单相异步电动机.docx
- 文档编号:7664107
- 上传时间:2023-01-25
- 格式:DOCX
- 页数:30
- 大小:257.53KB
单相异步电动机.docx
《单相异步电动机.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《单相异步电动机.docx(30页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
单相异步电动机
中文摘要
单相异步电动机又称为单相感应电动机.单相异步电动机在使用可结合单片微型计算机,单片微型计算机(简称单片机)作为微型计算机的一个很重要的分支,自它诞生以来至今,以其极高的性能价格比以及一系列人所共识的优点,受到越来越多的工程技术人员的重视。
现在,单片机已广泛地应用在智能仪器仪表、机电设备过程控制、自动检测、家用电器和数据处理等各个方面。
本文在分析研究了单相异步电动机和单片机的发展及趋势的基础上,以方便,实用,可靠,经济等设计原则为目标,设计了一种基于AT89C51单片机的单相异步电动机调压调速装置。
本控制系统的应用场合非常广泛,因为它具有结构简单、价格低廉、运行可靠、噪声低、振动小、维护使用方便等一系列优点。
它与同容量三项异步电动机相比较,体积稍大,性能稍差,因而多制成微型和小型.近年来单相异步电动机应用范围越来越广,不仅产量增加,品种增多,而且已向高力能指标,整马力系列电机发展。
关键词单相异步电动机;AT89C51;家用电器;调压调速
Abstract
Thesingledissimilitudetreadstheelectricmotorandiscalledthelisttorespondtheelectricmotormutually.ThesingledissimilitudetreadtheelectricmotorandcancombinetheSingle-ChipMicro-Computeratuse,theSingle-ChipMicro-Computer(callSingleChipMicrocomputer)isaveryimportantbranchofthemicrocomputer,bearingfromituptonow,withitsveryhighfunctionpricecompareandaseriesofpersonconsensusofadvantage,bevaluebymoreandmoreengineeringtechnicalpersonnels.Now,SingleChipMicrocomputerisalreadybroadlyappliedtogiveorgetanelectricshocktheequipmentsprocesscontrol,automaticexamination,homeappliancesanddatastohandleetc.intheintelligenceinstrumentappearance,machineeachaspect.
ThistextinanalyzingtostudythesingledissimilitudetotreadtheelectricmotorandthedevelopmentofSingleChipMicrocomputerandthefoundationofthetrends,withtheconvenience,practical,credibility,economyetc.thedesignprinciplefortarget,designakindofaccordingtoSingleChipMicrocomputerofAT89C51ofsingledissimilitudetreadstheelectricmotortoadjusttopresstoadjusttoequipsoon.
Thiscontrolsystemcouldbeusedinmuchmechatronicsequipmentandinwideareas,becauseithasthestructuresimple,thepriceischeapandcirculatescredibility,thenoiceislowandvibratessmall,supporttheconvenientseriesofadvantageofetc.ofusage.Itwithtreadtheelectricmotorwiththreedifferencesofcapacitytocompare,thephysicalvolumeisslightlybig,thefunctionisslightlybad,asaresultmakeintominiaturemoreandsmallscaled.Inrecentyearsthesingledissimilitudetreadstheelectricmotorapplicationmoreandmorewide,notonlytheyieldincrement,thespeciesincrease,andalreadytohighdintabilityindexsign,thewholehorsepowerserieselectricalengineeringdevelopment.
KeywordsThesingledissimilitudetreadstheelectricmotor;AT89C51;homeappliances;adjusttopresstoadjustsoon
目录
中文摘要………………………………………………………………………………
Abstract………………………………………………………………………………
1引言…………………………………………………………………………………
1.1单相异步电动机的基本结构………………………………………………
1.2单相异步电动机的工作原理和起动方法……………………………………
1.3本文的主要内容及结构……………………………………………………
2系统总体设计……………………………………………………………………
2.1系统总体规划………………………………………………………………
2.2系统内核单片机………………………………………………………………
2.2.1单片机的概念及特点……………………………………………………
2.2.2AT89C51单片机简介……………………………………………………
2.2.3AT89C51单片机的性能简介…………………………………………
3系统硬件电路设计………………………………………………………………
3.1三速单相电动机调速的原理………………………………………………
3.2同步电路设计………………………………………………………………
3.3测速电路设计………………………………………………………………
3.4触发脉冲的形成与功放输出电路设计……………………………………
3.5检测电路设计………………………………………………………………
3.6显示电路设计………………………………………………………………
4系统软件设计……………………………………………………………………
4.1软件的总体设计及设计原则………………………………………………
4.2系统主程序………………………………………………………………
4.3中断子程序………………………………………………………………
4.4软件定时器1中断子程序………………………………………………
4.5软件定时器2中断子程序………………………………………………
4.6液晶显示程序………………………………………………………………
结论………………………………………………………………………………
致谢………………………………………………………………………………
参考文献…………………………………………………………………………
附录………………………………………………………………………………
A1.1
1引言
1.1单相异步电动机的基本结构
单相异步电动机有两个基本部分组成:
固定部分——定子;转动部分——转子。
图1-1(a),(b),(c)为单相笼型异步电动机的外观图。
定子有定子铁心、定子绕组、机座等部分组成。
定子铁心是电机磁路的一部分,一般由0.5mm厚的硅钢冲片叠压而成,用压圈及扣片、铆钉或铆扣结构固紧,各冲片之间互相绝缘,以减少涡流损耗。
定子绕组一般为两相绕组,即主绕组和副绕组,主、副绕组的轴线在空间一般相隔90°电角度。
为了改善性能,有时把两相绕组的轴线设计成非正交的。
定子绕组是由带有绝缘的高强度漆包导线绕制而成的。
定子绕组型式常为单层、双层、单双层绕组和正弦绕组。
正弦绕组可以减小磁势谐波。
定子绕组的绝缘等级为E级或B级。
机座主要用来支承定子铁心和固定端盖,机座有铸铁、铸铝和钢板结构等几种。
铸铁机座为了增加散热面积(封闭式电机),外表面通常有散热筋。
铸铝机座往往不带散热筋,而常有加强筋或装饰筋。
钢板机座用1.5—2.5mm厚的薄钢板卷制、焊接而成。
有的专用电机的机座,与通常的电机机座有较大差异。
如洗衣机电机,它没有机座,端盖直接与定子铁心连接,并通过端盖固定。
再如电冰箱电机,它与压缩机组装在一起并密封在压缩机罐里。
为了保证定子在转子内自由转动,定、转子之间必须有一空气隙,空气隙的大小直接影响到电机的性能,单相异步电动机的空气隙一般为0.2—0.5mm。
转子由转子铁心、转子绕组、转轴和风扇等部分组成。
转子铁心和定子铁心一样,也是由0.5mm厚的硅钢冲片靠铸铝鼠笼与端环固紧,并采用转轴滚花或热套工艺,把转子铁心直接套在转轴上而成的。
转子绕组一般采用笼型绕组,通常用铝压铸或离心浇铸而成。
(a)
(b)
(c)
图1-1单相笼型异步电动机的外观图
转轴用来支承转子并通过它带动负载机械。
风扇用来加强电机的通风散热,一般由改性聚丙烯注塑而成。
单相异步电动机的其它结构部件有端盖、轴承、离心开关等。
端盖与机座相对应地有铸铁、铸铝和钢板拉伸三种。
根据安装形式的要求,有的前端盖带有大凸缘或小凸缘和其它形状的安装等。
轴承有滚动轴承和含油滑动轴承两种。
电机采用专用滚动轴承,其径向间隙比普通轴承小,用符号Z标志。
为了减少轴承噪声,通常采取控制轴承和轴承室、轴承和轴的公差配合尺寸,加装波形弹簧圈等措施。
含油滑动轴承分球形和圆柱形两种,球形有自定位作用,圆柱形对电机同心度要求很高,但噪声比球形的小。
除电容运转单相异步电动机外,单相电动机在起动过程中,都需要借助启动开关,当转子转速达到75—80%的同步转速时,才切除起动绕组(副绕组),或起动电容器,常用的起动开关是离心开关它由离心器与开关两部分组成,离心器装在转轴上,开关装在端盖上,当电动机静止时,开关触点处于常闭状态;当电动机起动后离心器跟随转子旋转至转速达到一定值时,离心器上的离心块由离心力来克服弹簧力,并通过动件打开开关的常闭触点,将副绕组和起动元件回路断开。
除了普通应用的离心开关之外,还有电流、电压起动继电器,正温度系数热敏电阻起动元件(PLC元件)和电子起动装置等。
有些专用电机,如单相潜水电泵,电冰箱压缩机电机等,由于位置有限,环境限制,或由于双电压,双转速等原因,不便安装离心起动开关,因此采用电流起动继电器、PLC元件和电子起动装置等。
1.2单相异步电动机的工作原理和起动方法
1.2.1单相异步电动机的工作原理
单相异步电动机仅仅是指由单相交流电源供电的异步电动机,并不表示电机的定子上只有一组绕组,因为这种异步电动机不能产生起动转矩,为了产生启动转矩,单相异步电动机的定子上必须有两套绕组。
一个称为主绕组(又叫工作绕组),另一个称为副绕组(又叫起动绕组或辅助绕组);二者共同产生旋转磁场,在转子上产生转矩,用以起动电动机。
当单相正弦交流电通过定子绕组时,就在绕组的轴线方向上产生一个交变的脉动磁场。
空气隙中各点的磁感应强度B在时间上随交变电流按正弦规律变化,而在某一瞬间,空气隙中各备点的磁感应强度B又按正弦规律分布,如图1-2所示。
可见,单相感应电动机中的磁场和三相感应电动机中的磁场是不同的,前者是一个静止的脉动磁场,后者是一个旋转磁场。
但我们仍可以用三相感应电动机的工作原理来分析单相异步电动机。
(a) (b) (c)
图1-2单相异步电动机的脉动磁场
(a)动磁场的产生 (b)单相定子电流 (c)不同瞬间空气隙中磁感应强度的分布
为了便于分析,可以将这种静止的交变脉动磁场分解为两个旋转磁场,它们以同一转速n。
在相反的方向旋转(n。
=土60f/P)。
两个旋转磁场的磁感应强度的幅值相等,且等于脉动磁场的磁感应强度幅值的一半。
两个旋转磁场在任何瞬间的合成磁感应强度,就等于脉动磁场在同一瞬间的磁感应强度图1-3所示。
在t=0时,两个旋转磁场转到相反的位置,故它们在轴线方向上的合成磁感应强度B=0,此时绕组中的电流为零。
到
时,
和
按相反方向各自在空间转过
的空间角度,它们在轴线方向上的合成磁感应强度为
在
时,
和
各自在相反方向转过
的空间角度,且正好旋转到轴线方向,它们在轴线方向上的合成磁感应强度为
由此可知,在任何瞬时
时,轴线方向上的合成磁感应强度应为
显然,这是一个随时间变化的脉动磁场。
图1-3脉动磁场分解为两个转动方向相反的旋转磁场
如果电动机的转子是静止的,即
,则分解成的两个转向相反的旋转磁场,分别在转子中感应出大小相等、方向相反的电动势和电流。
因此,产生的电磁转矩也必然大小相等,方向相反,故互相抵消,合成转矩为零。
即单相感应电动机没有起动转矩。
这是它的特点,也是它的缺点之一。
但是,如果将电动机的转子顺时针或逆时针方向推动一下,那么电动机转子就会在推动方向继续旋转下去。
这是因为顺时针方向推动时,
,顺时针方向旋转磁场产生的电磁转矩T’大于逆时针方向旋转磁场产生的电磁转矩T”,其合成转矩T>0,于是电动机在顺时针方向继续转动。
同理,逆时针方向推动时,
,T”>T’,合成转矩T<0,电动机就在逆时针方向继续转动。
可见单相感应电动机的转子一经转动,就会在电磁转矩的作用下不停地旋转起来。
单相感应电动机的机械特性如图1-4所示。
1.2.2起动方法
由于单相异步电动机没有起动转矩,若依靠外力起动,实际上是不可取的,因此要用某种特殊起动装置,使电动机能自行产生起动转矩。
单相感应电动机常用的起动方法有分相起动法和罩极法。
容量较大或要求起动转矩较高的单相感应电动机常采用分相法。
1.2.2.1电容分相式单相异步电动机
要获得起动转矩,必须在单相异步电动机内形成旋转磁场,为此在它的定子上除了工作绕组U1U2外,还需要有一个起动绕组QlQ2,工作绕组和起动绕组在空间互差90˚放置,起动绕组与电容C串联,经离心开关S与工作绕组U1U2并联到单相电源上,如图1-5所示。
如果电容选得适当,则可使起动绕组中的电流i2比工作绕组中的电流i1在相位上超前90˚。
在空间互差90˚的两个绕组,分别通入在相位上相差90˚的正弦电流,就产生了一个旋转磁场,下面用图1-6分析两极旋转磁场的形成过程。
图1-4单相异步电动机的
曲线 图1-5电容分相式单相异步电动机
(a) (b)
图1-6两相电流产生的旋转磁场
(a)两相电流 (b)两相旋转磁场
由图1-3很容易看出两相电流所产生的合成磁场是在空间旋转的。
在旋转磁场的作用下,电动机的转子就会转动起来。
单相感应电动机在起动后,若把起动绕组去掉,电动机仍能继续旋转,故通常在这种单相感应电动机内装一离心开关,当电动机起动后,待转速接近额定转速时,借助离心力的作用把开关S断开,使起动绕组自动切除,于是电动机只靠工作绕组运行。
除用电容来分相外,也可以与起动绕组串联适当的电阻(或起动绕组本身的电阻比工作绕组大很多),这样,工作绕组中的电流比起动绕组中的电流滞后,也可以产生一个旋转磁场使电动机起动。
但起动转矩要比电容分相的起动转矩小些。
三相异步电动机接到电源的三根导线中由于某种原因断开了一根线,就成为单相电动机运行。
如果起动时就断开了一根线,则不能起动,只听到嗡嗡声,这时电流很大,时间长了,电动机会被烧坏。
如果在运行中断了一根线,则电动机将继续转动,若此时还带动额定负载,其他两相电路中的电流将超过额定电流,时间一长,也会使电动机烧坏。
因此,在实际工作中必须特别注意三相感应电动机在运行时有无发生一相熔丝烧断现象,一船要采取自动保护措施。
1.2.2.2罩极式单相异步电动机
图1-7是一种罩极式单相异步电动机的结构示意图.它的结构特点是定子铁心做成凸极式,在它的上面绕有集中绕组,极面上一部分开有小槽,以便嵌进短路铜环,这环罩住约1/3~1/4的极面,这部分磁场叫被罩部分,其余部分叫未罩部分,如图1-7(b)所示。
(a) (b)
图1-7罩极式单相感应电动机
图1-8罩极电机磁通
定子绕组通入单相交流电后,即产生脉动磁场,这个磁场在空间被短路环分为两部分.其中一部分磁通设为
,穿过极面未罩部分,另一部分磁通
电穿过短路环被罩部分,这两部分磁通极轴位置不同,在空间差一个
角。
由于通入的电流是交变的,所以磁通也是交变的。
根据电磁感应定律知道,短路环内要产生感应电动势,该电动势产生的电流总是阻碍磁通的变化。
如果
减小,电流与之同向以阻止
减小;如果
增加.则电流与之反向,以阻止
增加,因此罩极的作用是使通过罩极的磁通在时间上滞后于未罩磁通,以便产生起动转矩,如图1-8所示。
图1-9罩极磁场的移动
图1-9是图1-8的简单分解图,其中磁通与图1-8对应,现任取若干瞬间看,如
瞬间
,
;
瞬间
,
;
瞬间
,
;
瞬间
,
;由这些瞬间磁通变化过程足以看出:
随着电流的变化,时间的延展,磁极铀从未罩部分向被罩部分转移,即产生了一个移动的磁场,这个移动的磁场因与笼型转子相互作用产生起动转矩而使转子转动。
罩在磁极上的短路环起了起动绕组的作用。
转子的转向取决于短路环在磁极上的安装位置,在图1-9所示的情况下,转子从未罩部分向罩起部分顺时针方向旋转。
罩极电动机的起动转矩较小,效率较低,但它的结构简单,工作可靠,维护方便,价格低廉,广泛应用于起动转矩要求不高的设备中,如电风扇、电唱机、吹风机以及电子仪器的通风设备中。
1.3本文的主要内容及结构
本文分六章对课题进行详细论述。
第一章引言。
简要介绍单相异步电动机。
第二章系统总体设计。
对系统进行总体规划,并简要介绍AT89C51单片机。
第三章系统硬件设计。
设计单片机外围硬件电路,包括同步电路、测速电路、功放输出电路、检测电路及显示电路。
第四章系统软件设计。
基于系统硬件电路对其进行软件编程。
第五章系统可靠性及抗干扰。
从硬件、软件两方面分析干扰因素并给出相应抗干扰措施。
第六章结论。
2系统总体设计
2.1系统总体规划
单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容:
一是系统扩展,即单片机内部的功能单元(如ROM、I/O、定时/计数器等)容量不能满足应用系统的要求时,必须在片外进行扩展,选择适当的芯片,设计适当的电路。
二是系统配置,即按照功能要求配置外围设备如显示器、D/A转换等,要设计合适的电路。
系统的扩展和模块设计应遵循下列原则[4]:
(1)尽可能选择标准化、模块化的典型电路,提高设计的成功率和结构的灵活性。
(2)系统的扩展与外围设备配置的水平应充分满足应用系统的功能要求。
(3)硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。
考虑的原则是:
软件能实现的功能尽可能由软件来实现,以简化硬件结构。
但必须注意,由软件实现的硬件功能,其响应时间要比直接用硬件响应来的长,而且占用CPU时间。
(4)整个系统中相关的器件要尽可能做到性能匹配。
(5)可靠性及抗干扰性设计是硬件系统设计不可缺少的部分,它包括芯片、器件选择,去耦滤波等。
(6)单片机外接电路较多时,必须考虑其驱动能力。
驱动能力不足时,系统工作不可靠,解决的办法是增加驱动能力,增设线驱动器或减少芯片功耗,降低总线负载。
(7)系统的扩展及各功能模块的设计在满足系统功能要求的基础上,应适当留有余地,以备将来修改、扩展之需。
(8)在考虑硬件总体结构的同时要注意通用性的问题。
基于以上原则,系统采用AT89C51单片机。
整个系统的总体框图如图2-1所示。
图2-1整个系统的总体框图
2.2系统内核单片机
2.2.1单片机的概念及特点
单片机(SingleChipMicrocomputer)国际上统称为微控制器(Microcontrollor,MCU),就是把中央处理器CPU,随机存取存储器RAM,只读存储器ROM,输入/输出端口I/O等主要的计算机功能部件,都集成在了一块集成电路芯片上,从而形成一部完整的微型计算机。
单片机的设计目标主要是增强控制能力,即满足实时控制(就是快速反应)方面的需要。
单片机除了具备体积小,价格低,性能强,速度快,用途广,灵活性强,可靠性高等优点之外,与通用微型计算机相比,它在硬件结构和指令设置上还具有其独特之处:
(1)存储器ROM和RAM严格分工
ROM用作程序存储器,只存放程序,常数和数据表格;而RAM用作数据存储器,存放临时数据和变量。
这样的设计方案使单片机更适用于实时控制(或称为现场控制或者过程控制)系统。
配置较大的程序存储空间ROM,将已调试好的程序固化(或称烧写)其中,不仅掉电时程序不丢失,还避免程序被破坏,从而确保了程序的安全性。
实时控制仅需容量较小的RAM,用于存放少量随机数据,这样有利于提高单片机的操作速度。
(2)采用面向控制的指令系统
在实时控制方面,尤其是在“位”操作(操作对象就是一个比特位,也就是二进制数的一位)方面单片机有着不俗的表现。
(3)I/O端口引脚通常设计有多种功能
为了减小单片机的体积,芯片封装的引出脚受到限制;为了解决I/O引脚数少而实际需要信号功能种类多的矛盾,采用了将多项功能“复合”到一条引脚上的作法,即“一脚多能”。
(4)品种规格的系列化
属于同一个产品系列的,不同型号的单片机,通常具有相同的内核,相同或者兼容的指令系统.其主要的差别仅仅在于片内配置了一些不同种类不同数量的功能部件或模块,以适用不同的被控对象。
(5)单片机的硬件功能具有广泛的通用性
同一种单片机可以用在不同的控制系统中,只是其配置的软件不同而已。
2.2.2AT89C51单片机简介
AT89C51单片机与Intel80C51单片机在引脚排列、工作特性、硬件组成、
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 单相 异步电动机