电气工程及其自动化专业毕业实习报告

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1、电气工程及其自动化专业毕业实习报告发布时间： 2020-03-12来源：实习报告一、实习目的大学毕业之际，毕业实习是极为重要的实践性学习环节，通过阶段性时间 的 实习，为我们之后走向社会， 接触本工作，拓宽知识面，增强感性认识， 培养、 锻炼我们综合运用所学的基础理论、基本技能和专业知识，去独立分析和解决实 际问题的能力，能够将所学的专业理论知识运用与实践，在实践中结合理论加深 对其认识和总结，再次学习，将专业知识与实际接轨，逐步认识体会，从而更好 地将所学的运用到工作中去，接触社会，认识社会，体验生活，学会生活，学会 生活，学会感悟，学会做事，学会与人相处，学会团结协作，为以后毕业走上工 作

2、岗位打下一定的基础。具体目的如下：1. 在图书馆查阅关于无刷直流电机设计方面的资料， 为毕业设计打下基础。2. 对毕业设计所选题目无刷直流电机控制器的设计有初步的了解。3. 通过借鉴和分析关于无刷直流电机控制器方面的设计实例，从中学到无 刷 直流电机控制器的设计过程及一般步骤。二、实习单位河南理工大学三、实习任务1 、收集资料在学校图书馆查找资料，了解自己所学专业的东西，并且确定自己的课题， 得到相关的知识和能力，思考课题的内容与方向，有针对性的收集资料，包括专业资料、工具资料和其他相关的资料。2 、设计初步方案 在收集完资料后可以初步确定自己的毕业设计方案，并建 立相关的数学模 型，进行原理

3、分析、计算和实验，这一项工作是繁琐而艰巨的， 需要不断的补充 知识修正设计结果。3 、撰写毕业实习报告做完上面的工作后，就需要及时的编写毕业实习报告 。这是对这段时间 学习的全面总结，编写实习报告，我们能够重现自己学习的经历，重新汇总资料 情况，这样会给我们带来设计灵感。认认真真完成实习报告后，我们就会对自己 的课题有了全新的理解，后面的实际设计工作就会变得轻松。四、实习内容1 、熟悉无刷直流电机：无刷直流电机即直流无刷电机。 无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成， 是一种典型的机电一体化产品。 无刷直流电机应用及其广泛，它可在家电、汽 车、航空、医疗、工业自动化设备和仪器等各种各样的行业中使

4、用。无刷直流电 机是指无电刷和换向器 （或集电环 ）的电机，是不用电刷进行换向，而是采用电 子 器件进行换向的。与有刷直流电机和异步电机相比，无刷直流电机有很多优 点， 具体表现如下：1 、更好的转矩、转速特性 ;2 、快速的动态响应 ;3 、高效率 ;4 、寿命 长;5 、 工作无噪声，性能可靠、永无磨损、故障率低 ;6 、较高的转速范围。1.1 工作原理无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成， 是一种典型的机电一体化产品。 电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法，同三相异步电动机十分相似。电动机的转子上粘有已充磁的永磁体 ，为了检测电动机转子的极性，在电动机内装 有 位置传感器。驱动器由功率

5、电子器件和集成电路等构成，其功能是：接受电动 机 的启动、停止、制动信号，以控制电动机的启动、停止和制动 ; 接受位置传感 器信号和正反转信号，用来控制逆变桥各功率管的通断，产生连续转矩 ; 接受速 度指令和速度反馈信号，用来控制和调整转速 ; 提供保护和显示等等。直流电机具有响应快速、较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提 供 额定转矩的性能，但直流电机的优点也正是它的缺点，因为直流电机要产生额 定 负载下恒定转矩的性能，则电枢磁场与转子磁场须恒维持 90°，这就要藉 由碳刷及整流子。碳刷及整流子在电机转动时会产生火花、碳粉因此除了会造成 组件损坏之外，使用场合也受到限制。交流电

6、机没有碳刷及整流子，免维护、坚 固、应用广，但特性上若要达到相当于直流电机的性能须用复杂控制技术才能达 到。现今半导体发展迅速功率组件切换频率加快许多，提升驱动电机的性能。微 处理机速度亦越来越快， 可实现将交流电机控制置于一旋转的两轴直角坐标系统 中，适当控制交流电机在两轴电流分量，达到类似直流电机控制并有与直流电机 相当的性能。此外已有很多微处理机将控制电机必需的功能做在芯片中，而且体积越来 越 小;像模拟/ 数字转换器、脉冲宽度调制等。直流无刷电机即是以电子方式控制 交 流电机换相，得到类似直流电机特性又没有直流电机机构上缺失的一种应用。1.2 结构 直流无刷电机是同步电机的一种，也就是

7、说电机转子的转速受电机 定子旋 转磁场的速度及转子极数 (p) 影响： n=120.f / p 。在转子极数固定 情况下，改变定子旋转磁场的频率就可以改变转子的转速。 直流无刷电机即是将同步电机加上 电子式控制 (驱动器) ，控制定子旋转磁场的频率并将电机转子的转速回授至控制 中心反复校正，以期达到接近直流电机特性的方式。也就是说直流无刷电机 能够 在额定负载范围内当负载变化时仍可以控制电机转子维持一定的转速。直流无刷驱动器包括电源部及控制部如图 （1） ：电源部提供三相电源给 电 机，控制部则依需求转换输入电源频率。电源部可以直接以直流电输入（一般为24v）或以交流电输入（110v/220

8、v） ， 如果输入是交流电就得先经转换器转成直流。 不论是直流 电输入或交流电输入要 转入电机线圈前须先将直流电压由换流器转成 3 相电压来 驱动电机。换流器一般由6个功率晶体管（q1q6）分为上臂（q1、 q3、q5） /下臂（q2、q4、q6）连接电机作为控制流经电机线圈的开关。控制 部则提供Pwm （脉冲宽度调制）决定功率晶体管开关频度及换流器换相的时 机。 直流无刷电机一般希望使用在当负载变动时速 度可以稳定于设定值而不会变 动太大的速度控制， 所以电机内部装有能感应磁场 的霍尔传感器，做为速度之闭 回路控制，同时也做为相序控制的依据。但这只是 用来做为速度控制并不能拿来 做为定位控制

9、。1.3 特点1 、可替代直流电机调速、变频器 +变频电机调速、异步电机 +减速机调速 ;2 、具有传统直流电机的优点，同时又取消了碳刷、滑环结构 ;3 、可以低速大功率运行，可以省去减速机直接驱动大的负载 ;4 、体积小、重量轻、出力大 ;5 、转矩特性优异，中、低速转矩性能好，启动转矩大，启动电流小 ;6 、无级调速，调速范围广，过载能力强 ;7 、软启软停、制动特性好，可省去原有的机械制动或电磁制动装置 ;8 、效率高，电机本身没有励磁损耗和碳刷损耗，消除了多级减速耗，综合节电率可达 20%60%。9 、可靠性高，稳定性好，适应性强，维修与保养简单 ;10 、耐颠簸震动，噪音低，震动小，

10、运转平滑，寿命长 ;11 、不产生火花，特别适合爆炸性场所，有防爆型 ;12 、根据需要可选梯形波磁场电机和正弦波磁场电机。1.4 应用无刷直流电机的应用十分广泛，如汽车、工具、工业工控、自动化以及航 空 航天等等。总的来说，无刷直流电机可以分为以下三种主要用途：持续负载应用：主要是需要一定转速但是对转速精度要求不高的领域，比 如 风扇、抽水机、吹风机等一类的应用，这类应用成本较低且多为开环控制。可变负载应用：主要是转速需要在某个范围内变化的应用，对电机转速特 性 和动态响应时间特性有更高的需求。如家用器具中的、甩干机和压缩机就是很 好 的例子，汽车工业领域中的油泵控制、电控制器、发动机控制等

11、，这类应用的 系 统成本相对更高些。定位应用：大多数工业控制和自动控制方面的应用属于这个类别，这类应 用 中往往会完成能量的输送，所以对转速的动态响应和转矩有特别的要求，对控 制 器的要求也较高。测速时可能会用上光电和一些同步设备。过程控制、机械控 制 和运输控制等很多都属于这类应用。实用性新型无刷电机是与电子技术、微电子技术、数字技术、自控技术以 及 材料科学等发展紧密联系的。它不仅限于交直流领域，还涉及电动、发电的能 量 转换和信号传感等领域。在电机领域中新型无刷电机的品种是较多的，但性能 优 良的无刷电机因受到价格的限制，其应用还不十分广泛。下面分别就主要的新 型无刷电机进行探索与研究。

12、1.5 电机分类1.5.1 直流电动机一般直流电动机具有相同的工作原理和应用特性，而其组成是不一样的。 除 了电机本身外， 前者还多一个换向电路， 电机本身和换向电路紧密结合在一起。 许多小功率电动机的电机本身是与换向电路合成一体， 从外观上看直流无刷电动 机与直流电动机完全一样。直流无刷电动机的电机本身是机电能量转换部分，它除了电机电枢、永磁 励 磁两部分外，还带有传感器。电机本身是直流无刷电机的核心，它不仅关系到 性 能指标、噪声振动、可靠性和使用寿命等，还涉及制造费用及产品成本。由于 采 用永磁磁场，使直流无刷电机摆脱一般直流电机的传统设计和结构，满足各种 应 用市场的要求，并向着省铜节

13、材、制造简便的方向发展。永磁磁场的发展与永 磁 材料的应用密切相关，第三代永磁材料的应用，促使直流无刷电机向高效率、 小 型化、节能方向迈进。为了实现电子换向必须有位置信号来控制电路。早期用机电位置传感器获 得 位置信号，现已逐步用电子式位置传感器或其它方法得到位置信号，最简便的 方 法是利用电枢绕组的电势信号作为位置信号。要实现电机转速的控制必须有速度信号。用获得位置信号相近方法取得速 度 信号，最简单的速度传感器是测频式测速发电机与电子线路相结合。直流无刷电机的换向电路由驱动及控制两部分组成，这两部分是不容易分 开的，尤其小功率用电路往往将两者集成化成为单一专用集成电路。在功率较大的电机中

14、，驱动电路和控制电路可各自成为一体。驱动电路输 出电功率，驱动电动机的电枢绕组，并受控于控制电路。驱动电路已从线性放大 状 态转成脉宽调制的开关状态， 相应电路组成也从晶体管分立电路转成模块化集 成 电路。模块化集成电路有功率双极晶体管、功率场效应管和隔离栅场效应双极 晶 体管等组成形式。虽然，隔离栅场效应双极晶体管价格较贵，但从可靠安全和 性 能角度看，选用它还是较合适的。控制电路用作控制电机的转速、转向、电流 （ 或转矩 ）以及保护电机的 过流、 过压、过热等。 上述参数容易转成模拟信号， 用此来控制较简单， 但从 发展来看， 电机的参数应转换成数字量，通过数字式控制电路来控制电机。当 前

15、，控制电路 有专用集成电路、微处理器和数字信号处理器等三种组成方式。在 对电机控制要 求不高的场合，专用集成电路组成控制电路是简单实用的方式。采 用数字信号处 理器组成控制电路是今后发展方向， 有关数字信号处理器将在下面 交流同步伺服 电动机中介绍。在微小功率范畴直流无刷电动机是发展较快的新型电机。由于各个应用领 域 需要各自独特的直流无刷电动机，所以直流无刷电动机的类型较多。大体上有 计 算机外存储器以及 VCD、 DVD、CD 主轴驱动用扁平式无铁心电机结构，小型通 风 机用外转子电机结构， 家电用多极磁场结构及内装式结构， 电动自行车用多极、 外转子结构等等。上述直流无刷电动机的电机本身

16、和电路均成一体，使用十分方 便，它的产量也非常大。为了满足大批量、低成本的市场需要，直流无刷电动机 的生产必须要形成规模经济。因此，直流无刷电动机是一种高投入、高产出的行 业。同时，我们应该考虑到市场也在不断地发展，如家用空调用电机正由 3A 转 向3D,需要大量的中小功率的直流无刷直流电动机，研究和开发中小功率的直流 无刷电动机也成当务之急。1.5.2 无刷电机(BLDCM) 是在有刷直流电动机的基础上发展来的， 但它的驱动电流是不折不 扣的交流 ; 无刷直流电机又可以分为无刷速率电机和无刷力矩电机。一般地，无 刷电机的驱动电流有两种，一种是梯形波 (一般是方波 ) ，另一种是正弦波。有 时

17、 候把前一种叫直流无刷电机，后一种叫交流伺服电机，确切地讲是交流伺服电 动 机的一种。无刷直流电机为了减少转动惯量，通常采用细长的结构。无刷直流电机在 重 量和体积上要比有刷直流电机小的多，相应的转动惯量可以减少 40%50%左右。 由于永磁材料的加工问题，致使无刷直流电机一般的容量都在 100kW 以下。这种电动机的机械特性和调节特性的线性度好，调速范围广，寿命长，维 护 方便噪声小，不存在因电刷而引起的一系列问题，所以这种电动机在控制系统 中 有很大的应用潜力。电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法， 同三相异步电动机十分相似。 电动机的转子上粘有已充磁的永磁体，为了检测电动机转子的极性，

18、在电动机内 装有位置传感器。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成，其功能是：接受电 动机的启动、停止、制动信号，以控制电动机的启动、停止和制动 ; 接受位置传 感器信号和正反转信号，用来控制逆变桥各功率管的通断，产生连续转矩 ; 接受 速度指令和速度反馈信号，用来控制和调整转速 ; 提供保护和显示等等。由于无刷直流电动机是以自控式运行的，所以不会象变频调速下重载启动 的 同步电机那样在转子上另加启动绕组，也不会在负载突变时产生振荡和失步。中小容量的无刷直流电动机的永磁体，多采用高磁能积的稀土钕铁硼 (Nd- Fe-B) 材料。因此，稀土永磁无刷电动机的体积比同容量三相异步电动机缩 小了一个机座

19、号。 近三十年来针对异步电动机变频调速的研究，归根到底是在寻找控制异步 电 动机转矩的方法，稀土永磁无刷直流电动机必将以其宽调速、小体积、高效率 和 稳态转速误差小等特点在调速领域显现优势。无刷直流电机因为具有直流有刷电机的特性 ,同时也是频率变化的装置 , 所 以又名直流变频国际通用名词为BLDC无.刷直流电机的运转效率低速转 矩 ,转 速精度等都比任何控制技术的变频器还要好 , 所以值得业界关注 . 本产 品已经生产超过55kW,可设计到400kW,可以解决产业界节电与高性能驱动的需 求。2 、了解 PIC16F72 单片机：2.1 PIC16F72 单片机的主要性能首先我们对外部时钟输入

20、：它的频率是20MHz,其中有2K字14位宽的 程序 存储空间，伴随着 128字节 8 位宽的数据存储空间，另外还有 8 个中断， 3个8位I/O 口以及PORT、A PORT、B PORT。C还有三个定时器模块： TIMER0、TIMER1、TIMER2随带着一个CCP模块;8位5通道的AD转换器。2.2PIC16F72 单片机的功能特性(1) 功能部件特性· 带 8 位 AID 转换输入· 高驱动电流, I/O 脚可直接驱动数码管 (LED) 显示每个 I/O 引 脚最大灌电流25mA;每个I/O引脚最大拉电流25mA· 双向可独立编程设置 I/O

21、 引脚·；8位定时器/计数器TMR, 带8位预分频·有1路捕 捉输入/比较输出/PWM输出(CCP) ·16位定时器/计数器TMR 1,睡眠中仍可计数·位定时器/计数器TMR2,带有8位的周期寄存器及预分频器和后 分频器(2) 微控制器特性·内置上电复位电路(POR)·上电定时器，保障工作电压的稳定建立·振荡定时器，保障振荡的稳定建立·；断电复位锁定，即当芯片电源电压下降到某一值以后时，使芯片 保持复位，当电源电压恢复正常后恢复运行·内置自振式(RC振荡)看门狗&middo

22、t;程序保密位，可防程序代码的非法拷贝·掉电保护电路·在线串行编程2.3 PIC16F72单片机的引脚排列(1) MCLR:清除(复位)输入。其中MCLR为低电平时，对芯片复位；该管脚的电压不能超过VDD，否则 会进 入测试方式。(2) RA0-RA5 ：双向可编程，亦可作为并行口。 电池欠压信号：电池电压经分 压后接单片机管脚 3。 转把复位信号：由单片机的第 4 脚读入 刹车信号：刹车信号由单片机的第 5 脚读入(3) SC1 、 SC：2 为振荡器晶振。(4) RC0-RC7 ：数字 I/O(5) RB0-RB7 ：数字 I/O(6) VDD ：+5V 电压输

23、入2.4 PIC16F72 单片机各个模块的具体工作任务最小系统模块：引脚 1相连的是复位电路，引脚 1 也是程序的高压烧写 口 ；弓I脚9和引脚10分别是震荡电路的输入口和输出口，连接的是16MHz的 晶振; 引 脚 20 和引脚 8、引脚 19 是电源电路部分，分别接 5V 电源和地。功能模块：模拟信号输入处理模块：模拟信号的处理主要是通过单片机的A/D转换模块实现的。引脚2检测流过电机的电流信号并进行A/D转换，进过运 算后用于控制PWM占空比，尽可能达到电机最合适的工作电流；引脚3检测电源 电压，经 A/D 转换后经过运算判断电压是否过低，以此为依据保护电池 ； 引脚4 检测手柄的输入

24、电压，单片机根据这个量调节电机输出的总功率，从而调节电机 的速度。数字输入信号处理模块：引脚 5 处理刹车信号，平时处于高电平状况，当 按下刹车开关时，变为低电平，这时单片机输出刹车命令，只要当引脚 5 恢复成 高电平状态时，在停止刹车动作 ；引脚 15、引脚 16、引脚 17 分别输入电机的 霍 尔位置信号，通过这三个信号的组合确定电机此时的转子位置，并调整输出的 换 相信号。引脚 21 为外部中断引脚，平时处于高电平状态，当出现过流时，输 入信号从高电平变为低电平，中断标志位置1由于PIC16F72只有一级中断 优先级， 所以当中断被其他中断程序占用时，也应定时检查外部中断标志位，以 免因

25、中断时间过长而烧毁电机驱动信号输出模块：引脚 13 输出 PWM 信号，调节电机的速度和电枢电 流 ; 引脚 23、引脚 24、引脚 25 输出逆变桥的下桥驱动信号，引脚 26、引脚 27、引 脚 28 输出逆变桥的上桥驱动信号。 引脚 22 只在电枢电流比较大的情况 下才使用。以上是我在这次实习中着重学习的东西，其实还有很多，这里只是一些内 容 比较重要，而且比较难的东西，自己在这段时间通过系统的学习无刷直流电机 与 PIC16F72 单片机，使我重新认识到了无刷直流电机与 PIC16F72 单片机的重要 性，以及无刷直流电机在未来的发展前景，这更加坚定了我学习无刷直流电机的 决心，我相信经

26、过自己的学习，我会做出令自己满意的无刷直流电机控制器。五、实习总结及体会 实践是检验真理的唯一标准。我们知道知识是人类进步 的阶梯，而学习知 识不仅仅靠从书本上获取，而重要的是在于将所学用于实际生 活之中。理论知识 往往过于标准化，仅仅靠掌握理论，一点实际操作经验都没有 的话，事实上是没 有实际效应的，现实中的事情往往是千变万化的，运用起来解 决具体情况多半是 教条的，而且也有很多的不足。无数事实证明：只有将理论知 识与实践很好的结 合起来，才能将知识运用到最高境界，为了学有所长，学有所 用，为了将知识转 化为自己所真正拥有的能力，以及根据自己的毕业设计课题内 容要求。我在这几 个星期的实习时

27、间里，通过实习，我不仅提升了自己的知识水 平，认识到课堂上 学习的不足，而且锻炼了自己独立思考和全面思考问题的能 力：如用 PIC16F72 单片机做无刷直流电机控制器，要考虑的因素有很多，像 PIC16F72 芯片的引脚 功能，更锻炼了自己发现问题和解决问题的能力。这次实 习加深了对以前学习知 识的理解，也认识到自己的不足：自己除了具有一定的理 论基础外，还有大量的 知识和经验十分欠缺，实际动手能力也不足，知识面不够宽，对一些现在在工程 实际中应用的技术还不太了解，不能及时与市场需求对 接，这些都需要在以后的 实际工作中摸索和理解。在工作岗位上一定要谦虚谨 慎，不断的虚心学习，只有 这样，才会有助于自己未来在专业领域的学习和发 展。通过实习，不仅让我收获 到了许多知识，更重要的是认识到了自己的不足， 找到了一名学生与一名职业人 的差距，我会继续努力，重点是弥补自己的不足， 不断提高专业技能，扩宽自己 的知识面，使自己早日成为符合社会和市场需要的 专业技术人才。