电机设计论文范文

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第1篇

随着电力电子技术的发展，用电设备对电源的要求不断提高，开关电源正逐步向着高效率、大功率密度、高可靠性、低电磁抗干扰、无噪声、维修方便等方向发展。瞬时同步整流技术由于实现简单，响应速度快和具有自然限流等优点而得到广泛地应用。

本文在分析DC-DC技术发展的基础之上，用Buck电路，运用MAX767系列芯片研究一条简洁的途径实现DC-DC直流变换，即应用同步整流技术控制方法，来实现变换器高效工作。该变换器主电路结构简单可靠，可以实现输入：DC4.5～5.5V，输出DC5V/3.3A的设计。

分析其系统工作原理的过程，为该变换方法和应用提供了理论基础，通过同步整流技术的方法和应用MOSFET管的设计，较理想的实现了DC-DC变换器的设计要求。

最后，运用这些设计成功的设计出DC-DC直流变换器。

本文主要介绍Buck电路和MAX767系列DC设计，工作原理和主要参数的设计，并对系统的外特性和稳定性作了分析。

关键词：DC-DC直流变换;同步整流技术;MOSFET管

Abstract

Withthedevelopmentoftheelectronictechnology,thehigherrequirementofPowerSupplyareraisedincludinghighefficiency,highpowerdensity,lowEMI,andrapiddynamicresponse.Ahysterics-bandinstantaneouscurrentcontrolPWMTechniqueispopularlyusedbecauseofitssimplicityofimplementation,fastcurrentcontrolresponse,andinherentpeakcurrentlimitingcapability.

Thedesignofthefoundationofupper，withbuckcircuit，handlemax767serieschiplookintoaslipofcompactavenuerealizedc-dcdirectcurrenttransform，namelyapplicationsynchronousrectificationtechnicalcontrolmeans，camerealizeconvectorhighlyactivewroughtofthetextatanalysesdc-dctechnologicaldevelopment.beone''''sturnconvectortrunkfeederstructuresimplicitycredibility，couldrealizeimport：DC4.5～5.5v，outputdc5V/3.3A

Boththatofanalyseshissystemprincipleofoperationcourse，forbeone''''sturntransformmethodandapplicationsupplyknowclearlyrationale，throughthemediumofsynchronousrectificationtechnicalmeansandapplicationMOSFETtabledesign，compareidealrealizeknowclearlydc-dcconvector''''designrequirement.

Atthelast，handlethesebedesignedforwrought''''thoughtoutdc-dcdcconverterto.

Thedesign，combineversussystemicexternalcharacteristicandstabilitydidknowclearlyanalysesofthebothtextmostlyintroducebuckcircuitandmax767seriesDCdesign，principleofoperationandmajorparameter.

keyword：dc-dcdirectcurrenttransformsynchronousrectificationtechnologymosfettube。

主电路的设计

电力电子技术是以电力为对象的电子技术，它在主要任务是对电能进行控制和交换。现在电力电子技术已成为信息产业和传统产业之间的重要接口、弱电与被控强电之间的桥梁。

从SCR、IGBT、SITH；从相控整流电路及周波变换电路到脉宽调制和高频斩波电路，现代电力电子技术正逐渐向集成化、高频化、全控化、电路弱电化、控制数字化和多功能化发展，本文所讨论的充电机系统就是现代电子技术的产物。

2.1整流滤波电路

整流电路由三相整流桥、充电电阻R、短路开关S和滤波电容C1构成。

当电路加电时，开关S处于断开状态，电网通过整流桥和充电电阻R向电容C1充电。电阻限流作用，防止加电时产生冲击电流。

当电容充电结束后，开关S闭合，将限流电阻R短路，电路进入正常工作状态。开关S的动作是由控制电路中的软启动电路实现的。

由于整流滤波电路所使用的是不控制元件，对电网影响较少，同时，以软启动过程所实现可防止潮涌电流的产生。

2.2主电路的选型

开关电源的电路拓扑结构众多，其中正激式、反激式和半桥型适合小功率电源使用，全桥型适合大功率电源使用，其中正激电路又可以分单管正激和双管正激等多种。电路形式的最终确定，需要根据设计任务书和实际应用场合的具体情况来确定。

一般来说，功率很小的电源（1-100W），采用电路简单、成本低的反激型电路较好；当电源功率在100W以上且工作环境干扰很大、输入电压质量恶劣、输出短路频繁时，则应采用正激型电路；对于功率大于500W、工作条件较好的电源，则应采用半桥或全桥电路较合理；如果对成本要求比较严，可以采用半桥电路；如果功率很大，则应采用全桥电路；推挽电路通常用于输入电压比较低、功率较大的场合。充电机的核心部分是DC/DC功率变换电路。DC/DC变换器一般可分为自激式和他激式两种。自激式变换电路输出功率较小，频率不易控制，只用于较小故在此只介绍他激式变换电路，在他激式变换电路中，开关管的控制信号是由可调频率的震荡器给出的。下面对它激式变换电路的组成部分分别加以说明。

目录

摘要I

AbstractII

第一章绪论1

1.1PWM技术历史和现状1

1.2高频软开关逆变式充电机2

第二章主电路的设计3

2.1整流滤波电路3

2.2主电路的选型4

2.3软开关技术的基本概念6

2.4软开关技术的提出与发展7

2.5工作过程分析9

2.6全桥型电路的主电路元气件参数的确定12

2.7输出滤波电路的设计16

第三章滤波电路和主电路的计算18

3.1滤波电感18

3.2滤波电容19

3.3开关器件的设计20

3.4主电路设计的具体计算22

3.5驱动电路的设计27

第四章控制电路的设计及保护电路的实现31

4.1控制方案的确定31

4.2PWM信号的产生33

4.3移相及互锁电路36

4.4开关信号的产生38

4.5恒流控制电路的设计39

4.6调节器电路的设计41

4.7保护电路设计42

第2篇

1.1电机型号规格。电机型号：ZC493/440；功率：500/350kW(发电机规格、轴输入功率)；额定电压：660V额定电流：758/530A；额定转速：1100/2500r/min；励磁电压：220V(他励)；过载倍数1.5；功率：470/329kW(电动机规格、轴输出功率)；额定电压：660V；额定电流：758/530A；额定转速：1020~2500/1040~2500r/min；励磁电压：220V(他励)；过载倍数1.5。

1.2电磁设计。由于该电机主要用于发电运行，因此应参照发电机相关设计规格进行电磁计算。同时由于电机热参数通常很高，相应的轴向散热要求很验证达标，要想解决这一难题，从而改善通风散热情况，优先选择相应的通风沟结构为9段分形式的通风沟，且每段为8厘米长。

2结构设计

2.1外形与总体。本文高速直流电机的设计主要是针对其要用于拖动立式水轮机进行高水头水力性能实验，因此设计为立式结构。

2.2定子设计。通常情况下高速直流电机的供电电源采取静止整流供电，要想适应运转负荷的高变化频率等要求，相应的定子机座会采用叠片机座的形式。做为重要零部件的主换向极冲片的厚度应为1毫米的Q235钢板冲制而成，而主极线圈的选择应为聚酯亚胺漆包线QZYB-2/155，从而达到加大主极线圈与换向极线圈之间间隔的效果，这更有利于电机的散热。

2.3电枢设计。将0.5毫米厚的厚DW310-50无取向冷轧硅钢片进行冲制，制得电枢冲片。同时，电枢铁心为无纬带绑扎固定绕组结构，这种结构可以有效的降低电枢槽高。采取径向通风方式进行电枢通风。电枢线圈的结构采用用单叠异槽和均压线形式，同时由于在电机进行高速转动时，换向片在较大离心力的作用下十分容易发生变形，故换向器采用绑式结构。换向片及整体升高片所使用的制造材料均为银铜梯排。

2.4轴承。上轴承采用7022A单列向心推力球轴承(其脂极限转速为3600r/min)，由定子机座承担转子全部重量。下轴承采用6024C3单列向心球轴承，起导轴承作用及卧式试验时承受双向轴向力。因电机为立式安装，为防止轴承漏油，油脂粘到换向器护环使碳粉堆积。轴承采用三层毛毡密封，有效防止漏油。

2.5通风。要想解决电机通风散热问题，提高电机相应的运行质量及测试准确度，在对电机进行通风设计时，在电机的上部置有4个出风品，且每个通风口都安装有径向出风防破损装置。同时使用两台LKW355S-4低噪音音风机鼓风，共同构成风冷相应的电机风冷系统。鼓风机拖动电机中心到电机中心距离约950毫米。风机出风口装一风筒，风筒与电机进风口距离为3到5毫米。

3结束语

第3篇

关键词：直流电源后备系统多微控制器充电机

直流电源后备系统是各类电厂、变电站、电站等必备的。其主要功能是作为主电源的替代电源，当主电源突然中断后，给关键主控设备、故障监测系统、故障保护系统等提供动力电。它可以包括多个蓄电池组，每组可有多达一百多只铅酸或其它种类的蓄电池，容量可达2000安时以上。

成套的无人值守、免维护直流电源系统由蓄电池组、充电浮充电装置、电池监测(容量及电压)装置、绝缘监测装置、交流监测装置、硅链调压装置、一系列遥控开关、保护子系统以及将这些装置连接成一个整体的工业通信网络和中央控制器组成。上述装置(除中央控制器之外)均可有多套。通信网络采用RS485接口，为了提高现场抗干扰的能力，RS485接口应采用带光隔离型的，也可采用工业现场总线如CAN总线、LonWorks等。中央控制器具有带汉字液晶显示的人机接口，一方面能通过通信网络与各子系统(装置)进行双向通信，取得其运行的实时数据，并对这些设备进行遥控、遥调；另一方面还与电站综合自动化系统相连，将整个直流系统的信息传递至这些更高层的系统。系统结构图如图1所示。

在这些装置中，充电浮充电装置(即智能充电机)无疑占据极其重要的地位，其作用在于提供智能充放电流程控制，自动补充蓄电池因事故放电和合闸操作而损耗的电能，从而使蓄电池组始终处于最佳的蓄能状态，保证直流后备电源系统的可靠性。

1蓄电池充放电控制流程及智能充电机的功能设计

直流电源系统中的蓄电池在系统运行过程中可能会遇到各种运行状态，如交流中断导致的放电，以及长时间运行过程中由于内部化学反应而造成的自放电损失等。为了保证电池的容量，必须以一定的控制流程对蓄电池进行充电控制。

图2是原电力部负责组织制定的微机控制直流电源系统运行程序的示波图。从图中可知，铅酸蓄电池的充电流程由以下几个部分组成：

(1)启动阶段

为了避免电压突变对电池造成冲击，上电时，充电电压必须平滑地上升，在十几秒钟以后达到给定值。此阶段称为软启动阶段，充电机应该实现恒流控制。

图2

(2)0.1C10A恒流充电

软启动结束后，充电机以0.1C10A的电流对电池进行恒流充电。此时，电池的端压将逐渐上升。当端压上升至2.35×n(n为电池个数)时，恒流充电结束，转为下一阶段。

(3)均充阶段

此阶段为恒压控制，给定值为2.35×n。此时充电电流将逐渐减小，当电流减小到0.01Cl0A时，计时系统开始计时，当计完“均转浮设定时间”后(此时间可调，范围为0～72小时)，系统进入下一阶段——浮充阶段。

(4)浮充阶段

此阶段也为恒压控制，但其电压给定值为2.25×n。浮充阶段经过一个可设定的“活化时间”后(1～3个月)，系统重新回到上述第(2)阶段。

(5)交流中断与恢复供电

当电网的交流中断以后，蓄电池放电给系统以提供后备电源。当交流系统恢复供电以后，充电机自动对电池进行恒流充电，也回到上述第(2)个阶段。

综上所述，智能充电机实现的功能如下：

(1)对蓄电池进行完整的充放电控制。

(2)所有的控制参数均可由用户设定，包括均充、浮充电压给定、恒流充电电流给定、均充转浮充时间、活化时间等。

(3)完善的报警保护功能，包括交流中断、缺相、过压、过流、短路等。

(4)RS485通信接口及相应的通信协议，包括提供上位机远控功能。

(5)恒压恒流精度可达±1%，纹波系数在1%以下，功率因数及效率也可达到用户给定的指标。

(6)温度对蓄电池充电特性有一定影响，因此需具备温度补偿功能。

2智能充电机的硬件设计

本充电机采用可控硅三相全控桥的相控整流主电路型式。

本系统的特点是控制精度要求较高、任务较多，为了提高硬件可靠性，系统采用了多微控制器(单片机)的设计。

系统整个运行任务按功能独立性及负荷均匀的原则大致可分为以下四个大的子任务：同步脉冲产生、移相触发脉冲生成、流程控制及恒压恒流算法实现、接口及串行通信等。这些任务由一两块单片机完成是不可能的，为此使用四块单片机，每块单片机完成上述的一个子任务，各单片机之间通过硬件握手信号及共享RAM存储器来通信。图3是这些单片机的联系逻辑图。

同步单片机完成同步脉冲的产生，包括相序的判定、缺相的判定等，从而使系统达到不认相序无需调整的要求。

触发单片机完成6个触发脉冲的产生与分配(根据相序信号及来自于控制单片机的单相导通信号来判定)。

图5

人机接口单片机所扩展的功能电路单元较多，其原理框图如图4所示。

首先是温度采样。由于电池柜与控制器相距可达百米，因此采用温度电流传感芯片AD590。AD590输出一个与绝对温度值成正比的电流信号。由于其具有高阻抗的恒流源输出特性，因此对长线阻抗不敏感，同时也能抗现场干扰。温度采样电路如图5所示，图中的两个电位器可以对零点和满刻度进行校正。

由于蓄电池数目较多，所占面积也较大，因此使用三只均匀放置的AD590，将它们并联，所得测量结果为三点温度的平均值。

显示接口采用两片串行的7219LED显示驱动芯片，并扩展4x4位的LED数码管显示及若干LED发光指示灯。7219可自动完成LED数码管动态扫描的显示控制。

日历时钟芯片12C887提供充电流程控制所需要的日期时间标尺，同时其片内近128Byte的不掉电内存单元还可用于不掉电存储控制参数。

DSl609是一个双口RAM，共256Byte。在本系统中，它作为人机接口单片机与控制单片机的共享内存，传递公用信息。防止两个单片机同一瞬间对1609同一单元进行读写而造成冲突是应用的关键，系统采用信号邮箱的方式解决这一问题，如后所述。

控制单片机的接线较为简单，主要是为触发单片机输出单同步移相触发信号。

3软件设计

限于篇幅，仅讨论接口单片机与控制单片机的软件设计。接口单片机的软件较为复杂，整个软件运行受两个中断源驱动：一是主同步信号外中断，另一个是串行口中断。整体软件是一个多任务后台切换的结构，任务包括电压电流采样、键盘扫描、与1609通信、采样值的标度变换、采样值的显示、报警处理、温度的采样与显示、判断是否接收到完整的串行通信数据与命令帧、串行通信命令帧解释等。在每个主同步信号外中断发生后，接口单片机必须完成前四个任务，其它不太急切的任务则由主控程序轮流挑选一个激活执行，激活的唯一依据就是次序。

对共享内存的读写使用了几个信号量标志，如表1所示。

表1对共享内存的读写所使用的信号量标志

符号意义逻辑

Leftmsgchg左单片机写入新的信息左置右清

Fetchingleftmsg右单片机正读取1609信息右置右清

Rightmsgchg右单片机写更新了的信息右置左清

Fetchingrightmsg左单片机正读取1609信息左置左清

上表中，左单片机指的是接口单片机，右单片机指的是控制单片机，所谓“左置右清”指的是标志是由接口单片机置位，由控制单片机复位。

左单片机读1609共享信息的流程图如图6所示。

可以证明通过对以上四个标志的运用，可完全避免对共享内存单元的读写冲突。

控制单片机的主要任务是完成控制算法并输出控制量，其软件的运行是受每20ms一次的同步脉冲带来的外中断驱动的。恒压恒流算法采用抗微分饱和的PID算法。由于控制量输出的是一个移相角，此角度是由片内定时器D(t0)的定时时间决定的。根据89C52定时器的定时时间常数与主频(11.059MHz)的关系可以推算得:定时常数=216-921.6×1/18×α(度)=216-51.2×α(度)。