zhuǎn)矩、從零轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速具備可提供額定轉(zhuǎn)矩的性能，但直流電機的優(yōu)點也正是它的缺點，因為直流電機要產(chǎn)生額定負載下恒定轉(zhuǎn)矩的性能， 則電樞磁場與轉(zhuǎn)子磁場須恒維持90， 這就要藉由碳刷及整流子。碳刷及整流子在電機轉(zhuǎn)動時會產(chǎn)生火花、碳粉因此除了會造成組件損壞之外，使用場合也受到限制。交流電機沒有碳刷及整流子，免維護、堅固、應(yīng)用廣，但特性上若要達到相當于直流電機的性能須用復(fù)雜控制技術(shù)才能達到?，F(xiàn)今半導(dǎo)體發(fā)展迅速功率組件切換頻率加快許多，提升驅(qū)

6、動電機的性能。微處理機速度亦越來越快，可實現(xiàn)將交流電機控制置于一旋轉(zhuǎn)的兩軸直角坐標系統(tǒng)中，適當控制交流電機在兩軸電流分量，達到類似直流電機控制并有與直流電機相當?shù)男阅?。此外已有很多微處理機將控制電機必需的功能做在芯片中，而且體積越來越小; 像模擬 /數(shù)字轉(zhuǎn)換器、脈沖寬度調(diào)制等。直流無刷電機即是以電子方式控制交流電機換相，得到類似直流電機特性又沒有直流電機機構(gòu)上缺失的一種應(yīng)用。1.2 結(jié)構(gòu)直流無刷電機是同步電機的一種，也就是說電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速受電機定子旋轉(zhuǎn)磁場的速度及轉(zhuǎn)子極數(shù)(p) 影響：n=120.f / p 。在轉(zhuǎn)子極數(shù)固定情況下，改變定子旋轉(zhuǎn)磁場的頻率就可以改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。直流無刷電機即是將

7、同步電機加上電子式控制( 驅(qū)動器 ) ，控制定子旋轉(zhuǎn)磁場的頻率并將電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速回授至控制中心反復(fù)校正，以期達到接近直流電機特性的方式。也就是說直流無刷電機能夠在額定負載范圍內(nèi)當負載變化時仍可以控制電機轉(zhuǎn)子維持一定的轉(zhuǎn)速。直流無刷驅(qū)動器包括電源部及控制部如圖(1) ：電源部提供三相電源給電機，控制部則依需求轉(zhuǎn)換輸入電源頻率。電源部可以直接以直流電輸入( 一般為 24v) 或以交流電輸入 (110v/220 v) ，如果輸入是交流電就得先經(jīng)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)成直流。不論是直流電輸入或交流電輸入要轉(zhuǎn)入電機線圈前須先將直流電壓由換流器轉(zhuǎn)成3 相電壓來驅(qū)動電機。換流器一般由6個功率晶體管（q1q6）分為上臂（q

8、1、q3、q5）/下臂（q2 、 q4、 q6） 連接電機作為控制流經(jīng)電機線圈的開關(guān)?？刂撇縿t提供pwm水沖寬度調(diào)制）決定功率晶體管開關(guān)頻度及換流器換相的時機。直流無刷電機一般希望使用在當負載變動時速度可以穩(wěn)定于設(shè)定值而不會變動太大的速度控制，所以電機內(nèi)部裝有能感應(yīng)磁場的霍爾傳感器，做為速度之閉回路控制，同時也做為相序控制的依據(jù)。但這只是用來做為速度控制并不能拿來做為定位控制。1.3 特點1、可替代直流電機調(diào)速、變頻器+變頻電機調(diào)速、異步電機+減速機調(diào)速;2、具有傳統(tǒng)直流電機的優(yōu)點，同時又取消了碳刷、滑環(huán)結(jié)構(gòu);3、可以低速大功率運行，可以省去減速機直接驅(qū)動大的負載;4、體積小、重量輕、出力大;

9、5、轉(zhuǎn)矩特性優(yōu)異，中、低速轉(zhuǎn)矩性能好，啟動轉(zhuǎn)矩大，啟動電流小;6、無級調(diào)速，調(diào)速范圍廣，過載能力強;7、軟啟軟停、制動特性好，可省去原有的機械制動或電磁制動裝置;8、效率高，電機本身沒有勵磁損耗和碳刷損耗，消除了多級減速耗，綜合節(jié)電率可達20%60%。9、可靠性高，穩(wěn)定性好，適應(yīng)性強，維修與保養(yǎng)簡單10 、耐顛簸震動，噪音低，震動小，運轉(zhuǎn)平滑，壽命長11、不產(chǎn)生火花，特別適合爆炸性場所，有防爆型1.1 、根據(jù)需要可選梯形波磁場電機和正弦波磁場電機。1.4 應(yīng)用 無刷直流電機的應(yīng)用十分廣泛，如汽車、工具、工業(yè)工控、自動化以及航空航天等等。總的來說，無刷直流電機可以分為以下三種主要用途：持續(xù)負載應(yīng)

10、用：主要是需要一定轉(zhuǎn)速但是對轉(zhuǎn)速精度要求不高的領(lǐng)域，比如風扇、抽水機、吹風機等一類的應(yīng)用，這類應(yīng)用成本較低且多為開環(huán)控制?？勺冐撦d應(yīng)用：主要是轉(zhuǎn)速需要在某個范圍內(nèi)變化的應(yīng)用，對電機轉(zhuǎn)速特性和動態(tài)響應(yīng)時間特性有更高的需求。如家用器具中的、甩干機和壓縮機就是很好的例子，汽車工業(yè)領(lǐng)域中的油泵控制、電控制器、發(fā)動機控制等，這類應(yīng)用的系統(tǒng)成本相對更高些。定位應(yīng)用：大多數(shù)工業(yè)控制和自動控制方面的應(yīng)用屬于這個類別，這類應(yīng)用中往往會完成能量的輸送，所以對轉(zhuǎn)速的動態(tài)響應(yīng)和轉(zhuǎn)矩有特別的要求，對控制器的要求也較高。測速時可能會用上光電和一些同步設(shè)備。過程控制、機械控制和運輸控制等很多都屬于這類應(yīng)用。實用性新型無刷電

11、機是與電子技術(shù)、微電子技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、自控技術(shù)以及材料科學等發(fā)展緊密聯(lián)系的。它不僅限于交直流領(lǐng)域，還涉及電動、發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換和信號傳感等領(lǐng)域。在電機領(lǐng)域中新型無刷電機的品種是較多的，但性能優(yōu)良的無刷電機因受到價格的限制，其應(yīng)用還不十分廣泛。下面分別就主要的新型無刷電機進行探索與研究。1.5 電機分類1.5.1 直流電動機一般直流電動機具有相同的工作原理和應(yīng)用特性，而其組成是不一樣的。除了電機本身外，前者還多一個換向電路，電機本身和換向電路緊密結(jié)合在一起。許多小功率電動機的電機本身是與換向電路合成一體，從外觀上看直流無刷電動機與直流電動機完全一樣。直流無刷電動機的電機本身是機電能量轉(zhuǎn)換部分，它除

12、了電機電樞、永磁勵磁兩部分外，還帶有傳感器。電機本身是直流無刷電機的核心，它不僅關(guān)系到性能指標、噪聲振動、可靠性和使用壽命等，還涉及制造費用及產(chǎn)品成本。由于采用永磁磁場，使直流無刷電機擺脫一般直流電機的傳統(tǒng)設(shè)計和結(jié)構(gòu)，滿足各種應(yīng)用市場的要求，并向著省銅節(jié)材、制造簡便的方向發(fā)展。永磁磁場的發(fā)展與永磁材料的應(yīng)用密切相關(guān)，第三代永磁材料的應(yīng)用，促使直流無刷電機向高效率、小型化、節(jié)能方向邁進。為了實現(xiàn)電子換向必須有位置信號來控制電路。早期用機電位置傳感器獲得位置信號，現(xiàn)已逐步用電子式位置傳感器或其它方法得到位置信號，最簡便的方法是利用電樞繞組的電勢信號作為位置信號。要實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速的控制必須有速度信號。

13、用獲得位置信號相近方法取得速度信號，最簡單的速度傳感器是測頻式測速發(fā)電機與電子線路相結(jié)合。直流無刷電機的換向電路由驅(qū)動及控制兩部分組成，這兩部分是不容易分開的，尤其小功率用電路往往將兩者集成化成為單一專用集成電路。在功率較大的電機中，驅(qū)動電路和控制電路可各自成為一體。驅(qū)動電路輸出電功率，驅(qū)動電動機的電樞繞組，并受控于控制電路。驅(qū)動電路已從線性放大狀態(tài)轉(zhuǎn)成脈寬調(diào)制的開關(guān)狀態(tài)，相應(yīng)電路組成也從晶體管分立電路轉(zhuǎn)成模塊化集成電路。模塊化集成電路有功率雙極晶體管、功率場效應(yīng)管和隔離柵場效應(yīng)雙極晶體管等組成形式。雖然，隔離柵場效應(yīng)雙極晶體管價格較貴，但從可靠安全和性能角度看，選用它還是較合適的。控制電路用

14、作控制電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、電流（ 或轉(zhuǎn)矩 ） 以及保護電機的過流、過壓、過熱等。上述參數(shù)容易轉(zhuǎn)成模擬信號，用此來控制較簡單，但從發(fā)展來看，電機的參數(shù)應(yīng)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通過數(shù)字式控制電路來控制電機。當前，控制電路有專用集成電路、微處理器和數(shù)字信號處理器等三種組成方式。在對電機控制要求不高的場合，專用集成電路組成控制電路是簡單實用的方式。采用數(shù)字信號處理器組成控制電路是今后發(fā)展方向，有關(guān)數(shù)字信號處理器將在下面交流同步伺服電動機中介紹。在微小功率范疇直流無刷電動機是發(fā)展較快的新型電機。由于各個應(yīng)用領(lǐng)域需要各自獨特的直流無刷電動機，所以直流無刷電動機的類型較多。大體上有計算機外存儲器以及vcd、 dvd、

15、 cd 主軸驅(qū)動用扁平式無鐵心電機結(jié)構(gòu)，小型通風機用外轉(zhuǎn)子電機結(jié)構(gòu)，家電用多極磁場結(jié)構(gòu)及內(nèi)裝式結(jié)構(gòu)，電動自行車用多極、外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)等等。上述直流無刷電動機的電機本身和電路均成一體，使用十分方便，它的產(chǎn)量也非常大。為了滿足大批量、低成本的市場需要，直流無刷電動機的生產(chǎn)必須要形成規(guī)模經(jīng)濟。因此，直流無刷電動機是一種高投入、高產(chǎn)出的行業(yè)。同時，我們應(yīng)該考慮到市場也在不斷地發(fā)展，如家用空調(diào)用電機正由3a轉(zhuǎn)向3d,需要大量的中小功率的直流無刷直流電動機，研究和開發(fā)中小功率的直流無刷電動機也成當務(wù)之急。1.5.2 無刷電機(bldcm) 是在有刷直流電動機的基礎(chǔ)上發(fā)展來的，但它的驅(qū)動電流是不折不扣的交流;

16、無刷直流電機又可以分為無刷速率電機和無刷力矩電機。一般地，無刷電機的驅(qū)動電流有兩種，一種是梯形波( 一般是方波) ，另一種是正弦波。有時候把前一種叫直流無刷電機，后一種叫交流伺服電機，確切地講是交流伺服電動機的一種。無刷直流電機為了減少轉(zhuǎn)動慣量，通常采用細長的結(jié)構(gòu)。無刷直流電機在重量和體積上要比有刷直流電機小的多， 相應(yīng)的轉(zhuǎn)動慣量可以減少40%50%左右。由于永磁材料的加工問題，致使無刷直流電機一般的容量都在100kw以下。這種電動機的機械特性和調(diào)節(jié)特性的線性度好，調(diào)速范圍廣，壽命長，維護方便噪聲小，不存在因電刷而引起的一系列問題，所以這種電動機在控制系統(tǒng)中有很大的應(yīng)用潛力。電動機的定子繞組多

17、做成三相對稱星形接法，同三相異步電動機十分相似。電動機的轉(zhuǎn)子上粘有已充磁的永磁體，為了檢測電動機轉(zhuǎn)子的極性，在電動機內(nèi)裝有位置傳感器。驅(qū)動器由功率電子器件和集成電路等構(gòu)成，其功能是：接受電動機的啟動、停止、制動信號，以控制電動機的啟動、停止和制動; 接受位置傳感器信號和正反轉(zhuǎn)信號，用來控制逆變橋各功率管的通斷，產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩; 接受速度指令和速度反饋信號，用來控制和調(diào)整轉(zhuǎn)速; 提供保護和顯示等等。由于無刷直流電動機是以自控式運行的，所以不會象變頻調(diào)速下重載啟動的同步電機那樣在轉(zhuǎn)子上另加啟動繞組，也不會在負載突變時產(chǎn)生振蕩和失步。中小容量的無刷直流電動機的永磁體，多采用高磁能積的稀土釹鐵硼(nd-

18、fe-b) 材料。因此，稀土永磁無刷電動機的體積比同容量三相異步電動機縮小了一個機座號。近三十年來針對異步電動機變頻調(diào)速的研究，歸根到底是在尋找控制異步電動機轉(zhuǎn)矩的方法，稀土永磁無刷直流電動機必將以其寬調(diào)速、小體積、高效率和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速誤差小等特點在調(diào)速領(lǐng)域顯現(xiàn)優(yōu)勢。無刷直流電機因為具有直流有刷電機的特性, 同時也是頻率變化的裝置, 所以又名直流變頻, 國際通用名詞為bldc.無刷直流電機的運轉(zhuǎn)效率, 低速轉(zhuǎn)矩, 轉(zhuǎn)速精度等都比任何控制技術(shù)的變頻器還要好, 所以值得業(yè)界關(guān)注. 本產(chǎn)品已經(jīng)生產(chǎn)超過55kw, 可設(shè)計到400kw, 可以解決產(chǎn)業(yè)界節(jié)電與高性能驅(qū)動的需求2、了解pic16f72 單片機：

19、2.1 pic16f72 單片機的主要性能首先我們對外部時鐘輸入：它的頻率是20mhz,其中有2k 字 14 位寬的程序存儲空間，伴隨著128 字節(jié) 8 位寬的數(shù)據(jù)存儲空間，另外還有8 個中斷， 3 個 8 位 i/o 口以及 porta 、portb 、 portc 。 還有三個定時器模塊：timer0 、 timer1 、 timer2隨帶著一個ccp 模塊 ;8 位 5 通道的 ad 轉(zhuǎn)換器。2.2 pic16f72 單片機的功能特性(1) 功能部件特性帶 8 位 aid 轉(zhuǎn)換輸入高驅(qū)動電流，i/o 腳可直接驅(qū)動數(shù)碼管(led) 顯示每個i/o引腳最大灌電流25ma;每個i/o引腳最大拉

20、電流 25ma雙向可獨立編程設(shè)置i/o 引腳8 位定時器/ 計數(shù)器 tmro ，帶 8 位預(yù)分頻有 1 路捕捉輸入/ 比較輸出/pwm 輸出 (ccp)16位定時器/計數(shù)器 tmr 1 ，睡眠中仍可計數(shù)9 位定時器/ 計數(shù)器 tmr2, 帶有 8位的周期寄存器及預(yù)分頻器和后分頻器(2) 微控制器特性內(nèi)置上電復(fù)位電路(por)上電定時器，保障工作電壓的穩(wěn)定建立振蕩定時器，保障振蕩的穩(wěn)定建立斷電復(fù)位鎖定，即當芯片電源電壓下降到某一值以后時，使芯片保持復(fù)位，當電源電壓恢復(fù)正常后恢復(fù)運行內(nèi)置自振式(rc 振蕩 ) 看門狗程序保密位，可防程序代碼的非法拷貝掉電保護電路在線串行編程2.3 pic16f72

21、 單片機的引腳排列(1)mclr: 清除 ( 復(fù)位 )輸入。其中 mclr 為低電平時，對芯片復(fù)位; 該管腳的電壓不能超過vdd ,否則會進入測試方式。(2)ra0-ra5 ：雙向可編程，亦可作為并行口。電池欠壓信號：電池電壓經(jīng)分壓后接單片機管腳3。轉(zhuǎn)把復(fù)位信號：由單片機的第4 腳讀入剎車信號：剎車信號由單片機的第5 腳讀入。(3)osc1、osc2:為振蕩器晶振。(4)rc0-rc7：數(shù)字i/o(5)rb0-rb7 ：數(shù)字i/o(6)vdd ： +5v 電壓輸入2.4 pic16f72 單片機各個模塊的具體工作任務(wù)最小系統(tǒng)模塊：引腳1 相連的是復(fù)位電路，引腳1 也是程序的高壓燒寫口; 引腳

22、9 和引腳 10 分別是震蕩電路的輸入口和輸由口，連接的是 16mhz的晶振；引腳20和引腳8、引腳 19 是電源電路部分，分別接5v 電源和地。功能模塊：模擬信號輸入處理模塊：模擬信號的處理主要是通過單片機的a/d 轉(zhuǎn)換模塊實現(xiàn)的。引腳2 檢測流過電機的電流信號并進行 a/d轉(zhuǎn)換，進過運算后用于控制pwm占空比，盡可能達到電機最合適的工作電流; 引腳 3 檢測電源電壓，經(jīng)a/d 轉(zhuǎn)換后經(jīng)過運算判斷電壓是否過低，以此為依據(jù)保護電池; 引腳 4 檢測手柄的輸入電壓，單片機根據(jù)這個量調(diào)節(jié)電機輸出的總功率，從而調(diào)節(jié)電機的速度。數(shù)字輸入信號處理模塊：引腳5 處理剎車信號，平時處于高電平狀況，當按下剎車

23、開關(guān)時，變?yōu)榈碗娖剑@時單片機輸出剎車命令，只要當引腳5 恢復(fù)成高電平狀態(tài)時，在停止剎車動作; 引腳15、引腳16、引腳17 分別輸入電機的霍爾位置信號，通過這三個信號的組合確定電機此時的轉(zhuǎn)子位置，并調(diào)整輸出的換相信號。引腳21 為外部中斷引腳，平時處于高電平狀態(tài)，當出現(xiàn)過流時，輸入信號從高電平變?yōu)榈碗娖剑?中斷標志位置1， 由于 pic16f72 只有一級中斷優(yōu)先級，所以當中斷被其他中斷程序占用時，也應(yīng)定時檢查外部中斷標志位，以免因中斷時間過長而燒毀電機。驅(qū)動信號輸由模塊：引腳 13輸由pwm信號，調(diào)節(jié)電機的速度和電樞電流; 引腳23、引腳24、引腳 25 輸出逆變橋的下橋驅(qū)動信號，引腳26、引腳27、引腳28 輸出逆變橋的上橋驅(qū)動信號。引腳22 只在電樞電流比較大的情況下才使用。以上是我在這次實習中著重學習的東西，其實還有很多，這里只是一些內(nèi)容比較重要，而且比較難的東西，自己在這段時間通過系統(tǒng)的學習無刷直流電機與pic16f72 單片機，使我重新認識到了無刷直流電機與pic16f72 單片機的重要性，以及無刷直流電機在未來的發(fā)展前景，這更加堅定了