调研报告-异步电动机软起动控制系统的硬件设计

第一篇：调研报告-异步电动机软起动控制系统的硬件设计

大连交通大学信息工程学院2011届本科生毕业设计（论文）实习（调研）报告

调研报告

当向三相定子绕组中通过对称的三相交流电时，就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场，由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势（感应电动势的方向用右手定则判定）。由于转子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感应电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用（力的方向有左手定则判定）。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场的方向旋转。

通过上述分析可以总结出电动机工作原理为：当电动机的三相定子绕组（各相差120度电角度），通入三相对称交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。课题的来源及意义

随着电力电于技术的发展，人们想到了利用变频技术达到软起动的目的，因为变频启动能使启动更平稳，电流冲击更小，产生的电流谐波更小，转矩达到电机的最大转矩，从而保护了拖动部分。在启动过程中。可始终保持电流为允许的最大值，能使拖动系统用尽可能大的加速度起动，到达稳态频率和转速后，又让电流立即降低下来，转矩与负载平衡，从而进入稳态运行。所以，变频式软启动具有限流启动、相序自动跟踪、软开关，以及过压、欠压、过热等保护功能。电动机特别是大容量的电动机起动时的电流是额定电流的5-7倍，软起动通常是以减少起动电流，加长起动时间为目的。

近年来，对电动机的软起动控制方式有串电阻启动，星——三角启动，自藕变压器起动，降电压启动等等。然而，它们都有各自的弊端，比如：串电阻起动会消耗大量的电能，而降电压起动会使电动机绕组的励磁过饱和或不足，从而影响电动机的正常运行。

本论文基于此提出了用变频器来控制电动机的起动过程，利用单片机的串行口对变频器的起动参数和运行参数进行传送和监测，最终完成软起动。

软起动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，国外称为Soft Starter。它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管及其电子控制电路。

运用不同的方法，控制三相反并联闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，就可实现不同的功能。

软起动器和变频器是两种完全不同用途的产品。变频器是用于需要调速的地方，其输出不但改变电压而且同时改变频率，软起动器实际上是个调压器，用于电机起动时，输出只改变电压并没有改变频率。但是现在变频器的价格就要比软起动器的价格高得多了。

运用串接于电源与被控电机之间的软起动器，控制其内部晶闸管的导通角，使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升，直至起动结束，赋予电机全电压，即为软起动，在软起动过程中，电机起动转矩逐渐增加，转速也逐渐增加。软起动一般有下面几种起动方式。

斜坡升压软起动。这种起动方式最简单，不具备电流闭环控制，仅调整晶闸管导通角，使之与时间成一定函数关系增加。其缺点是，由于不限流，在电机起动过程中，有时要产生较大的冲击电流使晶闸管损坏，对电网影响较大，实际很少应用。

斜坡恒流软起动。这种起动方式是在电动机起动的初始阶段起动电流逐渐增加，当电流达到预先所设定的值后保持恒定（t1至t2阶段），直至起动完毕。起动过程中，电流上升变化的速率是可以根据电动机负载调整设定。电流上升速率大，则起动转矩大，起动时间短。该起动方式是应用最多的起动方式来实现，尤其适用于风机、泵类负载的起动。

阶跃起动。开机，即以最短时间，使起动电流迅速达到设定值，即为阶跃起动。通过调节起动电流设定值，可以达到快速起动效果。

脉冲冲击起动。在起动开始阶段，让晶闸管在级短时间内，以较大电流导通一段时间后回落，再按原设定值线性上升，连入恒流起动。该起动方法，在一般负载中较少应用，适用于重载并需克服较大静摩擦的起动场合。

软起动具有的保护功能有：过载保护功能，软起动器引进了电流控制环，因而随时跟踪检测电机电流的变化状况。通过增加过载电流的设定和反时限控制模式，实现了过载保护功能，使电机过载时，关断晶闸管并发出报警信号。缺相保护功能，工作时，软起动器随时检测三相线电流的变化，一旦发生断流，即可作出缺相保护反应。过热保护功能，通过软起动器内部热继电器检测晶闸管散热器的温度，一旦散热器温度超过允许值后自动关断晶闸管，并发出报警信号。其它功能，通过电子电路的组合，还可在系统中实现其它种种联锁保护。课题研究的主要内容

异步电动机的调压调速属低效调速方式，因为在调速过程中始终存在转差损耗，因此调压调速有很大的限制，不是任何一台普通的笼型电机加上一套晶闸管调压装置，就可以实现调压调速的。

首先必须改变电动机的外特性，新的外特性必须使电动机有一个宽广的稳定的调速

范围。一般要采用高转差率电机，交流力矩电机或在绕线式电机的转子绕组中串接电阻的方法，并且要加上转速闭环控制，才能进行稳定的调速。

其次是要将调速过程中由于转差功率引起的转子的温升很好地导出机外，才能实现长期稳定工作。这里可采取旋转热管结构，也可采取特殊风道冷却结构，都是行之有效的方法。

在电力电子技术高度发展的今天，变频调速装置的价格已不再昂贵的情况下，再考虑调压调速，似乎已无多大的现实意义了。课题的可行性分析

本次课题在以前《电力拖动自动控制系统》中有所涉及，而且网络和图书馆资源丰富，可以方便查到相关方面的文献、期刊、书籍和论文等，同时学院为我们提供安装有MATLAB/Simulink仿真软件的电脑机房，给予了我们很好的仿真环境，因此，从主客观方面课题都具有可行性。进度安排

第1周：实习调研，根据题目，查找课题相关资料文献，初步从整体上了解课题，并撰写调研报告。

第2周：学习相关资料，完成并上交不少于3000字的调研报告。

第3周：继续学习相关资料，开始翻译相关的外文文献。

第4周：继续学习相关资料，完成并上交不少于3000字的与研究内容相关的英文文章翻译。

第5周：阅读国内外有关异步电动机软起动控制系统的资料，掌握异步电动机软起动控制系统的组成、调压原理等，并在此基础上掌握控制方法。

第6周：阅读国内外有关步进电动机的资料，掌握软起动器的工作原理。

第7周：设计软起动控制系统的框图，掌握各部分原理。

第8周：设计软起动控制系统的主电路。

第9周：设计软起动控制系统的电压、电流、转速检测电路。

第10周：对软起动控制系统的同步信号采集和放大电路进行设计。

第11周：完善软起动控制系统的硬件电路，撰写毕业论文提纲，规划论文内容，并开始着手写毕业论文初稿。

第12周：整理材料，文件图标等，完成毕业论文的撰写，交指导教师审查。

第13周：论文修改，打印，装订成册，并提交。复习各种资料，准备答辩。

第14周：答辩，毕业论文成绩评定。参考文献

[1] 陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京：机械工业出社.2005

[2] 陈隆昌.控制电机[M].电子工业出社.2008

[3] 甘世红.褚建新.顾伟.高越农.张菊标.高压异步电动机软起动器的简化等效数学模

型和实验[J].电工技术学报.2006

[4] 王旭.李金香.ANSYS前处理器在大型水轮发电机电磁场计算中的应用[J].大电机技

术.2003

[5] 黄良沛.刘义伦.阳小燕.大功率电机平稳切换的理论探讨与方法研究[J].大电机技

术.2004

[6] 徐波.沈海峰.含不确定参数的永磁同步电机位置自适应控制[J].电机与控制学

报.2006

[7] 闫群民.三相异步电动机相间功率不对称现象分析及保护电路设计[J].电气传动自

动化.2006

[8] 孙礼朋.王田苗.刘敬猛.魏洪兴.基于DSP的网络化无刷直流电动机控制系统[J].电

子技术应用.2003

[9] 程小华.电路和电机理论中相量空间矢量的对比研究[J].防爆电机.2005

[10] Robert Bosch GmbH.Autoelektrik Systeme and Komponenten Braunschweig[J]

Vieweg & Sohn Verlag.2002

第二篇：模拟路灯控制系统设计报告

基于51单片机电子设计报告 模拟路灯控制系统

院 系：

电子通信工程

团 组：

姓 名：

指导老师：

目录

一、设计任务求„„„„„„„„„„„ 3

二、系统方案论证与选择„„„„„„„ 5

三、系统硬件的设计„„„„„„„„„ 8

四、系统软件的设计„„„„„„„„„10

五、参考文献„„„„„„„„„„„„12

六、结论„„„„„„„„„„„„„„13

附录„„„„„„„„„„„„„„„14

附录 1 程序代码„„„„„„„„„„„„14 附录 2 硬件原理图„„„„„„„„„„„20 附录 3 PCB图（部分）„„„„„„„„„„23

一、设计任务求

1）、任务

设计并制作一套模拟路灯控制系统。控制系统结构如图1所示，路灯布置如图2所示。

LED灯1输入、显示装置LED灯2单元控制器1单元控制器2支路控制器

图1 路灯控制系统示意图

LED灯240定位点404020MLED灯1S’4040ACBS

图2 路灯布置示意图（单位：cm）

2、要求

1．基本要求

（1）支路控制器有时钟功能，能设定、显示开关灯时间，并控制整条支路按时开灯和关灯。

（2）支路控制器应能根据环境明暗变化，自动开灯和关灯。

3（3）支路控制器应能根据交通情况自动调节亮灯状态：当可移动物体M（在物体前端标出定位点，由定位点确定物体位置）由左至右到达S点时（见图2），灯1亮；当物体M到达B点时，灯1灭，灯2亮；若物体M由右至左移动时，则亮灯次序与上相反。

（4）支路控制器能分别独立控制每只路灯的开灯和关灯时间。（5）当路灯出现故障时（灯不亮），支路控制器应发出声光报警信号，并显示有故障路灯的地址编号。2．发挥部分

（1）自制单元控制器中的LED灯恒流驱动电源。

（2）单元控制器具有调光功能，路灯驱动电源输出功率能在规定时间按设定要求自动减小，该功率应能在20%～100%范围内设定并调节，调节误差≤2%。（3）其它（性价比等）。

3、说明

1．光源采用1 W的LED灯，LED的类型不作限定。2．自制的LED驱动电源不得使用产品模块。

3．自制的LED驱动电源输出端需留有电流、电压测量点。4．系统中不得采用接触式传感器。

5．基本要求（3）需测定可移动物体M上定位点与过“亮灯状态变换点”（S、B、S’等点）垂线间的距离，要求该距离≤2cm。

二、系统方案论证与选择

根据题目要求，系统主要应包含电源模块、主控模块、实时时钟DS1302模块、1602显示模块、按键123模块、路灯LED 灯1和2模块、环境明暗变化检测光敏模块0、交通路况检测光敏模块1和

2、路灯故障检测激光位置检测传感器及光敏模块1和

2、出现故障蜂鸣器报警等组成，如图2 所示。

图2 1.系统控制模块方案的选择

方案一：采用SPCE061A 单片机进行控制。虽然SPCE061A 凌阳单片机具有强大功能的16 位微控制器，I/O 口资源丰富，存储空间大，能配合LCD液晶显示的字模数据存储。但是，它不是最常用的单片机，从而加大了使用和功能实现的难度，成本也较高。

方案二：采用STC89C52 单片机进行控制。该单片机具有IAP 功能，支持在线下载，内部集成了EEPROM，STC89C52 是我们比较熟悉的一种常用单片机，指令系统和AT89C51 兼容，价格便宜，容易购买。鉴于以上优劣分析，本设计采用方案二。2.时钟模块方案的选择

方案一：采用软件设计时钟，程序复杂，精度低，调试困难，占资源多，断电后时钟也停止运行。

方案二：采用时钟芯片DS1302，电路简单，时钟精度高，只要将时钟数据读取送显示即可，占资源少，具有后备电源接口，主电源断电后时钟依然在低功耗状态下运行。鉴于以上分析，本设计采用方案二 3.显示模块方案的选择

方案一：采用数码管显示。由于本系统需要显示的数据比较多，采用LED 数码管需要用动态扫描，占用资源比较多，闪烁感强。方案二：采用1602LCD 液晶显示，显示内容丰富，画面稳定不闪烁，抗干扰能力强，且功耗很低，符合环保节能要求。

鉴于以上分析，本设计采用方案二。4.按键模块方案的选择

方案一：采用矩阵键盘，程序复杂，电路复杂，调试困难，占资源多。方案二：采用独立按键，电路简单，编程方便，占资源少；且独立按键能够满足本系统设计要求。鉴于以上分析，本设计采用方案二。5.判物模块方案的选择 方案一：采用红外对射的方式红外对射又叫“光束遮断式感应器”当光线被遮断时通过电路发出警报。红外线是一种不可见光，为非触性传感器，红外检测的优点是便宜，易制，安全，安装方便，隐蔽性好，缺点是精度低，距离近，方向性差，是工业中比较常用的一种判物传感器。

方案二：快超声波测距的优点是比较耐脏污，即使传感器上有尘土，只要没有堵死就可以测量，可以在较差的环境中使用，所以倒车雷达多半使用超声波，缺点是精度较低，检测物体位置需要设定阈值，测得数据不稳定，且成本较高。

方案三：激光传感器为非触性传感器，激光检测物体有没有通过某一位置时非常精确而且稳定，硬件电路简单方便，成本低廉适于本方案设计。

鉴于上面分析，本设计采用方案三。6.测光及故障检测模块方案的选择

系统采用廉价的光敏电阻模块可以检测周围环境的亮度和光强，灵敏度可调（图中蓝色数字电位器调节），数字开关量输出（0和1），设有固定螺栓孔，方便安装，作为测光及故障检测的传感器，效果很好。

三、系统硬件的设计

1.按键及显示模块

采用3 个独立按键和1 块1602 夜晶显示器，其中1个按键用于复位，1 个按键用于模式切换及确认，1 个按键用于设置调整开关灯时间，显示器用于显示年月日周几及系统实时时间、开关灯时间、路灯故障信息等。2.硬件设施搭建

LED灯240定位点404020MLED灯1S’4040ACBS

根据上图用泡沫板模拟道路、用led灯模拟路灯并且两路等间距为80cm、在灯杆顶部led灯旁安装光敏传感器模块——用以探测led灯的亮暗情况从而得知路况、定点S、B、S~等三处且在这三处路的正对两边安装激光收发器——用以探测有没有车辆通过、在定点S向A的反方向安装一个光敏传感器模块——用以检测周围环境的明暗变化。3.最小系统版设计

如下电路图所示，根据一下电路图设计出最小系统版及相关扩展电路。

四、系统软件的设计

软件设计的框图如下图所示：系统初始化后进入液晶LCD1602正常显示实时时间及年月日星期几、按按键0复位、按按键1进入相关设置。流程图如下所示

11

五、参考文献

[1] 康华光.电子技术基础模拟部分（第五版）.高等教育出版社，2005年.[2] 阎 石.数字电子技术基础（第五版）.高等教育出版社，2005年.[3] 刘爱华 满宝元.传感器原理与应用技术.人民邮电出版社，2011年.[4] 马 彪.单片机应用技术.同济大学出版社，2010年.[5] 郭天祥.51单片机C语言教程.北京: 电子工业出版社，2012年.[6] 刘建清.轻松玩转51单片机C语言.北京航空航天大学出版社，2011年.[7] 彭 伟.单片机C语言程序设计实例100例.北京: 电子工业出版社，2011年.六、结论

此方案的系统设计符合2009年全国大学生电子设计竞赛试题（I题）的要求，是一个低成本，高可靠性的解雇方案，经过功率扩大、电网通讯等方面的改良，可以用于实际路灯控制。附录„„„„„„„„„„„„„„„

附录 1 程序代码

*----------------名称：LCD1602.h 论坛：www.xiexiebang.com(unsigned char com);void LCD_Write_Data(unsigned char Data);void LCD_Clear(void);void LCD_Write_String(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char *s);void LCD_Write_Char(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char Data);void LCD_Init(void);#endif

*----------------名称：DS1302.h 论坛：www.doflye.net 编写： 日期：2012.8 修改：

内容：

-----------------*/ #ifndef __DS1302_H__ #define __DS1302_H__

#include #include

sbit SCK=P1^4;

sbit SDA=P1^5;

sbit RST=P1^6;//复位脚

#define RST_CLR RST=0//电平置低 #define RST_SET RST=1//电平置高

//双向数据

#define IO_CLR SDA=0//电平置低 #define IO_SET SDA=1//电平置高 #define IO_R SDA //电平读取

//时钟信号

#define SCK_CLR SCK=0//时钟信号 #define SCK_SET SCK=1//电平置高

#define ds1302_sec_add 0x80 #define ds1302_min_add

0x82 //秒数据地址

//分数据地址 #define ds1302_hr_add

0x84 //时数据地址 #define ds1302_date_add

0x86

//日数据地址

#define ds1302_month_add 0x88 //月数据地址 #define ds1302_day_add

0x8a //星期数据地址 #define ds1302_year_add

0x8c

//年数据地址

#define ds1302_control_add 0x8e //控制数据地址 #define ds1302_charger_add

0x90

#define ds1302_clkburst_add 0xbe

extern unsigned char time_buf1[8];//空年月日时分秒周 extern unsigned char time_buf[8];//空年月日时分秒周 /*-----------------

向DS1302写入一字节数据-----------------*/ void Ds1302_Write_Byte(unsigned char addr, unsigned char d);/*-----------------

从DS1302读出一字节数据-----------------*/ unsigned char Ds1302_Read_Byte(unsigned char addr);/*-----------------

向DS1302写入时钟数据-----------------*/ void Ds1302_Write_Time(void);/*-----------------

从DS1302读出时钟数据-----------------*/ void Ds1302_Read_Time(void);/*-----------------

DS1302初始化-----------------*/ void Ds1302_Init(void);#endif

*----------------名称：DELAY.h 论坛：www.doflye.net 编写： 日期：2012.8 修改：

内容：

-----------------*/ #ifndef __DELAY_H__ #define __DELAY_H__ /*-----------------uS延时函数，含有输入参数 unsigned char t，无返回值

unsigned char 是定义无符号字符变量，其值的范围是

0~255 这里使用晶振12M，精确延时请使用汇编,大致延时

长度如下 T=tx2+5 uS

-----------------*/ void DelayUs2x(unsigned char t);/*-----------------mS延时函数，含有输入参数 unsigned char t，无返回值

unsigned char 是定义无符号字符变量，其值的范围是

0~255 这里使用晶振12M，精确延时请使用汇编-----------------*/ void DelayMs(unsigned char t);#endif 附录 2 硬件原理图 如下图所示

附录 3 PCB图（部分）如下图所示

第三篇：开题报告-井用潜水异步电动机设计

开题报告

电气工程及自动化

井用潜水异步电动机设计

一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

1．我国电机设计的现状

随着社会生产的不断发展，我国的工农业需水量不断增大，而在农村、工厂、矿山、铁路、自来水公司、地热开发、油田和地质勘探等领域广泛应用的井用潜水泵则成为了抢手货。因而在近十几年全国诸多农机产品生产企业面临产品老化、减产、经济效益不断下降的形势下，井用潜水电泵却恰恰相反，其生产企业数量不断增加，产量以每年平均20%的速度增长，企业的经济效益不断提高。作为井用潜水泵的配套动力设备，井用潜水异步电动机的性能优劣则直接影响到泵的使用质量。自从80年代我国引进RITZ公司潜水电机制造技术起，并随后制订了国GB/T—2816

-91（即《井用潜水泵型式和基本参数》），我国国内潜水电机行业才开始进入一个全新的发展阶段。在JQS、YQS等系列新型的潜水电机相继研发并大量投放市场之后，我国国内潜水电机产量不仅满足了国内的需求，而且大量出口，相继打入了中东、非洲市场,并向美国、欧洲发展。

目前我国电机设计方法主要有两种：一是完全凭借人的计算能力，对电机的电磁参数进行校核计算，然后进行优化选择等，其最大的缺点就是要对电磁设计的百余个公式逐一进行计算，还要完成四个迭代计算，其涉及因素及计算量很大很复杂，工作量非常大，不符合现代发展趋势；第二则是借助计算机等辅助设备，特别是电机设计CAD技术的发展，被广大电机设计人员用来从事电机产品的设计计算、分析及绘图，实现电机产品设计过程的自动化，加速了设计过程，缩短了设计周期、提高了电机产品质量，也适应了电机产业更新换代迅速的要求。因此，现今基本上电机设计企业都已经选择了CAD软件开发设计电机。

2．电机设计的趋势

借助于计算机CAD技术的迅猛发展，给电机设计行业注入巨大的更新血液。目前我国潜水电机在设计制造方面有了很大的进步，主要表现为以下几个方面：

（1）潜水电动机的产品结构设计、电磁优化设计以及制造工艺日趋完善；

（2）在取材方面用冷轧硅钢片取代了热轧硅钢片，开发出了具有高导磁、低损耗的DGX系列电工钢片；

（3）开发出了125°C高温耐水线，给高温潜水电机的设计和单机功率的提高提供了条件；

（4）在设计、制造高承载力推力轴承方面有了较大发展；

（5）计算机电机CAD等软件的广泛应用，缩短了研究周期、减小成本等等。

在中国国内井用潜水电机行业蓬勃发展的同时，国外的电机设计革新也在悄然进行。目前国外潜水电机的生产厂家主要有德国的Ritz、KSB，美国的Flygt、Itt-Loware、富兰克林，日本的日立以及丹麦的格兰富等。

同样面对电机革新换代方面的问题，国外企业对量大面广的潜水电机进行了不断的改进,取得了明显的进展,主要表现在:

（1）提高电机转速，以提高泵的流量和扬程，从而减少电泵机组的总长度，降低成本。

（2）提高单机工作功率，适应工作场地及温度的需要,同电机机座号的单机工作最大功率提高了2.5～3倍。

（3）提高电机止推轴承的承载能力，提高该电机工作时的可靠性，满足其提高泵效及高扬程的需要。

（4）提高力能指标，实行高效节能。

（5）实行计算机电机优化设计，降低电机的重量以及成本。

近几年来，由于社会发展等需要，地球资源损耗日益加大，水源缺乏、粮食短缺、环境污染，已经深深影响到我们人类的生存与发展。能源危机，这是个亟需解决的问题。由此，开发并使用高效率电机已逐渐成为全球的共识。因此，高效能、低噪声低振动、便于调速等已经成为国内外电动机研究设计的主要发展方向。

3.课题说明及选题的意义

随着科学技术的发展，超导体制冷等新技术新材料的不断涌现，电机CAD设计软件的普及，也进一步促进了电机设计行业的不断革新。但由于近几年我国地下水位普遍下降、水温过热、砂量过多等新的一系列问题的出现，使得广泛使用的井用潜水电机行业不得不面临新的挑战，如何设计出更高效能、更低噪声低振动、更安全智能的井用潜水异步电动机已经成为必然。因此，我们首先需要从电机设计的常规方式入手，在掌握其常规设计的基础上，不断改善，使得我国电机设计逐步走上国际化道路甚至成为世界的掌舵者。这也完全符合我国可持续发展的需要。

综合上述原因我认为了解并改善井用潜水异步电动机设计有着十分重要的现实意义

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：

确定井用潜水异步电动机的总体结构型式，包括防护式、安装式、通风和冷却方式、轴承类型和数量、轴伸型式和数量等。确定零部件的结构型式、材料、形状、尺寸、加工精度、形位公差、表面粗糙程度和技术要求等。确定某些零部件（如转子铁芯与轴、机座和端盖等）之间的机械连接方式、配合种类等。核算零部件的机械性能。进行电机的磁路计算，对电机的定子槽、转子槽选型，铁芯和绕组设计、磁路计算、参数计算、运行性能计算、启动性能计算、异步电动机的通风与温升计算、异步电动机的噪声计算以及校验损耗等

拟解决井用潜水异步电动机面对近几年我国地下水位普遍下降、水温过热、砂量过多等环境时显得动力不足、抗热性不高、安全密封性能不佳等问题。

三、研究步骤、方法及措施：

1.根据任务书要求，查阅各类书籍和资料，进行调研，完成开题报告、文献综述、外文翻译。

2.研究井用潜水异步电动机的特性，熟悉其设计方法。

3.根据任务书所给数据，进行电磁参数计算，具体步骤如下：

1）预选尺寸，给初始设计

①确定外形尺寸：由容量和尺寸关系式确定；

②开槽：考虑槽配合要求合理地选择定、转子槽数，并选择槽型、槽宽、槽高、槽面积等；

③选导线：由定子每相电压及电势降落系数以及每极磁通确定每槽串联导体数，确定每根导线截面、联接方式及绝缘等。

2）校核计算：用初始设计给定数据进行性能计算，包含四个迭代计算

①磁路计算：由预选尺寸计算磁密及磁势，求出激励电流和激磁电抗；

②参数计算：包括计算定、转子电阻及各个漏电抗、电流及相应电密；

③损耗及性能计算：计算各损耗，效率功率因数、最大转矩倍数以及额定滑差率；

④起动计算：确定起动电流倍数及启动转矩倍数。

3）调整方案

初始设计方案不一定满足要求，还要做多次调整，直到得到可用设计。

4）挑选方案

算出一批可行设计，经比较选出最佳设计，并满足材料、制造及运行三项总费用最小的要求。

4.完成上述步骤后进行电机优化的进一步设计，得出整个设计成果，完成论文初稿。

四、参考文献

[1]李隆年，王宝玲，周汝潢．电机设计[M]．北京：清华大学出版社，1992．

[2]顾绳谷．机及拖动基础（上、下两册）[M]．北京：机械工业出版社，2007．

[3]李珍国．交流电机控制基础[M]．北京：化学工业出版社，2009．

[4]王灵沼．充水式潜水电机的发展趋势[J]．天津斯波泰克潜没电泵出版社，2002：1~5

[5]戴文进，张景明．电机设计[M]．北京：清华大学出版社，2010．

[6]傅丰礼，唐孝镐．异步电动机设计手册[M]．北京：机械工业出版社，2006．

[7]胡之光．机电磁场分析与计算[M]．北京：机械工业出版社，2001．

[8]赵家礼．电动机修理手册[M]．北京：机械工业出版社，2008．

[9]阎国华．步电动机近年来发展趋势[M]．北京：机械工业出版社，2003．

[10]贺益康．流电机调速系统计算机仿真[M]．浙江：浙江大学出版社，1996．

[11]孟朔．适用于变频调速系统的异步电机设计与分析方法的研究[D]．北京：清华大学，2000．

[12]刘春刚．变频调速异步电机的仿真计算[J]．http://www.xiexiebang.company，1982．

[16]R.Richter．Computer

controlled

reheating

furnaces

optimizes

hot

strip

mill

performance

[J]．Elektrische

Maschinen，berlin,springer-verlag，1924：10~11．

第四篇：全自动洗衣机控制系统设计(西门子)调研报告(2页)

西安航空职业技术学院

毕业设计论文

调研报告

洗衣机经过木制手摇洗衣机，蒸气洗衣机、内燃机洗衣机几个阶段后，到1911年，美国试制成功世界上第一台电动洗衣机。电动洗衣机的问世，标志着人类家务劳动自动化的开端。

电动洗衣机几经完善，在1922年迎来一种崭新的洗衣方式“搅拌式”。搅拌式洗衣机由美国玛依塔格公司研制成功。这种洗衣机是在筒中心装上一个立轴，在立轴下端装有搅拌翼，电动机带动立轴，进行周期性的正反摆动，使衣物和水流不断翻滚，相互摩擦，以此涤搅拌式洗衣机结构科学合理，受到人们的普遍欢迎。不过10年之后，美国本德克斯航空公司宣布，他们研制成功第一台前装式滚筒洗衣机，洗涤、漂洗、脱水在同一个滚筒内完成。这意味着电动洗衣机的型式跃上一个新台阶，朝自动化又前进了一大步！直至今日，滚筒式洗衣机在欧美国家仍得到广泛应用。

随着工业化的加速，世界各国也加快了洗衣机研制的步伐。首先由英国研制并推出了一种喷流式洗衣机，它是靠筒体一侧的运转波轮产生的强烈涡流，使衣物和洗涤液一起在筒内不断翻滚，洗净衣物。1955年，在引进英国喷流式洗衣机的基础之上，日本研制出独具风格、并流行至今的波轮式洗衣机。至此，波轮式、滚筒式、搅拌式在洗衣机生产领域三分天下的局面初步形成。

20世纪60年代以后，洗衣机在一些发达国家的消费市场开始形成系列，家庭普及率迅速上升。此间洗衣机在日本的发展备受瞩目。60年代的日本出现了带干桶的双桶洗衣机，人们称之为“半自动型洗衣机”。70年代，生产出波轮式套桶全自动洗衣机。70年代后期，微电脑控制的全自动洗衣机横空出世，让人耳目一新。到80年代，“模糊控制”的应用使得洗衣机操作更简便，功能更完备，洗衣程序更随人意，外观造型更为时尚„„进入90年代，由于电机调速技术的提高，洗衣机实现了宽范围的转速变换与调节，诞生了许多新水流洗衣机。此后，随着电机驱动技术的发展与提高，日本生产出了电机直接驱动式洗衣机，省去了齿轮传动和变速机构，引发了洗衣机驱动方式的巨大革命。在中国，直到1978年才正式生产家用洗衣机。但改革开放后，发展迅速。1983年洗衣机产量由1978年的400台飙升到365万台，此后全国各地掀起了大规模的技术引进热潮，技术的引进、吸收和创新，极大地提升了国产洗衣机的产业素质与生产能力，缩短了同发达国家之间的差距。如今，我国洗衣机年产量约占世界年产量的四分之一，居于世界首位。

在洗衣机控制方面，在PLC问世之前，工业控制领域中是继电器占主导地位。但继电器控制领域有着十分明显的缺点：体积大、耗电多、可靠性、寿命短、运行速度慢、适应性差、尤其当生产工艺发生变化时，就必须重新设计、重新安装，造成时间和资金的严重浪费。为 西安航空职业技术学院

毕业设计论文

了改变这一现状，PLC控制系统产生了。继1969年美国数字设备公司研制出世界第一台PLC，并在通用汽车公司自动装配线上试用，获得了成功，从而开创了工业控制新时期，从此，可编程控制器这一新的控制技术迅速发展起来了。在许多领域都有广泛的应用。PLC的 优点是：可靠性高，耗电少，适应性强，运行速度快，寿命长等，为了进一步提高全自动洗衣机的功能和性能，避免传统控制的一些弊端，就提出了用PLC来控制全自动洗衣机这个课题。

第五篇：高速列车信息控制系统调研报告

高速列车信息控制系统

调研报告

学号：0917110125 姓名：王

越

班级：高级工程人才试验班(信息)1101班

高速列车信息控制系统调研报告

一、高速列车及其控制系统概述 1.高速列车定义及其发展

高速列车是指最高行车速度每小时达到或超过200公里的铁路列车。

世界上最早的高速列车为日本的新干线列车，1964年10月1日开通，最高时速每小时443公里，运营速度可达每小时270公里或300公里。此后，许多国家相继修建高速铁路，列车运行速度也一再提高。到目前为止，开通高速列车的国家有日、法、德、意、英、俄、瑞典等国。其中法国的TGV系列创下运营速度之最，1993年其速度曾达到每小时515公里。

我国铁道部实际从1993年就开始通过系统合作和国际合作研究高速铁路机车。1999至2003年，先后成功研制出“蓝箭”、“先锋”、“中华之星”、“长白山”等型号的高速列车；“奥星”、“天梭”等高速电力机车；“西部之光”、“DF8CJ”等内燃机车。但由于在任的铁道部领导班子的决策，这些机车在国内市场化过程受阻，基本全军覆灭。目前，中国高速列车的主力军是掺杂有国外血统的和谐号动车组。

2.高速列车控制系统主要组成原理

缩略解释：列车自动停车（ATS）系统、列车超速防护（ATP）系统、列车自动控制（ATC）系统、列车自动运行（ATO）系统、欧洲列车控制（ETCS）系统。

列车速度防护系统ATP是列车超速防护和机车信号系统的一体化系统。列车ATP系统主要由车载设备及地面设备两大部分组成，地面设备与车载设备一起才能完成列车运行控制的功能。

图1.1是列车运行地面设备原理图。

地面控制中心通过电缆与铁路线上的轨道电路、信号机、应答器等设备相连，主要完成列车位置检测、形成速度信号及目的距离等信号，并将此信号传递给列车，车载设备将按照速度信号控制列车制动。

车载设备主要由天线、信号接收单元、制动单元、司机显示器、速度传感器等组成。

机车头部的天线接收地面的速度命令及墓地距离等信号，经过信号接收单元放大、滤波、解调后，将此命令的数据送到司机显示器和制动控制单元，制动控制单元接受到速度传感器传送的信号，测量出列车的实际速度，将升级速度与信号命令比较，如果列车需要制动，则产生制动信号，直接控制列车制动系统，列车就会自动减速或停车。

3.目前英、法、日等先进国家关于列控系统应用综述与比较

列车速度的不断提高，靠地面信号列车已不能保证行车安全，必须靠车载信号设备对列车实施运行控制，ATP已成为行车安全不可缺少的重要技术设备。20世纪90年代以来，世界范围内就掀起了一个轮轨高速铁路建设的新高潮。其特点集中表现在高速度、高苏适度、高安全度和高效率，近年来，作为世界上铁路最发达的地区，欧洲铁路公司和信号公司在对各自的既有信号系统进行升级改造的同时，再欧盟委员会和国际铁路联盟的推动下，为信号系统的互联和兼容问题制定了相关的技术标准，并研制开发了相关的产品，其中就包括列车运行控制系统——ETCS标准。

法、德高速铁路采用“人控优先”的设计原则，系统采用双重冗余方式，比日本新干线的三重冗余所用设备少，造价也较低。法、德采用“人控优先”的控制原则，列车正常运行由司机驾驶，只有在司机失误并可能出现危险的情况下列控设备才强迫列车制动，法德铁路认为这种人机关系有利于发挥司机的技术能力，加强其责任感。日本新干线ATC系统采用“设备优先”的控制原则。列车减速一般由设备完成，当列车速度减到30Km/h以下需要在车站停车时才由司机操纵以保证列车停在正确位置。法德列控设备制动后，当列车速度低于目标速度后自动换届，这种方式要求列车制动系统连续多次制动后制动力不衰竭。法德高速铁路控制系统采用铁道内铺设的环线发送点式信号。TVM300系统采用模拟换线信号共有14个点式信号，TVM430系统采用PSK（相移键控）数字环线信号。日本新干线为变频方式，信息量较少。

二、中国高速列车的九大关键技术 动车组总成（即系统集成）、车体、转向架、牵引变压器、主变流器、牵引电机、牵引传动控制系统、列车控制网络系统、制动系统等。由于牵引变压器、主变流器和牵引电机属于牵引传动系统的主要组成部分，因此，在这里将牵引变压器、主变流器和牵引电机归入牵引传动控制系统中一并叙述。

1）动车组总成（即系统集成）高速列车总成技术包括总体技术条件、系统匹配、设备布置、参数优化、工艺性能、组装调试和试验验证。在总体设计技术条件下，对动车组车体、转向架、牵引传动系统、制动系统、列车控制网络系统、辅助供电系统和车端连接装置等元素按有关参数进行合理选择设计和优化，确定各子系统间的接口关系。最后经历生产、组装、测试、调整和试验等过程，完成动车组整体集成。系统集成使动车组达到牵引、制动、车辆动力学、列车空气动力学、舒适性和安全性等基本性能要求。系统集成还要确定高速列车与运行系统的关系和接口关系，针对京沪高速铁路，具体有：①轮轨关系接口——轮轨匹配关系，包括轨距、车轮踏面和内侧距，轮轨材料和表面硬度；京沪铁路线路平纵断面的推荐值；线路刚度和线桥过渡段刚度变化设置值；线路不平顺的控制值。②弓网关系接口——包括京沪高速铁路的接触网类型、接触网波速和张力；接触网吊弦布置和接触线不平顺的控制值；符合400 km/h以上运行速度的高速受电弓动力学参数，满足气动性能、阻力要求和噪声要求的高速受电弓结构，研制出低风阻、低噪声、低扰动、高动力学性能的400 km/h高速受电弓。③流固耦合关系接口——保证列车安全运行的环境风控制范围；隧道的断面、洞口的形状和尺寸；列车阻力和气动抬升力限值；合理线间距和列车通过的安全避让距离等。④机电耦合关系接口——确定引发牵引供电网电压振荡引起的临界条件和综合解决方案，研究谐振抑制技术和装置；根据线路条件和动车组状态，给出满足高速列车3 min跟踪间隔需求的牵引供电系统的总体参数。⑤环境耦合关系接口——确定高速列车的噪声和噪声声强控制值，提出高速铁路声屏障和隧道吸音材料的性能参数要求。对动车组车体、转向架、牵引传动系统、制动系统、列车控制网络系统、辅助供电系统和车端连接装置等元素按有关参数进行合理选择设计，经历生产、组装、测试、调整和试验等过程，完成动车组整体集成。通过集成使动车组达到牵引、制动、车辆动力学、列车空气动力学、舒适性和安全性等性能要求。2）牵引传动控制系统

大功率电力牵引传动系统是高速列车的原动力。因此，高速列车的电力牵引传动系统必须向功率大、重量轻、体积小、可靠性高和低成本方向发展，这就决定了高速列车的电力牵引传动系统必然采用先进的交流（交-直-交）传动系统。它主要包括主变流器、牵引变压器、牵引电动机及牵引传动控制等：①主变流器：采用新型大功率半导体器件，从最早的晶闸管发展到GTO、IGBT、IPM，以至IGCT。主变流器发展的目标是小型化、轻量化、节能、环保、可靠和经济适用。随着变流器的模块化、系列化和小型化，出现了将主变流器与辅助变流器和列车供电变流器统筹考虑、集成设计制造的新趋势。主变流器的冷却是另一项关键技术，它要求冷却装置冷却效率高、体积小、易于维修、不污染环境。目前的冷却方式主要是风冷、油冷、水浴、沸腾冷却和热管冷却。②牵引变压器：是牵引传动系统中重量、体积最大且能量耗损最多的部件，尤其在动力分散式高速列车中，由于要求启动加速功率和再生制动功率大，而安装空间又有限，所以牵引变压器损耗占到总损耗的30％。因此减轻重量、减小体积、降低损耗，一直是牵引变压器技术发展的目标。近代，随着电子技术的发展和高温超导线材性能的提高，出现了2 种新型变压器，即电子变压器和高温超导变压器，它们与传统的工频变压器完全不同，具有重量轻、体积小、效率高的特点。③牵引电动机：近代高速列车大多采用三相交流异步牵引电动机，与直流电机相比，它具有重量轻、功率大、结构简单、运用可靠、寿命长、维修简便的特点，同时交流异步牵引电动机还具有较好的自我抑制空转的性能。近代开发的永磁多极同步牵引电机，由于可实现很高的转矩密度，从而有可能实现无传动齿轮的直接驱动，与带齿轮装置的异步牵引电机相比，具有损耗低、重量轻、噪声小、无油泄漏等优点，很有发展前途。④ 牵引传动控制：牵引传动控制的水平取决于牵引传动控制的策略和手段。牵引传动控制策略由最初的转差特性控制发展到矢量变换控制，近年又实现了电机转矩控制的新技术：直接转矩控制(DTC)和直接自控制(DSC)。这项新技术具有控制简单、性能优良和鲁棒性较强的特点。近代牵引传动控制手段普遍采用数字电路和大规模、超大规模集成电路以及微处理器、微控制器和数字信号处理器等组成的微机控制系统，由单机个别控制向车载计算机网络发展。车载计算机网络由列车控制级、车辆控制级和功能控制级组成。3）高速转向架

高速列车转向架需要解决的关键技术有：①转向架轻量化技术；②转向架悬挂技术；③转向架驱动技术；④牵引电动机悬挂技术。4）高速制动技术

目前，高速列车制动的关键技术有：①基础制动技术；②动力制动技术；③复合制动技术； ④非粘着制动技术（非粘着制动主要是指电磁轨道制动和涡流轨道制动）；⑤防滑控制技术。5）高速车体技术

高速列车在车体方面的关键技术主要包括：①车体轻量化技术：包括采用新材料、新工艺；改变车体结构；优化结构设计；模块化和集成化②气动外形技术。③车体密封技术。

6）列车控制网络系统

列车控制网络系统对于高速列车安全运行起着重要的作用，因为高速列车的故障会带来严重的后果，因此必须在事故发生以前，利用先进的装备发现和预防故障。高速列车控制网络系统大致可以分为运行监控、故障检测与诊断以及通信网络3个方面的内容。

三、高速列车发展趋势

世界高速列车的重点企业主要分布在日本、德国、法 国和加拿大。据德国交通银行（DVB）2001年初对世界高速铁路的投资分析来看，世界高速列车产业主要集中在欧亚地区。目前，时速在220km/h以上的高速铁路均采用电动车组。电动车组的牵引动力形式可分为动力集中式和动力分散式两大类。动力集中式电动车组的特点是动力集中设在动车组两端的头车上，中间编挂非动力的拖车，制造和维修成本低，但牵引电气设备总质量小；动力分散式是把牵引动力分散到全列车地板下，增加客席，列车粘着性能好，起动制停快。但由于动力设备分散，车厢内噪声较大，电气设备总重增大，动车组本身的维修和制造费用也相应增加。随着近年来电气控制设备轻量小型化、集成化和减振降噪技术的提高，动力分散式越来越得到人们的普遍认可。世界各国新研制的时速300km/h以上的高速列车基本上采用动力分散式。各国高速电动车组发展都紧密结合国情、路情，突出各自特点，总体来看技术成熟、可靠性好、使用周期长、成本低。

四、结束语

通过本次调研，我不仅仅初步认识到高速列车的当下状况，更加了解到中国现在在高速列车的发展于国际的地位，这使得我坚定中国要想走强国之路，必须对铁道线路上以速度为任的高速列车进行发展改革和创新研究。我们国家科研组要多培养相关人才对中国的高速铁路现存问题进行解决，并同时能够优化相关性能，争取能够尽快达到并且超过国际水平。

就我本身的专业电气工程及其自动化来说，高速列车是我们的发展方向之一，这次调研让我认识到，在铁道上我们的专业技术能用在什么地方，同时也能在相应的系统中寻找到从抽象到具体的专业知识点，比如将要学习的课程电机牵引，学习过的变压器等等。

第一次做调研报告，有很多不能够让人满意的地方，比如在找寻资料上花费了很多时间，但是找到的资料有很多是不能用的，在写报告的时候没有事先规划好整体思路，等做到一半的时候才完善。不过，有了这次经验，我相信，下次我可以做得更好。