《电机与拖动》课程设计
说明书
工作台往返循环电机拖动系统设计
学生姓名
学生学号
学院名称信电工程学院
专业名称电气工程及其自动化
指导教师张旭隆
年月日
摘要
随着时代的进步，世界开始进入新技术革命时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，现代工业生产过程中，要用各种自动化设备来监视和控制整个生产过程，使各个设备能够在工作过程中呈现出最佳状态，生产出最好的产品。因此，没有电气自动化的发展，现代化生产也就失去了根基。所以，自动化就是将信息化和工业化一起发展。大力发展电气自动化技术，既可以对传统产业有所帮助，又可以加快信息化的发展，以实现我国电气的全面工业化。因此，自动化作为我国实现工业化和信息化的大政方针，必须成为我国行业的重中之重。目前大中型企业普通采用了先进的自动化系统对生产过程进行控制，但绝大部分小型企业尚未应用自动化系统和产品对生产过程进行控制。因此，自动化在我国的应用潜力远没有得到充分发挥。在自动化生产线上，有些生产机械的工作台需要按一定的顺序实现自动往返运动，并且有的还要求在某些位置有一定的时间停留，以满足生产工艺要求。用自动化系统实现工作台自动往返顺序控制，不仅具有程序设计简单、方便、可靠性高等特点，而且程序设计方法多样，便于不同层次设计人员的理解和掌握。
在本次设计中，通过对工作台自动往返循环系统原理分析，理解工作台的运行过程和其中的制约关系。然后预选出电动机，对电动机的校验最终确定电动机的机型。再对工作台的制约关系，设计电路的主控电路和控制电路，最终完成课程设计。
关键词自动化；工作台；往返循环控制
目录
1 绪论 (1)
1.1设计背景 (1)
1.2设计目的 (1)
1.3设计任务及要求 (1)
1.4设计指导 (2)
2工作台往返循环电机拖动系统 (3)
2.1拖动系统的机械运动示意图 (3)
2.2拖动系统的工作原理 (3)
3电动机及其他电气元件的选择 (4)
3.1电动机容量的选择 (4)
3.1.1电动机额定功率的选择 (4)
3.1.2负载转矩的测量 (4)
3.1.3电动机类型的选择 (5)
3.1.4电动机电压的选择 (5)
3.1.5电动机转速的选择 (6)
3.1.6电动机外形结构的选择 (6)
3.1.7电动机工作制的选择 (7)
3.1.8电动机型号的选择 (8)
3.2电动机的校验 (9)
3.2.1电动机的起动校验 (9)
3.2.2电动机的过载校验 (10)
3.2.3电动机的稳定运行校验 (10)
3.2.4电动机的发热校验 (10)
3.3其他电气元件的选择 (12)
3.3.1接触器的选用 (12)
3.3.2继电器的选用 (12)
4系统电路图设计 (14)
4.1主电路的设计 (14)
4.1.1主电路设计分析 (14)
4.2控制电路设计 (15)
4.2.1控制电路设计分析 (15)
4.2.2控制电路电路图及原理 (15)
结论 (18)
参考文献 (19)
1 绪论
1.1 设计背景
传统制造业使用大量人力进行加工的模式在现在成本费用不断提高的今天，面临巨大的压力。国际竞争的高压力，自动化技术日益被制造业接受。随着市场竞争的日趋激烈和能源成本的逐步上扬，广大机器设备生产商和工业最终用户在自动化应用、能效管理等方面的意识和要求正在逐步提升，对信息化和自动化的紧密结合提出了更高的要求。如何利用行业创新技术和成功应用经验，帮助企业自身提升信息化协同、运营维护管理能力和实现能效优化是广大自动化企业的使命。随着计算机技术、无线技术、现场总线技术、工业以太网技术、IT技术、机器人技术，传感器技术以及安全技术等科学技术的不断发展与创新，工厂自动化发展到了新阶段，不断增加的功能集成提升了所有驱动技术中集散的智能化，保证这些设备在初次连接时能得到恰如其分的使用，并在系统中充分地发挥各自的优势。工作台往返循环电机拖动系统在现在工业中常用于机床、物流分拣等领域，此系统的应用大大提高了工业运作的效率，节省了大量的人力物力，实现了工业生产的现代化。
1.2设计目的
在实际生产中,有些生产机械的工作台需要自动往复运动,并且有的还要求在两终端要有一定时间的停留,以满足生产工艺要求。在机床电气设备中，有些是通过工作台自动往复循环控制的，例如万能铣床，龙门刨床的工作台上下、前后、左右的运动等。这些生产机械运动部件的行程或位置要受到限制，或者需要其运动部件在一定范围内自动往返循环等。这些都要让我们会正确识别、选用安装、使用行程开关，熟悉电动机位置控制、自动往返控制电路的构成和工作原理。会安装与检测电动机位置控制和自动往返控制线路。还要让我们学会运用机械设计与制造的知识，正确选择工作台的传动装置、支撑部分，另外机床工作台系统的材料也要合理的选择以符合工程力学。电动机的正反转是实现工作台自动往复循环的基本环节。
1.3设计任务及要求
1）设计一个电气原件的工作台自动往返循环控制线路
2）工作台循环工作电机应可靠起动、运转、停止
3）工作台往返工作既可实现手动也可满足自动
1.4设计指导
查阅资料理解工作台的往返循环工作的原理及结构。为简化设计过程，工作台驱动电机可自行选择，但选择电机后需要进行校验（如类型、容量、起动能力、过载能力、温升及工作制等），对题目未知的参数可根据类似产品的说明书或电气工程手册查询。
工作台自动往返循环控制线路，包括主接线和控制线路。控制线路需要选择相应的电气元件，电气元件的选择应符合供电要求。
2 工作台往返循环电机拖动系统
2.1 拖动系统的机械运动示意图
工作台往返循环电机拖动系统是由电动机通过齿轮带动工作台在规定的区域内左右平移，并能实现手动和自动控制的一个系统。图中SQ1、SQ2分别为位置行程开关；SQ3、SQ4为极限位置开关；SB1、SB2和SB3分别为停止、正转和反转起动按钮。具体模型如图2-1。
图2-1工作台往返循环电机拖动系统
2.2 拖动系统的工作原理
当工作台挡板停在行程开关SQ1和SQ2之间任意位置时，可以通过启动开关使电动机带动工作台运行。例如按下开关SB1，电动机正转，带动工作台向左进。或按下开关SB2,电动机反转，带动工作台右进。
当工作台到达终点左往行程开关SQ1时候，需通过控制，使电动机停转；同时通过开关键变化，使电动机反转，拖动工作台向右移动；并未下次正转做准备。
当电机反转拖动工作台向右移动到一定位置时，挡块2碰到行程开关SQ2，通过控制，使电动机停转；同时通过开关键变化，使电动机再次开始正转。如此反复循环，使工作台在预定行程内自动反复往返运动。
3电动机及其他电气元件的选择
3.1电动机容量的选择
3.1.1电动机额定功率的选择
电动机的额定功率的选择，一般主要考虑电机的容量应大于它所拖动的机械设备的轴功率。电动机额定功率过大，电动机就经常处于轻载运行，电动机本身的容量得不到充分发挥，同时电动机运行效率低、性能不好，都会增加运行费用；电动机额定功率比生产机械要求的小，电动机电流超过额定电流，电机内损耗加大，效率降低是小事，重要的是影响电机的寿命，即使过载不多，电动机的寿命也会减少较多；过载较多，会破坏电机绝缘材料的绝缘性能甚至烧毁。因此，应使所选电动机的额定功率等于或稍大于生产机械所需要的功率。具体方法有以下几种：
（1）类比法。通过调研，参照同类生产机械来决定电动机的额定功率。
（2）统计法。经统计分析从中找出电动机的额定功率与生产机械主要参数之间的计算公式，按此公式计算出电动机的额定功率。
（3）实验法。用一台同类型或相近类型的生产机械进行实验，测出所需功率的大小。
（1）、（2）、（3）三种方法也可以结合进行。
（4）计算法。根据电动机的负载情况，从电动机的发热，过载能力和起动能力等方面进行考虑，通过计算法求出所需要的额定功率。
3.1.2负载转矩的测量
因为工作台实现的是平移运动，根据平移作用力折算的等效负载转矩公式见式（3.1）
式3.1
式中：TL——表示等效负载转矩
Fm——表示平移作用力
υm——表示工作台移动速度
ηt——表示传动效率
Ω——表示电动机角速度
n——表示电动机的转速
假设电动机的重力Gm=20000N，移动速度υm=0.4m/s，工作台与导轨之间的摩擦系数μ=0.1，传动机构与图（4）相同，电动机的转速n=920r/min，传动效率ηt=0.8。则，平移作用力
Fm=μGm=0.1?20000N=2000N
等效负载转矩
3.1.3 电动机类型的选择
选择哪种类型的电动机，一方面要根据生产机械对电动机的机械特性、起动特性性能、调速特性、制动方法和过载能力等方面的要求，对各种类型的电动机进行分析比较；另一方面在满足上述要求的前提下，还要从节省初期投资，减少运行费用等经济方面进行综合分析，最后将电动机的类型确定下来。大致可分为以下几种情况：
（1）对起动、制动及调速无特殊要求的一般生产机械,如机床、水泵、风机等，应选用笼型异步电动机。
（2）对需要分级调速的生产机械，如某些机床、电梯等，可选用多速异步电动机。
（3）对起动、制动比较频繁，要求起动、制动转矩大,但对调速性能要求不高，调速范围不宽的生产机械,可选用绕线转子异步电动机。
（4）当生产机械的功率较大又不需要调速时，多采用同步电动机。
(5）对要求调速范围宽、调速平滑、对拖动系统过渡过程有特殊要求的生产机械，可选用他励直流电动机
因为此系统对起动、调速等性能没有特殊要求，所以优先选用电动机类型为三相笼型异步电动机。
3.1.4电动机电压的选择
根据电动机的额定功率和供电电压的情况选择电动机的额定电压。例如，三相异步电动机的额定电压主要有380V，3000V，6000V和10000V等几种，由于高压电器设备的初期投资和维护费用比低压电器设备贵的多。一般当电动机额定功
率PN≤200kw时，往往选用380V电动机。因此此系统选用380V三相笼型异步电动机。
3.1.5电动机转速的选择
根据生产机械的转速和传动方式，通过经济技术比较后确定电动机的额定转速。
额定功率相同的电动机，额定转速高时，其体积小，价格低，由于生产机械的转速有一定的要求，电动机转速越高，传动机构的传动比就越大，导致传动机构复杂，增加了设备成本和维修费用。因此，应综合考虑电动机和生产机械两方面的各种因素后再确定较为合理的电动机额定转速。
对连续运转的生产机械，可从设备初投资，占地面积和运行维护费用等方面考虑，确定几个不同的额定转速，进行比较，最后选定合适的传动比和电动机的额定转速。
经常起动，制动和反转，但过渡过程时间对生产率影响不大的生产机械，主要根据过渡过程能量最小的条件来选择电动机的额定转速。
电动机经常起动，制动和反转，且过渡过程持续时间对生产率影响较大，则主要根据过渡过程时间最短的条件来选择电动机的额定转速。
因此，综合分析电动机和生产机械两方面的各种因素最终确定电动机的额定转速为nN 910r/min。
3.1.6电动机外形结构的选择
根据电动机的使用环境选择电动机的外形结构。电动机的外形结构有几下几种：
（1）开启式。电动机的定子两侧和端盖上开有很大的通风口，散热性好、价格比较低，但是容易进灰尘、水滴和铁屑等杂物，只能在清洁、干燥的环境中使用。
（2）防护式。电动机的机座和端盖下方有通风口，散热性比较好，能防止水滴和铁屑等杂物从上方落入电动机内，但是潮气和灰尘仍可进入。一般用在比较干燥、清洁的环境中。
（3）封闭式。电动机的机座和端盖上均无通风口，完全是封闭的，外部的潮气和灰尘不易进入电动机，多用于灰尘多、潮湿、有腐蚀性气体、易引起火灾等恶劣环境中。
（4）密封式。电动机的密封程度高，外部的气体和液体都不能进入电动机的内部，可以浸在液体中使用，如潜水泵电动机。
（5）防爆式。电动机不但有严密的封闭结构，外壳又有足够的机械轻度。一旦少量爆炸性气体侵入电动机内部发生爆炸时，电动机外壳能承受爆炸时的压力，火花不会窜到外面以致引起外界气体再爆炸。适用于有易燃、易爆气体的场所。如矿井、油库、和煤气站等。
此系统根据电动机的使用环境选择电动机的外形结构为封闭式，这种电动机的机座和端盖上均无通风孔，完全是封闭的，外部的潮气和灰尘不易进入电动机，多用于灰尘多、潮湿、有腐蚀性气体、易引起火灾等恶劣环境中。
3.1.7电动机工作制的选择
电机的工作制表明电机在不同负载下的允许循环时间。
电动机工作制为:S1~S10;其中:
(1)S1工作制:连续工作制，保持在恒定负载下运行至热稳定状态;简称为S1;
(2)S2工作制:短时工作制，本工作制简称为S2，随后应标以持续工作时间。如S2 60min;
(3)S3工作制:断续周期工作制，按一系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段恒定负载运行时间和一段停机、断能时间。本工作制简称为S3，随后应标以负载持续率，如S3 25%;
(4)S4工作制:包括起动的断续周期工作制。本工作制简称为S4，随后应标以负载持续率以及折算到电机轴上的电机转动惯量JM、负载转动惯量Jext，如S4 25% JM=0.15kg.m2, Jext=0.7kg.m2;
(5)S5工作制:包括电制动的断续周期工作制。本工作制简称为S5，随后应标以负载持续率以及折算到电机轴上的电机转动惯量JM、负载转动惯量Jext，如S5 25% JM=0.15kg.m2, Jext=0.7kg.m2;
(6)S6工作制:连续周期工作制。每一周期包括一段恒定负载运行时间和一段空载运行时间，无停机、断能时间。本工作制简称为S6，随后应标以负载持续率，如S6 40%;
(7)其他还有:
S7工作制:包括电制动的连续周期工作制;
S8工作制:包括负载-转速相应变化的连续周期工作制;
S9工作制:负载和转速作非周期变化的连续周期工作制;
S10工作制:离散恒定负载工作制。
电机可以运行直至热稳定，并认为与S3~S10工作制中的某一工作制等效
因为此系统电动机一旦起动就处于连续工作状态，当电动机电源反接时，电动机转轴不能实现立即反转，存在一小段时间的反转制动，然后又继续工作，如此循环往复，是周期工作制，所以选用包括电制动的连续周期工作制（S7工作制）。见图3-1
图3-1 S7工作制负载功率、电动机输出功率、电动机温度变化图
图中：P——负载；
Pv——电气损耗；
Q——温度；
Qmax——达到的最高温度；
t——时间；
TC——负载周期；
△tD——起动／加速时间；
△tp——恒定负载运行时间；
△tF一—电制动时间；
负载持续率=1
3.1.8电动机型号的选择
根据前述各项的选择结果选择电动机的型号。
国产电动机为了满足生产机械的不同需要，做成许多在结构形式、应用范围、性能水平等各异、功率按一定比例递增并成批生产的系列产品，并冠以规定的产品型号。它们的特点和数据可以从电动机产品目录中查到。例如Y系列电动机是我国20世纪80年代设计的封闭式笼型异步电动机，YR系列为绕线型三相异步电动机；YD系列为三相多速异步电动机；YB系列为防爆型三相异步电动机；T 系列为三相同步电动机，Z系列为直流电动机，等等。
其中Y系列电动机是一般用途的全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。安装尺寸和功率等级符合IEC标准，外壳防护等级为IP44，冷却方法为IC411，连续工作制（S1）。适用于驱动无特殊要求的机械设备，如机床、泵、风机、压缩机、搅拌机、运输机械、农业机械、食品机械等。
Y系列电动机效率高、节能、堵转转矩高、噪音低、振动小、运行安全可靠。Y80~315电动机符合Y系列（IP44）三相异步电动机技术条件JB/T9616-1999。Y355电动机符合Y系列（IP44）三相异步电动机技术条件JB5274-91。Y80~315电动机采用B级绝缘。Y355电动机采用F级绝缘。额定电压为380V，额定频率为50Hz。功率3kW及以下为Y接法；其它功率均为△接法。电动机运行地点的海拔不超过1000m；环境空气温度随季节变化，但不超过40℃；最低环境空气温度为-15℃；最湿月月平均最高相对湿度为90%；同时该月月平均最低温度不高于25℃。
表3-1电动机型号及相关参数
额定转矩的计算公式见式3.2:
式3.2式中：TN——表示额定转矩
PN——表示额定功率
nN——表示额定转速
根据电动机的详细参数计算得：
表3-2不同型号对应的额定转矩
因为负载转矩TL=10.385N·m，所以选择Y90L-6型号电动机。又因为是小功率电动机,PN 3kw,所以选用Y接法。
3.2电动机的校验
3.2.1电动机的起动校验
根据查表得Y90S-6型电动机的起动转矩倍数
起动电流倍数
起动转矩
起动转矩TS大于起动时的负载转矩的（1.1~1.2）倍，起动转矩满足起动条件。起动电流为
起动电流IS小于电路保护的额定电流，起动电流满足起动条件。
3.2.2电动机的过载校验
根据查表得Y90S-6型电动机的最大转矩倍数
电动机的最大转矩TM=αMTTN大于电动机的负载转矩，过载转矩符合过载要求。
3.2.3电动机的稳定运行校验
把n=920r/min、Gm=20000N、υm=0.4m/s、μ=0.1、ηt=0.8带入式（3.1）求得
当电机转速为920r/min时电动机可以稳定运行，即当负载转矩为10.385N·m 时，电动机的转速为920r/min。
3.2.4电动机的发热校验
设SQ1和SQ2之间的距离足够长为5米，SQ1和SQ3之间的距离为0.1米，近似假设电动机在启动和反转制动时的功率为PN，电动机在稳定运行时的功率为负载功率P2，数值为
图3-2 电机运行一个周期中功率变化的近似图
假设P1=PN=1100W、s1=0.07m、t1=0.25s，近似满足式（3.3）
式3.3
所以假设成立。
再假设P3=PN=1100W、s3=0.03m、t3=0.1s，近似满足式（3.4）
式3.4
所以假设成立。
P2=1000W、s2=5+0.03-0.07=4.96m、t2=s2/v=4.96/0.4=12.4s
将上列数据带入式（3.5），进行发热校验
得
所以正常运行时的发热符合要求。
同理，当工作台的限位开关出现问题时，SQ3、SQ4代替SQ1、SQ2发挥作用，PL'≤PL，所以发热也符合要求。
3.3其他电气元件的选择
3.3.1接触器的选用
选择接触器主要依据以下数据：电源种类（直流或交流）；主触点额定电流；辅助触点的种类、数量和触点的额定电流；电磁线圈的电源种类、频率和额定电压；额定操作频率等。机床用的最多的是交流接触器。
交流接触器的选择主要考虑主触点的额定电流、额定电压、线圈电压等。
交流接触器主触点的额定电压一般按高于线路额定电压来确定。
根据控制回路的电压决定接触器的线圈电压。为保证安全，一般接触器吸引线圈选择较低的电压。但如果在控制线路比较简单的情况下，为了省去变压器，可选用380V电压。值得注意的是，接触器产品系列是按使用类别设计的，所以要根据接触器负担的工作任务来选用相应的产品系列。
接触器辅助触点的数量、种类满足线路的需要。
3.3.2继电器的选用
继电器的选择大概可分为以下几种：
1）一般继电器的选用
一般继电器是指具有相同电磁系统的继电器，又称电磁继电器。选用时，除满足继电器线圈电压或线圈电流的要求外，还应按照控制需要分别选用过电流继电器、欠电流继电器、过电压继电器、欠电压继电器中间继电器等。另外电压、电流继电器还有交流、直流之分，选择时也应当注意。
2）时间继电器的选择
时间继电器是压力机控制线路中常用电器之一。它的类型有：电磁式，空气阻尼式，电动式及电子式等。用的较多的是空气阻尼式时间继电器，它的特点是工作可靠，结构简单，延时整定范围较宽（可达0.4s～180s）
时间继电器型式多样，各具特点，选择时应从以下几方面考虑。
(1) 根据控制线路的要求来选择延时方式，即通电延时型或断电延时型。
(2) 根据延时准确度要求和延时时间的长短来选择。
(3) 根据使用场合、工作环境选择合适的时间继电器。
3）热继电器的选择
热继电器的选择应按电动机的工作环境、起动情况、负载性质等因素来考虑。一方面要充分发挥电动机的过载能力，另一方面，对电动机在短时过载与起动瞬间不受影响。
热继电器结构形式的选择。星形连接的电动机可以选择两相或三相结构的热继电器，三角形连接的电动机应当选择带断相保护装置的三相结构热继电器。
热元件选好后，还需根据电动机的额定电流来调整它的整定值。
4 系统电路图设计
4.1主电路的设计
4.1.1主电路设计分析
因为任务要求电动机能实现正反转，所以电动机主电路必须由两个开关来控制两个主电路的通断，且两个电路不能同时接通，另外主电路中应该存在熔断器和热继电器来保护电路，由于两个电路实现电动机的转向不同，所以两个电路连接电动机的相序不同。另外电动机的额定功率比较小，所以采用Y接法。主电路电路图如图4-1。
图4-1 系统主电路图
图中：L1、L2、L3——表示三相380V交流电源
QS——表示电路电源开关
FU1——表示主电路熔断器
KM1——表示电动机正转电路开关
KM2——表示电动机反转电路开关
FR——表示热继电器
当KM1闭合时电动机正转，当KM2闭合时电动机反转。
4.2控制电路设计
4.2.1控制电路设计分析
设计任务要求，当工作台挡铁1从右向左触碰到限位开关SQ1时，电动机从正接变为反接，工作台减速至零，挡铁1停在限位开关SQ1和超限开关SQ3之间，并开始从左向右运动，当挡铁2从左向右触碰到限位开关SQ2时，电动机从反接变为正接，工作台减速至零，挡铁2停在限位开关SQ2和超限开关SQ4之间，并开始从右向左运动。若限位开关SQ1或SQ2失效时，工作台会继续向左或向右运动然后挡铁1或挡铁2会触碰到超限开关SQ3或超限开关SQ4，此时需要电机停止转动排除故障或者让超限开关自行进行校正代替限位开关实现控制功能，人为停止系统停止，并排除故障。本系统选择的是后者。除此之外控制回路应有自己的线路保护，并当主回路温度过高时可以自动使系统停止运行，当启动开关按下时，线路应该有自锁电路使通过电磁继电器线圈的电流保持。停止按钮应该保持常闭，当按下时整个控制回路应该失电。电路要能实现手动和自动控制。
4.2.2控制电路电路图及原理
行程开关是一种将机械信号转换为电气信号，以控制运动部件位置或行程的自动控制电器。而位置控制就是利用生产机械运动部件上的挡铁与位置开关碰撞，使其触头动作，来接通或断开电路，以实现对生产机械运动部件的位置或行程的自动控制。控制电路图见图4-2
图4-2系统控制线路电路图
图中：FU2——表示控制回路熔断器
SB3——表示停止自恢复按钮
SB1——表示正转自恢复按钮
SB2——表示反转自恢复按钮
KM1、KM2——表示电磁继电器线圈
SQ1-1、SQ-1——表示限位开关常闭
SQ1-2、SQ2-2——表示限位开关常开
SQ3-1、SQ4-1——表示超限开关常闭
SQ3-2、SQ4-2——表示超限开关常开
FR——表示热继电器
按下电源开关QS，主电路和控制电路得电，此时按下正转开关SB1，电流经SQ1-1、SQ3-1、KM2辅助常闭开关、KM1电磁线圈，使继电器KM1闭合，则主电路通，电机M正转，KM1辅助常开开关闭合，和SQ1-1、SQ3-1、KM2辅助常闭开关、KM1线圈构成自锁电路，当工作台挡铁1从右向左碰到SQ1时，SQ1-1由闭合变成断开，线圈KM1没有电流通过，继电器KM1断开；同时SQ1-2闭合，电流经过SQ2-1、SQ4-1、KM1辅助常闭开关、KM2线圈，使继电器KM2闭合，KM2辅
助常开开关闭合和SQ2-1、SQ4-1、KM1辅助常闭开关、KM2线圈构成自锁回路，同时主电路另一条电路通道导通，由于电源三相U、V、W中的U相和W相位置互换，电动机反转制动，然后反向旋转，带动工作台从左向右运动。当工作台挡铁2从左向右碰到SQ2时，SQ2-1断开、继电器KM2断开、SQ2-2闭合、继电器KM1闭合，电机正转制动，并带动工作台从右向左运动，如此循环往复。若SQ1或者SQ2失去作用，工作台继续运动，此时SQ3或SQ4将代替SQ1、SQ2的作用实现工作台自动往返循环运动。
电子线路课程设计题目 （模电、数电部分） 一、锯齿波发生器 二、语音放大电路 三、可编程放大器 四、数字频率计 五、可调电源 六、汽车尾灯控制电路 2011．09
一、设计一高线性度的锯齿波发生器 要求： （1）利用555定时器和结型场效应管构成的恒流源设计一高线性度的锯齿波发生器；参考电路如图所示； （2）在EWB中对该电路进行仿真； （3）焊接电路并进行调试；调试过程中思考： a、电路中两个三极管的作用是什么？其工作状态是怎么样的？ b、R3阻值的大小会对锯齿波的线性度产生什么影响？ c、输出锯齿波的幅值范围多大？ d、调节电路中的可调电阻对波形有什么影响？ e、LM324的作用是什么？ （4）参考电路图中采用的是结型场效应管设计的，若采用N沟道增强型VMOS管和555定时器来设计一高线性度的锯齿波发生器，该如何设计？ LM324 图2 高线性度锯齿波发生器的设计
二、语音放大电路的设计 通常语音信号非常微弱，需要经过放大、滤波、功率放大后驱动扬声器。 要求： （1）采用集成运算放大器LM324和集成功放LM386N-4设计一个语音放大电路；假设语音信号的为一正弦波信号，峰峰值为5mV，频率范围为100Hz~1KHz，电路总体原理图如下所示； 图4 语音放大电路 （2）仔细分析以上电路，弄清电路构成，指出前置放大器的增益为多少dB?通带滤波器的增益为多少dB? （3）参照以上电路，焊接电路并进行调试。 a、将输入信号的峰峰值固定在5mV，分别在频率为100Hz和1KHz的条件下测试前 置放大的输出和通带滤波器的输出电压值，计算其增益，将计算结果同上面分析 的理论值进行比较。 b、能过改变10K殴的可调电阻，得到不同的输出，在波形不失真的条件下，测试集 成功放LM386在如图接法时的增益； c、将与LM386的工作电源引脚即６引脚相连的10uF电容断开，观察对波形的影响， 其作用是什么？ d、扬声器前面1000uF电容的作用是什么？
电机与拖动简答题
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1. 三相异步电动机有机械制动和电气制动两类方法。 2.三相绕线式异步电动机通常采用在转子绕组中串接变阻器或频敏变阻器起动方法。 3.主磁通：在铁心内通过的磁通。 4.漏磁通：在部分铁心和铁心周围的空间存在的少量分散的磁通。 5. 直流发电机的励磁方式有：他励；自励（包括并励，串励和复励）。 6.单相罩极式异步电动机的特点：起动转矩小，电动机转向不可改变。 7.常用的控制电机有：伺服电机、测速电机、自整角电机、旋转变压器、力矩电机。 8. 软磁材料可用于制造电机铁心;硬磁材料可用于制造永久磁铁. 9.直流电动机的固有机械特性:当直流电动机的电枢电压和磁通均为额定值，且电枢没有串联电阻时的机械特性。 10.直流并励发电机自励的条件是什么？ 答：直流并励发电机自励的条件是：1）电机必须有剩磁，如果电机已经失磁，可用其他直流电源激励一次，以获得剩磁。2）励磁绕组并联到电枢的极性必须正确，否则绕组接通后，电枢中的电动势不但不会增大，反而会下降，如出现这种情况，可将励磁绕组与电枢出线端的连接对调，或者将电枢反转。3）励磁回路中的电阻要小于临界值。 11.直流电动机的调速方法有几种，各有何特点？ 答：直流电机调速方法有三种（以他励直流电动机为例）：（1）改变电枢端电压：转速特性为一组平行下移的直线，特点是空载转速随电枢电压的下降而减小。（2）在电枢回路中串电阻：转速特性为一组空载转速不变的直线，特点是所串电阻要消耗功率，电动机转速随所串电阻的增加而下降。（3）改变所串的励磁回路的电阻值：弱磁调速的特点是电动机转速只能上升而不能下降。 12.何为电枢反应？电枢反应的性质是由什么决定的?电枢反应对气隙磁场有什么影响？对电机运行有什么影响？ 答：电枢磁势的基波对励磁磁势的基波的影响称为电枢反应。电枢反应的性质取决于负载的性质和电机内部的参数。电枢反应使气隙磁场波形畸变，并呈去磁性。电枢反应对直流发电机影响其端电压，对直流电动机影响其电磁转矩和转速。 13.变压器并联运行的条件有哪些? 哪一个条件要求绝对严格？变压器为什么要并联运行? 答：（1）并联运行的条件是：各台变压器的额定电压与变比相等；各台变压器的连接组别必须相同；各台变压器的短路阻抗的百分数要相等。（2）其中连接组别相同这一条必须严格遵守。（3）变压器并联运行时，可以根据负载的变化投入相应的容量和台数，提高变压器的运行效率。如果某台变压器发生故障需要检修时，可以把它从电网中切除，其它变压器继续运行，保证电网的正常供电。并联运行还可以减少备用容量。 14.直流电动机为什么不能直接起动？如果直接起动会引起什么样的后果？ 答：起动瞬间转速n=0，反电动势E a=C eΦn=0，最初起动电流 () N N a a I U E R =-。若直接起动，由于R a 很小，当直接起动时，起动电流可能增大到额定电流的十多倍使换向恶化，严重时产生
一直流电机的简介及结构 （一）直流电机简介 直流电机是生产和使用直流电能的机电能量转换装置。将机械能转换为直流电能的，称为直流发电机；将电能追安环为机械能的，称为直流电动机。直流电动机具有调速性能好、启动和制动转矩大、过载能力强等优点，因此广泛应用于启动和调速要求较高的机械上。例如：轧钢机、机床、电车、电器轨道牵引、挖掘机械、纺织机械等。直流发电机可以作为各种直流电源。例如直流电动机的电源、同步电机的励磁电源、以及化学工业方面用于电解电镀的抵押大电流直流电源等。在本次设计中只介绍和说明直流电动机，不介绍直流发电机。 与交流电机相比，直流电机的主要缺点是换向问题，它限制了直流电机的极限容量，又使得直流电机的结构复杂，消耗较多的有色金属，维护比较麻烦，致使直流电机的应用受到一定的限制。不过，虽然如此，可是随着电子技术的发展，可控硅整流电源在生产上的应用越来越广泛，虽然使直流发电机的受到威胁，可是却会使直流电动机在应用中更为广泛。 （二）直流电机的结构 直流电机由静止的钉子和旋转的转子两大部分组成。定转子之间有一定的空隙，称为气隙。定子的作用是产生磁场和对电机的机械支撑，主要由主磁极、换向极、机座、端盖、电刷装置等部件组成。转子的作用是产生电枢感应电动势或电磁转矩，主要由电磁铁芯、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等部件组成。如下图1-2所示： 图1-1 直流电机装配结构图 1—换向器 2—电刷装置 3—机座 4—主磁极 5—换向极 6—端盖 7—风扇 8—电枢绕组 9—电枢铁心 1 定子部分 ①主磁极（简称主极） 主磁极用来产生气隙磁场并且在电枢表面外的气隙空间里产生一定形状分布的气息磁密。主磁极由主机铁芯和励磁线圈组成，主极铁芯和由1—1.5mm厚的低碳钢板冲成一定
第二部分??直流电动机的电力拖动 一、填空题： 1、他励直流电动机的固有机械特性是指在_______条件下，_______和_______的关系。 （U=UN 、φ=ΦN ，电枢回路不串电阻；n ；Tem 2、直流电动机的起动方法有____ ___。（降压起动、电枢回路串电阻起动） 3、如果不串联制动电阻，反接制动瞬间的电枢电流大约是电动状态运行时电枢电流的_______倍。 （2） 4、当电动机的转速超过_______时，出现回馈制动。（理想空载转速） 5、拖动恒转转负载进行调速时，应采_______调速方法，而拖动恒功率负载时应采用_______调速方法。（降压或电枢回路串电阻；弱磁） 1、直流电动机的人为特性都比固有特性软。（??）（F ） 2、直流电动机串多级电阻起动。在起动过程中，每切除一级起动电阻，电枢电流都将突变。（??） （T ） 3、提升位能负载时的工作点在第一象限内，而下放位能负载时的工作点在第四象限内。（??） （T ） 4、他励直流电动机的降压调速属于恒转矩调速方式，因此只能拖动恒转矩负载运行。（??） （F ） 5、他励直流电动机降压或串电阻调速时，最大静差率数值越大，调速范围也越大。（??） （T ） 三、选择题 1、电力拖动系统运动方程式中的GD2反映了：（2） （1）旋转体的重量与旋转体直径平方的乘积，它没有任何物理意见；（2）系统机械惯性的大小，它是一个整体物理量；（3）系统储能的大小，但它不是一个整体物理量。 2、他励直流电动机的人为特性与固有特性相比，其理想空载转速和斜率均发生了变化，那么这条人为特性一定是：（3） （1）串电阻的人为特性；（2）降压的人为特性；（3）弱磁的人为特性。 3、直流电动机采用降低电源电压的方法起动，其目的是：（2）（1）为了使起动过程平稳；（2）为了减小起动电流；（3）为了减小起动转矩。 4、当电动机的电枢回路铜损耗比电磁功率或轴机械功率都大时，这时电动机处于：（2）（1）能耗制动状态；（2）反接制动状态；（3）回馈制动状态。 5、他励直流电动机拖动恒转矩负载进行串电阻调速，设调速前、后的电枢电流分别为I 1和I 2，那么：（2）（1）I 1I 2。 四、简答题： 1、电力拖动系统稳定运行的条件是什么？（电动机的机械特性与负 载的转矩特性必须有交点，且在交点处，满足em L dT dT dn dn ） 2、何谓电动机的充分利用？(所谓电动机的充分利用是指电动机无论在额定转速下运行,还是调速过程中处于不同转速下运行,其电枢电流都等于额定值。) 一台他励直流电动机数据为：P N =，U N =110V ，I N =，n N =1500r/min ，电枢回路电阻R a =Ω，求：（1）U=U N ，Φ=ΦN 条件下，电枢电流I a =60A 时转速是多少？（2） U=U N 条件下，主磁通减少15%，负载转矩为T N 不变时，电动机电枢电流与转速是多少？（3）U=U N ，Φ=ΦN 条件下，负载转矩为，转速为（—800）r/min ，电枢回路应串入多大电阻？
南京理工大学 电子线路课程设计 实验报告
摘要 本次实验利用QuartusII7.0软件并采用DDS技术、FPGA芯片和D／A转换器，设计了一个直接数字频率信号合成器，具有频率控制、相位控制、测频、显示多种波形等功能。 并利用QuartusII7.0软件对电路进行了详细的仿真，同时通过SMART SOPC实验箱和示波器对电路的实验结果进行验证。 报告分析了整个电路的工作原理，还分别说明了设计各子模块的方案和编辑、以及仿真的过程。并且介绍了如何将各子模块联系起来，合并为总电路。最后对实验过程中产生的问题提出自己的解决方法。并叙述了本次实验的实验感受与收获。 关键词数字频率信号合成器频率控制相位控制测频示波器 Abstract This experient introduces using QuartusII7.0software, DDS technology，FPGA chip and D／A converter to design a multi—output waveform signal generator in which the frequency and phase are controllable and test frequency,display waveform. It also make the use of software QuartusII7.0 a detailed circuit simulation, and verify the circuit experimental results through SMART SOPC experiment box and the oscilloscope. The report analyzes the electric circuit principle of work,and also illustrates the design of each module and editing, simulation, and the process of using the waveform to testing each Sub module. Meanwhile,it describes how the modules together, combined for a total circuit. Finally the experimental problems arising in the process of present their solutions. And describes the experience and result of this experiment. Keywords multi—output waveform signal- generator frequency controllable phase controllable test frequency oscilloscope 目录
学年度第一学期 自动化系《电机与电力拖动基础》期末考试试卷（） 年级专业自动化班级学号姓名 注：1、共120分钟，总分100分 2、此试卷适用自动化专业本科 一、选择题（每小题2分，共20分） 1．他励直流电动机的人为特性与固有特性相比，其理想空载转速和斜率均发生了变化，那么这条人为特性一定是：（3） （1）串电阻的人为特性；（2）降压的人为特性；（3）弱磁的人为特性。 2．直流电动机采用降低电源电压的方法起动，其目的是：（2） （1）为了使起动过程平稳；（2）为了减小起动电流；（3）为了减小起动转矩。 3．他励直流电动机拖动恒转矩负载进行串电阻调速，设调速前、后的电枢电流分别为I1和I2，那么：（2） （1）I1
①电源电压；②气隙大小；③定、转子铁心材质；④定子绕组的漏阻抗。 7．三相异步电动机在运行中，把定子两相反接，则转子的转速会：② ①升高；②下降一直到停转；③②下降至零后再反向旋转；④下降到某一稳定转速。 8．三相异步电动机能画出像变压器那样的等效电路是由于：② ①它们的定子或原边电流都滞后于电源电压；②气隙磁场在定、转子或主磁通在原、副边都感应电动势；③它们都有主磁通和漏磁通；④它们都由电网取得励磁电流。 9．三相异步电动机的与固有机械特性相比，人为机械特性上的最大电磁转矩减小，临界转差率没变，则该人为机械特性是异步电动机的：（3） （1）定子串接电阻的人为机械特性；（2）转子串接电阻的人为机械特性；（3）降低电压的人为机械特性。 10．一台三相异步电动机拖动额定转矩负载运行时，若电源电压下降10%，这时电动机的电磁转矩：（1） （1）T em =T N ;(2) T em =0.81 T N ;(3) T em =0.9T N 。 二、填空题：（共20分） 1、（4分）他励直流电动机的固有机械特性是指在_______条件下，_______和_______的关系。 （U=UN 、φ=ΦN ，电枢回路不串电阻；n ；Tem ） 2、（2分）三相变压器的联结组别不仅与绕组的_______和_______有关，而且还与三相绕组的_______有关。 （绕向；首末端标记；联结方式） 3.当s 在_______范围内，三相异步电机运行于电动机状态，此时电磁转矩性质为_______；在_______范围内运行于发电机状态，此时电磁转矩性质为_______。（0～１；反电动势；－∞～０；制动转矩） 4.三相异步电动机根据转子结构不同可分为___ ____和__ _____两类。（笼型异步电动机和绕线型异步电动机） 5.一台6极三相异步电动机接于50H Z 的三相对称电源；其s=0.05，则此时转子转速为_______r/min ，定子旋转磁势相对于转子的转速为_______r/min 。（950；50） 6. 对于绕线转子三相异步电动机，如果电源电压一定，转子回路电阻适当增大，则起动转矩_______，最大转矩_______。（增大；不变） 7. 三相异步电动机的过载能力是指______。 (N m T T /) 8. 拖动恒转矩负载运行的三相异步电动机，其转差率s 在_______范围内时，电动机都能稳定运行。 (m s 0) 9. 三相异步电动机拖动恒转矩负载进行变频调速时，为了保证过载能力和主磁通不变，则U 1应随f 1按_______规律调节。 (正比)
学院 课程设计课程名称：电机与拖动
题目名称：三相绕线型异步电动机转子电路 串电阻有级起动设计 学生院系：物理科学与工程技术学院 专业班级：16自动化2班 学号： 学生：吴舟帆
目录 一.三相异步电动机的综述 (3) 二.三相异步电动机的起动方法、调速方法、制动方法 (4) 三.三相绕线型异步电动机转子电路串电阻有级起动电路图、具体过程 (5) 四.心得体会 (10) 五.参考文献 (10)
一.三相异步电动机的综述 三相异步电机（Triple-phase asynchronous motor）是感应电动机的一种，是靠同时接入380V三相交流电流（相位差120度）供电的一类电动机，由于三相异步电动机的转子与定子旋转磁场以相同的方向、不同的转速成旋转，存在转差率，所以叫三相异步电动机。三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而产生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。
二.三相异步电动机的起动方法、调速方法、制动方法 1. 起动方法：有级起动 容量较大的三相异步电动机一般采用有级起动，以保证起动过程中有较大的起动转矩和较小的起动电流。它的起动电阻R ST 由若干级起动电阻串联，即 R ST =R ST1+R ST2+…+R STm 。起动瞬间转子串入最大起动电阻R ST ，使起动转矩为要求值 T 1，随着转速n 的增加，每当转矩T 降至希望值T 2时，切除一段起动电阻，使T 又等于T 1，T 2称为切换转矩。因而在启动过程中转矩始终在起动转矩T 1与切换转矩T 2之间变化，直到全部起动电阻被切除。 2.调速方法：串级调速 在转子电路中串入一个与2s .E 频率相等，而相位相同或相反的附加电动势ad . E ，既可节能，又可将这部分功率回馈到电网中去。 3.制动方法： ①能耗制动：能耗制动的特点是制动时将电动机与三相电源断开，而与直流电源接通，电动机像发电机一样，将拖动系统的动能转换成电能消耗在电机部的电阻中，故名能耗制动。 ②反接制动：反接制动的特点是制动时旋转磁场的转向与转子的转向相反，转差率s>1,所谓“反接”意即在此。从而使电磁转矩的方向与转子转向相反，成为制动转矩 ③回馈制动：回馈制动的特点时转子转速大于同步转速，转差率s<0，电机处于发电机状态，将系统的动能转换成电能送回电网，故名回馈制动，又称再生制动。
《电机及其应用》自测题 一、填空题 1、变压器的作用是将某一等级的交流( )变换成另一等级的交流( )。 2、变压器一次电势和二次电势之比等于( )和( )之比。 3、电力变压器中的变压器油主要起( )、( )和( )作用。 4、电力变压器的分接开关是用来改变变压器电压( )的装置，以便达到调节副边( )的目的。 5、变压器的额定电压和额定电流均指变压器的( )电压和( )电流。 6、变压器空载时的损耗主要是由于( )的磁化所引起的( )和( )损耗。 7、在测试变压器参数时，须做空载试验和短路试验。为了便于试验和安全，变压器的空载试验一般在( )加压；短路试验一般在
( )加压。 8、变压器铁芯饱和程度愈高，其励磁电抗Xm就愈( )。 9、若将变压器低压侧参数折算到高压侧时，其电势(或电压)应( )、电流应( )、电阻(或电抗)应( )。10、三相组式变压器各相磁路( )，三相芯式变压器各相磁路( )。 11、三相变压器组不能采用( )连接方法，而三相芯式变压器可以采用。 12、变压器并联运行的条件是( )、( )、( )。 13、当三相变压器接成星形(Y)时，其线电压是相电压的( )倍，线电流与相电流( )。 14、当三相变压器接成三角形(D)时，其线电压与相电压( )，线电流是相电流的( )倍。 15、变压器在运行时，当( )和( )损耗相等时，效率最高。 16、有两台变压器，额定电压分别为10kV／和／，两台变压器的变比差值△K为( )，若其它条件满足并联运行，根据计算结果，
这两台变压器( )并联运行。 17、三绕组变压器的额定容量是指( )。 18、自耦变压器与同容量的两绕组变压器比较，它的空载电流( )。 19、自耦变压器适用于一、二次侧( )相差不大的场合，一般在设计时，变比Ka( )。 20、电焊变压器实际上是一台( )的降压变压器，它的外特性( )，短路电流( )。 21、整流变压器的容量一般取一、二次绕组容量的( )，又称为( )。 22、单相绕组的感应电势与( )、( )和( )成正比。 23、线圈的短距系数表示了短距线圈比整距线圈产生的电势( )的程度。 24、线圈的分布系数表示线圈分布放置后，其合成电势比线圈集中放置时电势( )的程度。 25、主极磁场非正弦分布引起的( )，对相电势的大小影响( )，主要影响了电势的( )。
电子线路课程设计 总结报告 学生姓名： 可行性，选择适合设计方案，并对设计方案进行必要的论证。本课题以小功率调幅发射机为设计对象，并对其主振级、低频电压放大级、调制级、高频功率放大级进行了详细的设计、论证、调试及仿真，并进行了整机的调试与仿真。设计具体包括以下几个步骤：一般性理论设计、具体电路的选择、根据指标选定合适器件并计算详细的器件参数、用multisim进行设计的仿真、根据仿真结果检验设计指标并进行调整。最后对整个设计出现的问题，和心得体会进行总结。 关键词调幅发射机；振荡器；multisim仿真设计
一、设计内容及要求 (一)设计内容：小功率调幅AM发射机设计 1.确定小功率调幅发射机的设计方案，根据设计指标对既定方案进行理论设计分析， 并给出各单元电路的理论设计方法和实用电路设计细节，其中包括元器件的具体选择、参数调整。 根据设计要求，要求工作频率为10MHz，输出功率为1W，单音调幅系数 m。由于载波频率为10Mhz，大多数振荡器皆可满足，提供了较多的选择且不需要 8.0 = a 倍频。由于输出功率小，因此总体电路具有结构简单，体积较小的特点。其总体电路结构 可分为主振荡电路（载波振荡电路）、缓冲隔离电路、音频放大电路、振幅调制电路、功
(二）单元电路方案论证 1.主振荡电路 主振荡电路是调幅发射机的核心部件，载波的频率稳定度和波形的稳定度直接影响到发射信号的质量，因此，主振荡电路产生的载波信号必须有较高的频率稳定度和较小的波形失真度，主振荡电路可以有四种设计方案：RC正弦波振荡电路、石英晶体振荡电路、三点振荡电路、改进三点式（克拉泼）振荡电路。 2.振幅调制电路 振幅调制电路是小信号调幅发射机的核心组成部分，该单元实现将音频信号加载到载波上以调幅波形式发送出去，振幅调制电路要能保证输出的信号为载波信号的振幅随调制信号线性变化。
《电机与拖动》参考答案 2-1 （1） 切削功率: W FV P s m d n V r j j j n n L f f 38009.1*2000/9.1215.0*6067.241*22*602min /67.2412*5.1*21450321========= ππ （2） 电动机输出功率：W P P L 6.52129 .0*9.0*9.038003212===ηηη （3） 系统总飞轮转矩： 22222222 322212 22212212 22.55.425.03.05.05.32*5.1*295.1*27.2225.3m N j j j GD j j GD j GD GD GD d c b a =+++=+++=+++= （4） 电动机电磁转矩： M N j j j FD T T L .29.349 .0*9.0*9.0*2*5.1*22/15.0*20002/3213213212====ηηηηηη （5） 不切削时的电动机电磁转矩： 忽略损耗时的电动机电磁转矩 M N j j j FD T .252 *5.1*22/15.0*20002/'3212=== 传动机构阻转矩：M N T T T .29.92529.34'220=-=-= 加速时电动机转矩：M N dt dn GD T T .19800*375 55.429.937520=+=+= 2-2 （a ） 减速dt dn GD T T L 3752=- （b ） 减速dt dn GD T T L 3752=-- （c ） 加速dt dn GD T T L 3752=+ （d ） 减速dt dn GD T T L 3752=--
课程设计说明书设计名称： 题目： 学生姓名： 专业： 班级： 学号： 指导教师： 日期：年月日
课程设计任务书 专业年级班 设计题目 微型直流电动机的数字控制器设计 姓名-学号 主要内容和具体要求 设置有正转、反转、加速、减速按键； 显示马达的运行状态（正反转、停止），显示转速；测量马达的反电动势系数； 测量马达的力矩系数； 创建马达的数学模型； 实现比例控制； 实现比例积分控制。 进度安排 6月16~17号：了解任务要求，确定具体方案 6月18~19号：电机控制程序设计 6月20~21号：键盘电路、lcd12864液晶屏子程序设计6月22~24号：上位机通信程序设计 6月25~26号：电机PI 控制设计 完成后应上交的材料 直流电机数字控制器论文 总评成绩
指导教师签名日期年月日系主任审核日期年月日
摘要 本文主要设计一个基于STC12C5A60S2 单片机的直流电机PWM 控制系统。PWM 控制提高了调速范围，提高了调速精度，改善了快速性能、功率和功率因数。系统在设计中被控对象采用5V 的直流电机，以MCS-51 单片机为控制核心，采用LCD12864 液晶作为显示元件，进行软硬件的设计。硬件电路由protel 设计制作，主要设计了液晶显示电路、键盘控制电路、复位电路、测速电路、驱动电路和测压电路。软件设计在Keil 开发平台用 C 语言编写，程序采用模块化设计方案，包括液初始化程序、晶显示程序、键盘控制程序。 本系统PWM 控制直流电机采用调压调速的方法，整体设计包括软件和硬件两个部分。通过利用单片机产生PWM 控制信号控制直流电机，详细介绍脉宽调制( PWM) 控制原理，直流电机的工作原理和数学模型以及用H型桥电路基本原理设计的驱动电路。通过硬件电路的模拟情况，说明系统运行正常，各个功能模块实现是可行的，控制精度比较高，能够满足系统的基本要求。 关键词：单片机PWM脉宽调制控制直流电机L298N驱动
《电机与拖动基础》试题库及答案 第一部分直流电机 一、填空题： 1、并励直流发电机自励建压的条件是_______;_______;_______。(主磁路存在剩磁；并联在电枢两端的励磁绕组极性要正确，使励磁电流产生的补充磁通方向与剩磁磁通方向相同；励磁回路的总电阻必须小于临界电阻) 2、可用下列关系来判断直流电机的运行状态，当_______时为电动机状态，当_______时为发电机状态。（E a〈U；E a〉U） 3、直流发电机的绕组常用的有_______和_______两种形式，若要产生大电流，绕组常采用_______绕组。（叠绕组；波绕组；叠） 4、直流发电机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______，直流电动机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______。（相反；相同） 5、单迭和单波绕组，极对数均为p时，并联支路数分别是_______，_______。（2p；2） 6、直流电机的电磁转矩是由_______和_______共同作用产生的。（每极气隙磁通量；电枢电流） 7、直流电机电枢反应的定义是_______，当电刷在几何中线时，电动机产生_______性质的电枢反应，其结果使_______和_______，物理中性线朝_______方向偏移。（电枢磁动势对励磁磁动势的作用；交磁；气隙磁场产生畸变；对主磁场起附加去磁作用） 二、判断题 1、一台并励直流发电机，正转能自励，若反转也能自励。（）（F） 2、一台直流发电机，若把电枢固定，而电刷与磁极同时旋转，则在电刷两端仍能得到直流电压。（）（T） 3、一台并励直流电动机，若改变电源极性，则电机转向也改变。（F） 4、直流电动机的电磁转矩是驱动性质的，因此稳定运行时，大的电磁转矩对应的转速就高。（）（F） 三、选择题 1、直流发电机主磁极磁通产生感应电动势存在于（）中。（1） （1）电枢绕组；（2）励磁绕组；（3）电枢绕组和励磁绕组 2、直流发电机电刷在几何中线上，如果磁路不饱和，这时电械反应是（）（3） （1）去磁；（2）助磁；（3）不去磁也不助磁。 3、如果并励直流发电机的转速上升20%，则空载时发电机的端电压U0升高（）。（2） （1）20%；（2）大于20%；（3）小于20%。 四、简答题 1、直流发电机的励磁方式有哪几种？ （他励；自励（包括并励，串励和复励）） 2、如何确定换向极的极性，换向极绕组为什么要与电枢绕组相串联？ （使换向极产生的磁通与电枢反应磁通方向相反。对于直流发电机而言，换向极性和电枢要进入的主磁极性相同；而对于直流电动机，则换向极极性和电枢要进入的主磁极极性相反。
石英晶体好坏检测电路设计 设计要求 1. 利用高频电子线路及其先修课程模拟电路的知识设计一个电子线路2．利用该电子线路的要求是要求能够检测石英晶体的好坏 3. 要求设计的该电子线路能够进行仿真 4. 从仿真的结果能够直接判断出该石英晶体的好坏 5. 能够理解该电子线路检测的原理 6. 能够了解该电子线路的应用 成果简介设计的该电子线路能够检测不同频率石英晶体的好坏。当有该石英晶体（又称晶振）的时候，在输出端接上一个示波器能够有正弦波形输出,而当没有 该晶振的时候，输出的是直流，波形是一条直线。所以利用该电路可以在使 用晶振之前对其进行检测。 报告正文 （1）引言： 在高频电子线路中，石英晶体谐振器（也称石英振子）是一个重要的高频部件，它广泛应用于频率稳定性高的振荡器中，也用作高性能的窄带滤波 器和鉴频器。其中石英晶体振荡器就是利用石英晶体谐振器作滤波元件构成 的振荡器，其振荡频率由石英晶体谐振器决定。与LC谐振回路相比，石英晶 体谐振器有很高的标准性，采用品质因数，因此石英晶体振荡器具有较高的 频率稳定度，采用高精度和稳频措施后，石英晶体振荡器可以达到很高的频 率稳定度。正是因为石英晶体谐振器的这一广泛的应用和重要性，所以在选 择石英晶体谐振器的时候，应该选择质量好的。在选择的时候要对该晶振检 测才能够知道它的好坏，所以要设计一个检测石英晶体好坏的电路。 （2）设计内容： 设计该电路的原理如下：
如下图所示，BX为待测石英晶体(又名晶振)，插入插座X1、X2，按下按钮SB，如果BX是好的，则由三极管VT1、电容器C1、C2等构成的振荡器工作，振荡信号从VT1发射极输出，经C3耦合到VD2进行检波、C4滤波，变成直流信号电压，送至VT2基极，使VT2导通，发光二极管H发光，指示被测石英晶体是好的。若H不亮，则表明石英晶体是坏的。适当改变C1、C2的容值，即可用于测试不同频率的石英晶体。 图一石英晶体好坏检测电路检测原理图 在上面的电路中，晶振等效于电感的功能，与C1和C2构成电容三点式振荡电路，振荡频率主要由C1、C2和C3以及晶振构成的回路决定。即由晶振电 抗X e 与外部电容相等的条件决定，设外部电容为C L ,则=0,其中C l 是C1、 C2和C3的串联值。 （3）电路调试过程： 首先是电路的仿真过程，该电路的仿真是在EWB软件下进行的，下面是将原图画到该软件后的截图：
第二章 直流电动机的电力拖动 2.1 答：由电动机作为原动机来拖动生产机械的系统为电力拖动系 统。一般由电动机、生产机械的工作机构、传动机构、控制设备及电源几部分组成。电力拖动系统到处可见，例如金属切削机床、桥式起动机、电气机车、通风机、洗衣机、电风扇等。 2.5 答：电动机的理想空载转速是指电枢电流I a =0时的转速， 即 。实际上若I a =0，电动机的电磁转矩T em =0，这 时电动机根本转不起来，因为即使电动机轴上不带任何负载,电机本身也存在一定的机械摩擦等阻力转矩（空载转矩）。要使电动机本身转动起来，必须提供一定的电枢电流I a0（称为空载电流），以产生一定的电磁转矩来克服这些机械摩擦等阻力转矩。由于电动机本身的空载摩擦阻力转矩很小，克服它所需要的电枢电流I a0及电磁转矩T 0很小，此所对应的转速略低于理想空载转速，这就是实际空载转速。实际空载转速为简单地说，I a =0是理想空载，对应的转速n 0称为理想空载转速；是I a = I a0实际空载，对应的转速n 0’的称为实 际空载转速，实际空载转速略低于理想空载转速。 Φ=N e N C U n 0T C C R C U I C R C U n N T e a N e N a N e a N e N 0 200ΦΦΦΦ-=-='
2.7答：固有机械特性与额定负载转矩特性的交点为额定工作点，额 定工作点对应的转矩为额定转矩，对应的转速为额定转速。理想空载转速与额定转速之差称为额定转速降，即： 2.8 答：电力拖动系统稳定运行的条件有两个，一是电动机的机械 特性与负载的转矩特性必须有交点；二是在交点（T em =T L ）处， 满足 ，或者说，在交点以上（转速增加时）,T em 第1章 设计说明 1.1设计任务 1.使用Simulink 建立三相异步电动机的直接起动仿真，测取三相异步电动机直接起动过程中的转速、电磁转矩和电枢电流的变化规律。 2.某他励直流电动机，已知额定值为Un=220N,Pn=22kW,In=115A ，N n =1500r/min ；电枢电阻a R =0.18Ω；励磁电阻f R =628Ω；求E N C φ，T N C φ并分别画出固有机械特性曲线和改变电枢电压、改变电枢电阻、改变磁通时的人为机械特性曲线。 1.2设计目的 1．通过课程设计，对所学的电机与拖动基本知识和基本概念进行全面的复习和总结，巩固所学的理论知识。 2．通过本次课程设计达到理论与实践相结合，提高学生分析问题和解决问题的能力。 3．学会使用电子图书馆的数据库资源进行查找相关文献和资料。 4．初步掌握MATLAB/Simulink 软件进行仿真设计，掌握编写设计说明书的基本方法。 1.3设计原则 1．合理性。所设计内容应符合国家相关政策和法令，符合现行的行业行规要求。 2．先进性。杜绝使用落后，淘汰的产品，不使用未经认可的技术，要充分考虑未来发展。 3．实用性。考虑降低物耗，保护环境，综合利用等因素。 1.4设计要求 1．正确性。全套技术文件（设计说明书、相关模型和波形）应正确无误，达到规 定的性能指标。 2．完整性。文件中的仿真模型、仿真数据、仿真波形以及仿真说明和其它相关资料应翔实可靠。 3．统一性。图形中的符号、名称、数据、标注等应尽可能选用国家标准，如没有国 家标准或必须用于不同含义时，必须另加说明。 第2章 MATLAB7.1软件 2.1安装和使用说明 安装过程： 1.解压crack 2.打开CD1（不需要要解压），双击setup.exe，进行安装，（crack文件夹中有PLP）。 3.当安装过程中提示插入CD2时，先点Browse，然后打开下载的CD2（不需要要解压），双击setup.exe，注意观察插入光盘的对话框中（就是点了Browse后的对话框）多了哪一个文件，再选择那个文件，确认，OK，就可以继续安装了 4.CD3的安装方法跟CD2一样。安装完成后会出现两个对话框，关掉就行了。 电机与拖动基础试题及答案(简答题) 简答题 1．变压器铁心为什么要用涂有绝缘的薄硅钢片叠成？若在铁心磁回路中出现较大的间隙，对变压器有何影响？ 答：铁心中交变的磁通会在铁心中引起铁损耗，用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠成铁心，可以大大减少铁损耗。若在铁心磁回路中出现较大的间隙，则主磁通所经过的铁心磁回路的磁阻就比较大，产生同样的主磁通所需要的励磁磁动势和励磁电流就大大增加，即变压器的空载电流会大大增加。 2．画出单相变压器负载时的各种磁通及其产生的感应电动势的关系图。 答：变压器负载时各种磁通及其产生的感应电动势的关系如下图： 3．为什么变压器的空载损耗可以近似看成铁损耗？为什么短路损耗可以近似看成铜损耗？ 答：变压器铁损耗的大小决定于铁心中磁通密度的大小，铜损耗的大小决定决定于绕组中电流的大小。 变压器空载和短路时，输出功率都为零。输入功率全部变为变压器的损耗。即铜损耗与铁损耗之和。空载时，电源电压为额定值，铁心中磁通密度达到正常运行的数值，铁损耗也为正常运行时的数值。而此时二次绕组中的电流为零，没有铜损耗，一次绕组中电流仅为励磁电流，远小于正常运行的数值，它产生的铜损耗相对于这时的铁损耗可以忽略不计，因而空载损耗可近似看成为铁损耗。短路试验时，输入功率为短路损耗。此时一次、二次绕组电流均为额定值，铜损耗也达到正常运行时的数值，而电压大大低于额定电压，铁心中磁通密度也大大低于正常运行时的数值，此时铁损耗与铜损耗相比可忽略不计。因此短路损耗可近似看成铜损耗。 4．变压器的Rm、Xm各代表什么物理意义？磁路饱和与否对Rm、Xm有什么影响？为什么要求Xm大、Rm小？答：Rm：变压器的励磁电阻，它是反应变压器铁耗大小的等效电阻，不能用伏安法测量。Xm：变压器的励磁电抗，反应了主磁通对电路的电磁效应。Rm、Xm都随磁路饱和程度增加而下降。 Xm越大、Rm越小时，主磁通一定时，铁耗越小，所以希望Xm大、Rm小。为此变压器铁心材料都用导磁性能好（磁阻小）、铁损小、0.35mm厚冷轧硅钢片叠成。 5．根据电流互感器副边短路后的电磁关系，说明为什么不能开路。 答：开路后副边电流的去磁作用消失，原边电流全部用来励磁，使得铁心磁通过度饱和，畸变，铁心发热，原边副边感应出高电压，危险。 6．如果考虑变压器铁心饱和，变压器的励磁电流是什么波形？为什么？ 答：尖顶波。变压器电压为正弦波，这就要求磁通也应该是正弦波，才会使得电压和电势大约相等。即U≈E=4.44fNφ。当磁路饱和时，正弦波的励磁电流只能产生平顶波铁心的磁通，只有尖顶波的励磁电流才能产生正弦波铁心磁通。7．简述并励直流发电机自励建压的条件 答：1）必须有剩磁。否则要充磁。2）并联在电枢两端的励磁绕组极性要正确，使励磁电流产生的补充磁通方向与剩磁磁通方向相同。3）励磁回路的总电阻必须小于临界电阻。4）转速不能太低，转速应该达到额定转速。 8．并励电动机起动时，为什么电枢回路中串联的电阻取较大的值？而励磁回路中串联的电阻取较小的值？ 答：直流电动机起动时，由于转速为0，Ea=0，电枢绕组的电阻很小。如电枢回路不串联电阻，全压起动时，起动电流I=U/Ra可达额定电流的几十倍，损坏电机。电枢回路中串联较大的电阻可使起动电流较低。起动过程中又要求有足够大的起动电磁转矩，T=CTΦIa，励磁回路电阻较小，励磁电流较大，磁通较大，将产生足够大的电磁转矩，电机很快转动起动，感应电势很快建立起来，使起动电流很快减小。 9．试分别画出他励直流电动机在改变电枢电压时和在转子回路中串电阻时的人为机械特性曲线。 答：改变电枢电压时的机械特性 电子线路课程设计总结报告 学生姓名： 学号： 专业：电子信息工程 班级：电子112班 报告成绩： 评阅时间： 教师签字： 河北工业大学信息学院 2014年2月 课题名称：小功率调幅AM发射机设计 内容摘要：小功率调幅发射机调幅简便，调制所占的频带窄，并且与之对应的调幅接收设备简单常用于通信系统和其它无线电系统中，特别是在中短波广播通信的领域里更是得到了广泛应用。本课程设计的目的即设计一个小功率调幅发射机并使之满足相应的技术指标。让学生综合运用高频电子线路知识，进行实际高频系统的设计、安装和调测，利用相关软件进行电路设计，提高综合应用知识的能力、分析解决问题的能力和电子技术实践技能，让学生了解高频电子通信技术在工业生产领域的应用现状和发展趋势。为今后从事电子技术领域的工程设计打好基础。通过设计主振器，缓冲器，音频放大器，调幅电路最终组成小功率调幅发射机。主振器是用来产生频率稳定的高频载波信号。高频放大器是将高频振荡载波信号放大到足够大得强度。高频功率放大器及调制器是将低频放大器输出的信号调制到载波上，同时完成末级功放。 一、设计内容及要求 1、内容：设计一个小功率调幅AM发射机 2、要求： 发射机工作频率f0=10MHz；发射功率Po大于等于200mW；负载电阻Ra=50Ω；输出信号带宽9kHz平均调幅系数ma大于等于30%，单音调幅系数ma=0.8；发射效率η大于等于50%；残波辐射小于等于40dB； 二、方案选择及系统框图 1、方案选择 低频小功率调幅发射机是将待传送的音频信号通过一定的方式调制到高频载波信号上，放大到额定的功率，然后利用天线以电磁波的方式发射出去，覆盖一定的范围。可选用最基本的发射机结构，系统框图如下图所示，由主振级、高频放大器、音频放大器、高电平调幅电路、缓冲电路结构组成。 （1）主振器 主振器就是高频振荡器，根据载波频率的高低、频率稳定度来确定电路型式。电容三点式振荡器的输出波形比电感三点式振荡器的输出波形好。这是因为电容三点式振荡器中，反馈是由电容产生的，高次谐波在电容上产生的反馈压降较小，输出中高频谐波小；而在电感三点式振荡器中，反馈是由电感产生的，高次谐波在电感上产生的反馈压降较大。另外，电容三点式振荡器最高工作频率一般比电感三点式振荡器的高。 主要原因是在电感三点式振荡器中，晶体管的极间电容与回路电感相并联，在频率高时可能改变电抗的性质；在电容三点式振荡器中，极间电容与电容并联，频率变化不改变电抗的性质。因此振荡器的电路型式一般采用电容三点式。在频率稳定度要求不高的情况下，可以采用普通三点式电路、克拉泼电路、西勒电路。频率稳定度要求高的情况下，可以采用晶体振荡器，也可以采用单片集成振荡电路。本电路采用克拉拨振荡器;电机与拖动课程设计
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