【正文】 感器。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 單片機(jī)的選擇 本實(shí)驗(yàn)中單片機(jī)最主要的功能為產(chǎn)生 PWM 波（脈寬調(diào)制信號），基于此，單片機(jī)選用 C8051F060，此單片機(jī)的功能如下： 模擬外設(shè) (1) 兩個(gè) 16 位 SAR ADC ① 16 位位分辨率； ② 177。 對于交點(diǎn) N，若負(fù)載增加△ T，則由功率守恒知，系統(tǒng)要減速△ n,從電機(jī)的機(jī)械特性曲線上可知，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩增加△ T，平衡了負(fù)載的增加，形成新的平衡點(diǎn)，則 N 點(diǎn)為平穩(wěn)工作點(diǎn)。 表 Y160M－ 4 電機(jī)性能參數(shù) 額定功率（ KW） 額定電壓（ V） 同歩轉(zhuǎn)速（ r/min） 滿載轉(zhuǎn)速（ r/min） 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 /額定轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 /額定轉(zhuǎn)矩 質(zhì)量（ kg） 11 380 1500 1460 123 由電機(jī)型號知，此電機(jī)的極數(shù)為 4，查表知：其轉(zhuǎn)差率為： 1460150000 ????? n nnS () 因此，由式（ ）可知，電機(jī)的轉(zhuǎn)速為： ffP Sfn )(60)1(60 ??????? () 則電機(jī)的平衡點(diǎn)如圖 。 =10KW。 則所需電機(jī)容量為 :PW=P179。 179。 179。 由上得 NmNmTTTT 2426241 ????? () 實(shí)驗(yàn)臺總傳動(dòng)效率為：η＝ 179。 圖 實(shí)驗(yàn)臺的物理結(jié)構(gòu)簡圖 根據(jù)能量守恒可得下式： 4453211 ????? TT ? () 477444 ??? TT ?? () 262611112671098677 ???????? TTT ??? () 1515141312111111 ?????? TT ? () 191920181716151515 ??????? TT ? () 222222191919 ??? TT ?? () 24242725262623212222 ??????? TTT ?? () 由由公式（ ）～ ()得出： 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 23212022191886574321272518112321202219262624241)(??????????????????????????? ???iiiiTTT () 又∵ 14 ??? () 2624 ?? ? () 7474 ??i?? () 267267 ??i?? () ∴ 26774241 ??? ii?? () 26774261 ??? ii?? () 故： 2677423212022191886574321811272523212022192624 )(1????????? ???iiTTTiiii????????????????? () 由已知和查手冊得： ???i 42496267 ???i 所有的效率η都為 。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 第 3 章 變速器試驗(yàn)臺控制系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì) 硬件的選擇 由于此實(shí)驗(yàn)臺的物理結(jié)構(gòu)已由上屆學(xué)長們做出，在此只選擇控制部分的硬件，包括電動(dòng)機(jī)的選擇、單片機(jī)的選擇、變頻器的選擇、轉(zhuǎn)矩傳感器的選擇、轉(zhuǎn)速傳感器的選擇、顯示電路的選擇以及 PC 機(jī)的 選擇。 電機(jī)的轉(zhuǎn)向控制原理 在上位機(jī)中的 VB 界面中設(shè)置一對 Option，一為正向，一為反向，當(dāng)選中正向時(shí)讓變量 change 為 1，當(dāng)選中反向時(shí)讓 change 為 2，將此信號送入單片機(jī)后，再由單片機(jī)將正反信號通過 I/O 口送入變頻器的正反轉(zhuǎn)輸入端 UI，讓變頻器控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的正反向。如圖所示，脈沖的寬度為 t1，相鄰脈沖的間隔為 t2,t1+t2=T2(脈沖波周期 )，則等寬脈沖的占空比α為 α＝211tt t? () 調(diào)節(jié)占空比 α就可以調(diào)節(jié)輸出的平均電壓，調(diào)節(jié) PWM 的頻率 1/T1 就可以改變電源的頻率，實(shí)現(xiàn)調(diào)整，通過控制電路就可以容易的實(shí)現(xiàn)對脈沖的占空比和頻率分別進(jìn)行調(diào)節(jié)。用頻率調(diào)節(jié)比 Kf表示頻率的變化，用電壓調(diào)節(jié)比 Ku表示電壓的變化，則它們分別可表示為 Kf=fx/fn () Ku=Ux/Un () 式中 fn── 電動(dòng)機(jī)的額定頻率； Un── 電動(dòng)機(jī)的額定電壓。調(diào)節(jié)電壓 U，使其跟隨頻率 f的變化，從而達(dá)到使磁通量恒定不變的目的，即 E/f≈ U/f=KΦ= 常數(shù) () 所以在變頻的同時(shí)也要變壓，這就是所謂 VVVF。但實(shí)際上， E的大小無法進(jìn)行控制。 理論上這種新的平衡對機(jī)械特性影響不大；但實(shí)際上，由于電動(dòng)機(jī)的磁通容量與電動(dòng)機(jī)的鐵芯大小有關(guān)，通常在設(shè)計(jì)時(shí)已達(dá)到最大容量，因此，當(dāng)磁通量增加時(shí)，將產(chǎn)生磁飽和，造成實(shí)際磁通量增加不上去，產(chǎn)生電流波形畸變 ,削弱電磁力矩，影響機(jī)械特性。 當(dāng)交流異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速時(shí)，例如頻率 f 下降 ,則由式（ 〕可得 E 降低；在電源電壓 U 不變的情況下，根據(jù)式 (），定子電流 I 將增加 。 而在電源一側(cè)，電源電壓的平衡方程式為 U=E+Ir+jIx () 該式表示 .加在電機(jī)繞組端的電源電壓一部分產(chǎn)牛感應(yīng)電動(dòng)勢，另一部分消耗在阻抗（線圈電阻 r和漏電感 x）上。 因此，只要按圖 （ b）的規(guī)律控制 6只逆變管的導(dǎo)通和關(guān)斷，就可以把直流電逆變成矩形波三相交流電；而矩形波三相交流電的頻率可在逆變時(shí)受到控制。 線電壓 URY、 UYB、 UBR 的波形見圖 。 在 t5 時(shí)間段， T T T4 這 3只逆變管導(dǎo)通，電機(jī)線圈電流的方向是從 Y 到 R 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 （ a）電路簡圖 （ b）逆變管通斷時(shí)序 圖 三相逆變橋工作原理 和從 B 到 R，得到線電壓為－ URY 和 UBR。 在 t3 時(shí)間段， T T T6 這 3只逆變管導(dǎo)通，電機(jī)線圈電流的方向是從 Y 到 R和從 Y 到 B，得到線電壓為－ UBR 和 UYB。 在 t1 時(shí)間段， T T T5 這 3只逆變管導(dǎo)通，電機(jī)線圈電流的方向是從 R 到 Y和從 B 到 Y(設(shè)從 R 到 Y、從 Y 到 B、從 B 到 R 為正方向，下同〕，得到線電壓為 URY 和－ UYB。從圖 (b)可以看出，每一 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 (a) (b) (c) 圖 緩沖電路 時(shí)刻總有 3只逆變管導(dǎo)通，另 3只逆變管關(guān)斷 。 三相逆變橋的工作原理 三相逆變橋的電路簡圖如圖 （ a）所示，圖中 R、 Y、 B為逆變橋的輸出。圖 這種緩沖電路的缺點(diǎn)是增加了損耗，所以它只適用于中小功率變頻器。所以增加電阻 R1～ R6 限制電容的放電電流。由于開關(guān)管在開通和關(guān)斷時(shí)要受集電極電流 Ic和集電極與發(fā)射極間電壓 VCE的沖擊，如圖 所示，因此要通過緩沖電路進(jìn)行緩解。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 續(xù)流二極管 D7～ D12 的作用是：當(dāng)逆變開關(guān)管由通狀態(tài)變?yōu)榻刂箷r(shí)，雖然電壓突變降為零 .但由于電動(dòng)機(jī)線圈的電感作用，儲(chǔ)存在線圈中的電能開始釋放 ,續(xù)流二極管提供通道，維持電流繼續(xù)在線圈中流動(dòng)。 (2)直 ─ 交電路 逆變開關(guān)管 T1～ T6組成三相逆變橋，將直流電逆變成頻率可調(diào)的矩形波交流電。所以，應(yīng)給一個(gè)放電通路 ,使這部分再生電流消耗在電阻 Rc 上。 Rc 是制動(dòng)電阻。濾波電容 Cr 容量通常很大 。延時(shí)一段時(shí)間后，通過控制電路使開關(guān) JK 閉合，將限流電阻短路。 濾波電容 Cr濾除整流后的電壓波形，并在負(fù)載變化時(shí)保持電壓平穩(wěn)。 圖 變頻器主電路圖 主電路各元件的功能 主電路中各元件功能如下： (1) 交─直電路 整流管 D1～ D6 組成三相整流橋，對三相交流電進(jìn)行全波整流，整流后的直流電壓為： U＝ 179。圖 是主電路的原理圖。能實(shí)現(xiàn)這一功能的裝置稱為變頻器。其中 ,改變電源頻率來實(shí)現(xiàn)交流異歩電動(dòng)機(jī)調(diào)速的方法效果最理想，這就是所謂變頻調(diào)速。 交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速原理 根據(jù)電機(jī)學(xué)理論，交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可由下式表示 n=60f(1S)/P () 式中 : n──電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速； P──電動(dòng)機(jī)磁數(shù)： f──電源頻率； S──轉(zhuǎn)差率。由于使用這種控制方法對交流異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速時(shí)，可能會(huì)使電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變差 .因此人們開始研究矢量控制技術(shù)。目前 .交流異歩電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)已廣泛應(yīng)于數(shù)控機(jī)床、風(fēng)機(jī)、泵類、傳送帶、給料系統(tǒng)、空調(diào)器等設(shè)備的動(dòng)力源或運(yùn)動(dòng)源，并起到 節(jié)約電能、投卨設(shè)備自動(dòng)化、提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的良好效果。直到 20 世紀(jì)70 年代。 交流異步電動(dòng)機(jī)（以下均指的是感應(yīng)交流異步電動(dòng)機(jī)）因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、價(jià)格便宜、維護(hù)方便的特點(diǎn)，在生產(chǎn)和生活中得到廣泛的應(yīng)用，與其他種類電動(dòng)機(jī)相比 .交流異歩電動(dòng)機(jī)的市場占有量始終居第一位。 熟悉變速器實(shí)驗(yàn)臺的硬件結(jié)構(gòu) 學(xué)習(xí) Protel、 VB、單片機(jī)軟件的理論和應(yīng)用 結(jié)合設(shè)計(jì)內(nèi)容做出軟件界面并編寫出相應(yīng)程序 選擇單片機(jī)和傳感器做出硬件電路板 將軟件與硬件通過接口技術(shù)連接起來 進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)問題并完善程序 確定設(shè)計(jì)內(nèi)容 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 圖 控制系統(tǒng)總體方案 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩 傳感器 信號反饋 AD 轉(zhuǎn)換器 串口 四路顯示驅(qū)動(dòng) RS232 PC 機(jī) 顯示板 （轉(zhuǎn)速） 顯示板 （轉(zhuǎn)矩） 顯示板 （效率） 顯示板 （時(shí)間） PWM發(fā)生器 單片機(jī) R R S T R 變頻器 U V W ～ 380V 電動(dòng)機(jī) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 第 2章 變速器試驗(yàn)臺控制系統(tǒng)的原理 本設(shè)計(jì)主要控制以下三個(gè)參數(shù)：電機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間和電機(jī)的轉(zhuǎn)向。 變速器試驗(yàn)臺控制系統(tǒng)總體方案 控制系統(tǒng)總體方案如圖 。 課題研究的主要內(nèi)容及技術(shù)路線 課題研究內(nèi)容 依據(jù)給定汽車變速器性能試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)，以及機(jī)械部分設(shè)計(jì)的成果，確定控制模式及參數(shù)，設(shè)計(jì)變速器性能試驗(yàn)臺的電子控制系統(tǒng)，包括：動(dòng)力部分、控制部分、執(zhí)行部分和輔助部分。這種類型試驗(yàn)臺的結(jié)構(gòu)如圖 所示： 圖 電封閉式功率流變速器實(shí)驗(yàn)臺動(dòng)力傳遞路線 它的特點(diǎn)是：機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、通用性好，能源利用較好，總體造價(jià)高，操縱控制系統(tǒng)復(fù)雜，所以很少被采用。本課題將對這種試驗(yàn)臺的機(jī)械部分進(jìn)行模型仿真及動(dòng)態(tài)仿真研究。 機(jī)械封閉式功率流變速器試驗(yàn)臺 機(jī)械封閉式試驗(yàn)臺，是目前為止國內(nèi)汽車變速器驅(qū)動(dòng)橋齒輪試驗(yàn)中應(yīng)用最多的試驗(yàn)臺。 開式試驗(yàn)臺的結(jié)構(gòu)形式如圖 所示： 圖 開式功率流變速器實(shí)驗(yàn)臺 動(dòng)力傳遞路線如圖 所示： 圖 開式功率流變速器實(shí)驗(yàn)臺動(dòng)力傳遞路線 則所測機(jī)械效率為 : 21()T T i? ? ? ? 它的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，試驗(yàn)方法簡單，通用性好，但是由于需采用原動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)來驅(qū)動(dòng)，造價(jià)高，耗電量大，尤其是做耗時(shí)較長的疲勞壽命試驗(yàn)時(shí)，更是如此。 （ 3）載荷測量裝置 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 如果應(yīng)力測功機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置，則載荷即可應(yīng)用測功設(shè)備配備的測力裝置測量；若應(yīng)用其他電機(jī)驅(qū)動(dòng)，則多使用就距測量儀。 ④ 磁粉加載器； 這種負(fù)荷裝置是近幾年才用于汽車實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域的，其主要特點(diǎn)是：負(fù)荷控制方便噪聲小低速加載性能好但以為其滑差功率?。ù笈ぞ鄷r(shí)允許的轉(zhuǎn)速很低），所以只適用于小噸位車輛變速器疲勞壽命試驗(yàn)。 （ 1）驅(qū)動(dòng)裝置 驅(qū)動(dòng)電機(jī)多用轉(zhuǎn)速可調(diào)的直流電機(jī)或電力測功機(jī)?，F(xiàn)分別介紹如下： 傳統(tǒng)汽車變速器性能試驗(yàn)裝置的類型及特點(diǎn) 汽車變速器是汽車構(gòu)造上的