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， 能夠將所學的專業(yè)理論知識運用與實踐， 在實踐中結合理論加深對其認識和總結， 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，學會團結協作，為以后畢業(yè)走上工作崗位打下一定的基礎。具體目的如下：1. 在圖書館

2、查閱關于無刷直流電機設計方面的資料，為畢業(yè)設計打下基礎。2. 對畢業(yè)設計所選題目無刷直流電機控制器的設計有初步的了解。3. 通過借鑒和分析關于無刷直流電機控制器方面的設計實例，從中學到無刷直流電機控制器的設計過程及一般步驟。二、實習單位河南理工大學三、實習任務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， 得到相關的知識和能力， 思考課題的內容與方向， 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的資料。2 、設計初步方案在收集完資料后可以初步確定自己的畢業(yè)設計方案， 并建立相關的數學模型， 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

3、不斷的補充知識修正設計結果。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，編寫實習報告， 我們能夠重現自己學習的經歷， 重新匯總資料情況，這樣會給我們帶來設計靈感。 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， 后面的實際設計工作就會變得輕松。四、實習內容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動器組成， 是一種典型的機電一體化產品。 無刷直流電機應用及其廣泛，它可在家電、汽車、航空、醫(yī)療、工業(yè)自動化設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

4、電機，是不用電刷進行換向，而是采用電子器件進行換向的。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，具體表現如下：1 、更好的轉矩、轉速特性;2 、快速的動態(tài)響應;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 、較高的轉速范圍。工作原理無刷直流電機由電動機主體和驅動器組成， 是一種典型的機電一體化產品。 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。 電動機的轉子上粘有已充磁的永磁體 ，為了檢測電動機轉子的極性，在電動機內裝有位置傳感器。驅動器由功率電子器件和集成電路等構成，其功能是：接受電動機的啟動、停止、制動信號，以控制電

5、動機的啟動、 停止和制動; 接受位置傳感器信號和正反轉信號， 用來控制逆變橋各功率管的通斷，產生連續(xù)轉矩; 接受速度指令和速度反饋信號，用來控制和調整轉速; 提供保護和顯示等等。直流電機具有響應快速、 較大的起動轉矩、 從零轉速至額定轉速具備可提供額定轉矩的性能， 但直流電機的優(yōu)點也正是它的缺點， 因為直流電機要產生額定負載下恒定轉矩的性能，則電樞磁場與轉子磁場須恒維持90，這就要藉由碳刷及整流子。碳刷及整流子在電機轉動時會產生火花、 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、應用廣， 但特性上若要達到相當于直流電機的性能須用復雜控制技術才

6、能達到。 現今半導體發(fā)展迅速功率組件切換頻率加快許多， 提升驅動電機的性能。微處理機速度亦越來越快，可實現將交流電機控制置于一旋轉的兩軸直角坐標系統中，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的性能。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/ 數字轉換器、脈沖寬度調制等。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上缺失的一種應用。結構直流無刷電機是同步電機的一種， 也就是說電機轉子的轉速受電機定子旋轉磁場的速度及轉子極數(p) 影響： n= / p 。在轉子極數固定情況下，改變定子旋轉

7、磁場的頻率就可以改變轉子的轉速。 直流無刷電機即是將同步電機加上電子式控制 ( 驅動器 ) ， 控制定子旋轉磁場的頻率并將電機轉子的轉速回授至控制中心反復校正，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當負載變化時仍可以控制電機轉子維持一定的轉速。直流無刷驅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，控制部則依需求轉換輸入電源頻率。( 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轉換器轉成直流。 不論是直流電輸入或交流電輸入要轉入電機線圈前須先將直流電壓由換流器轉成 3相電壓來驅動電機。換流器一般由6

8、個功率晶體管（q1q6）分為上臂 （q1 、 q3 、 q5）/ 下臂 （q2 、 q4、 q6） 連接電機作為控制流經電機線圈的開關?？刂撇縿t提供pwm（B沖寬度調制）決定功率晶體管開關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)定于設定值而不會變動太大的速度控制， 所以電機內部裝有能感應磁場的霍爾傳感器， 做為速度之閉回路控制， 同時也做為相序控制的依據。 但這只是用來做為速度控制并不能拿來做為定位控制。特點1 、可替代直流電機調速、變頻器+變頻電機調速、異步電機+減速機調速;2 、具有傳統直流電機的優(yōu)點，同時又取消了碳刷、滑環(huán)結構;3 、可以低速大功率運行，可

9、以省去減速機直接驅動大的負載;4 、體積小、重量輕、出力大;5 、轉矩特性優(yōu)異，中、低速轉矩性能好，啟動轉矩大，啟動電流小;6 、無級調速，調速范圍廣，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，適應性強，維修與保養(yǎng)簡單;10 、耐顛簸震動，噪音低，震動小，運轉平滑，壽命長;11 、不產生火花，特別適合爆炸性場所，有防爆型;12 、根據需要可選梯形波磁場電機和正弦波磁場電機。應用無刷直流電機的應用十分廣泛，如汽車、工具、工業(yè)工控、自動化以及航

10、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)負載應用：主要是需要一定轉速但是對轉速精度要求不高的領域，比如風扇、抽水機、吹風機等一類的應用，這類應用成本較低且多為開環(huán)控制?？勺冐撦d應用：主要是轉速需要在某個范圍內變化的應用，對電機轉速特性和動態(tài)響應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)領域中的油泵控制、電控制器、發(fā)動機控制等，這類應用的系統成本相對更高些。定位應用：大多數工業(yè)控制和自動控制方面的應用屬于這個類別，這類應用中往往會完成能量的輸送，所以對轉速的動態(tài)響應和轉矩有特別的要求，對控制器的要求也較高。 測速時可能會用上光電和一些

11、同步設備。過程控制、機械控制和運輸控制等很多都屬于這類應用。實用性新型無刷電機是與電子技術、微電子技術、數字技術、自控技術以及材料科學等發(fā)展緊密聯系的。 它不僅限于交直流領域， 還涉及電動、發(fā)電的能量轉換和信號傳感等領 域。在電機領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。電機分類直流電動機一般直流電動機具有相同的工作原理和應用特性，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

12、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換部分，它除了電機電樞、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設計和結構， 滿足各種應用市場的要求， 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)展與永磁材料的應用密切相關， 第三代永磁材料的應用， 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， 現已逐步用電子式位置傳感器或其它方法得到位置信號，

13、 最簡便的方法是利用電樞繞組的電勢信號作為位置信號。要實現電機轉速的控制必須有速度信號。 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合。直流無刷電機的換向電路由驅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，驅動電路和控制電路可各自成為一體。驅動電路輸出電功率，驅動電動機的電樞繞組， 并受控于控制電路。 驅動電路已從線性放大狀態(tài)轉成脈寬調制的開關狀態(tài)， 相應電路組成也從晶體管分立電路轉成模塊化集成電路。 模塊化集成電路有功率雙極晶體管、 功率場效應管和隔離柵場效應雙極晶體管

14、等組成形式。 雖然， 隔離柵場效應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?？刂齐娐酚米骺刂齐姍C的轉速、轉向、 電流 （ 或轉矩 ） 以及保護電機的過流、過壓、 過熱等。 上述參數容易轉成模擬信號， 用此來控制較簡單， 但從發(fā)展來看，電機的參數應轉換成數字量， 通過數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。 采用數字信號處理器組成控制電路是今后發(fā)展方向， 有關數字信號處 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

15、較快的新型電機。由于各個應用領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、 CD 主軸驅動用扁平式無鐵心電機結構，小型通風機用外轉子電機結構，家電用多極磁場結構及內裝式結構， 電動自行車用多極、 外轉子結構等等。 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必須要形成規(guī)模經濟。 因此， 直流無刷電動機是一種高投入、高產出的行業(yè)。同時，我們應該考慮到市場也在不斷地發(fā)展，如家用空調用電機正由3A轉向3D,需要大量的中小功率的直流無刷直流電動機，研究

16、和開發(fā)中小功率的直流無刷電動機也成當務之急。無刷電機(BLDCM) 是在有刷直流電動機的基礎上發(fā)展來的， 但它的驅動電流是不折不扣的交流;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動慣量， 通常采用細長的結構。 無刷直流電機在重量和體積上要比有刷直流電機小的多，相應的轉動慣量可以減少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節(jié)

17、特性的線性度好， 調速范圍廣， 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中有很大的應用潛力。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。 電動機的轉子上粘有已充磁的永磁體， 為了檢測電動機轉子的極性， 在電動機內裝有位置傳感器。 驅動器由功率電子器件和集成電路等構成，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信號，用來控制逆變橋各功率管的通斷， 產生連續(xù)轉矩; 接受速度指令和速度反饋信號， 用來控制和調整轉速; 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，

18、 所以不會象變頻調速下重載啟動的同步電機那樣在轉子上另加啟動繞組，也不會在負載突變時產生振蕩和失步。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-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。歸根到底是在尋找控制異步電動機轉矩近三十年來針對異步電動機變頻調速的研究，稀土永磁無刷直流電動機必將以其寬調速、無刷直流電機因為具有直流有刷電機的特性小體積、 高效率和穩(wěn)態(tài)轉速誤差小等特點在調速領域顯現優(yōu)勢。, 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效率，低速車t矩，轉速精度等都比任何控制

19、技術的變頻器還要好,所以值得業(yè)界關注.本產品已經生產超過55kW,可設af到400kW,可以解決產業(yè)界節(jié)電與高性能驅動的需求。2 、了解 PIC16F72 單片機：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 位寬的數據存儲空間，另外還有8 個中斷， 3 個 8 位 I/O 口以及PORTA、PORTB PORTC還有三個定日器模塊：TIMERQ TIMER1、TIMER2隨帶著一個 CC唯塊;8位5通道的AD轉換器。PIC16F72 單片機的功能特性(1) 功能部件特性帶 8 位 AID 轉換輸入

20、 高驅動電流，I/O腳可直接驅動數碼管（LED）顯示每個I/O引腳最大灌電流 25mA每個I/O 引腳最大拉電流25mA雙向可獨立編程設置I/O 引腳8位定時器/計數器TMRO帶8位預分頻有1路捕捉輸入/比較輸出/PWM俞出（CCP）16 位定時器/ 計數器TMR 1，睡眠中仍可計數8位定時器/計數器TMR2,帶有8位的周期寄存器及預分頻器和后分頻器（2） 微控制器特性內置上電復位電路（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， 使芯片保持復位， 當電源電壓恢復正常后恢復運行內置自振式（RC振蕩）看門狗程序保密位

21、，可防程序代碼的非法拷貝掉電保護電路在線串行編程PIC16F72 單片機的引腳排列（1）MCLR:清除 （復位 ）輸入。其中MCL麗低電平時，對芯片復位；該管腳的電壓不能超過VDD否則會進入測試方(2)RA0-RA5 ：雙向可編程，亦可作為并行口。電池欠壓信號：電池電壓經分壓后接單片機管腳 3 。轉把復位信號：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：數字I/O(5)RB0-RB7：數字I/O(6)VDD ： +5V 電壓輸入PIC16F72 單片機各個模塊的具體工作任務最小系統模塊：引腳 1 相連的是復位電路，

22、引腳1 也是程序的高壓燒寫口 ; 引腳 9 和引腳10分別是震蕩電路的輸入口和輸出口，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 轉換模塊實現的。引腳2檢測流過電機的電流信號并進行A/D轉換，進過運算后用于控制PWMb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A/D 轉換后經過運算判斷電壓是否過低，以此為依據保護電池; 引腳 4 檢測手柄的輸入電壓，單片機根據這個量調節(jié)電機輸出的總功率，從而調節(jié)電機的速度。數字輸入信號處理模塊： 引腳 5 處理

23、剎車信號， 平時處于高電平狀況， 當按下剎車開關時， 變?yōu)榈碗娖剑?這時單片機輸出剎車命令，只要當引腳 5 恢復成高電平狀態(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子位置，并調整輸出的換相信號。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。驅動信號輸出模塊：引腳 13輸出PWM言號，調節(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動信號，引腳26、引腳 27、引腳 28 輸出逆變橋的上橋驅動信號。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， 這里只是一些內容比較重要，而且比較難的東西，自己在這段時間通過系統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PI