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新型智能线控电感缓速装置研究

材料成型及控制工程论文，论文编号:JX1403 论文字数:18669.页数:50

摘要
电涡流缓速器是用于车辆中的一种辅助持续制动装置，对于在山区公路上使用的客运车、货运车和商用车是不可缺少的。电涡流缓速器能够承担50－90%的制动工作，使得车轮制动器的温度大大降低，保证制动蹄片处于良好的技术状态。据此，本课题基于现有电涡流缓速器的工作原理，设计了一种新型智能线控电感缓速装置。
电感缓速装置应用了电磁感应理论和楞次定律，使在转动的转子金属表面产生电涡流，并且产生与励磁绕组相反的磁场，将动能转化为热能，从而达到制动效果。本文首先对现有的辅助制动系统进行了概述，比较各个辅助制动系统的优缺点，并且简述了电涡流缓速器的现状。并对制作的电感缓速装置的重要参数进行校核。其次根据电感缓速装置的工作原理，本文提出了基于PWM控制方式的电感缓速装置的设计方案，并做了详细的设计，从而达到了电感缓速装置制动力矩的无级调控。通过在转子温度、励磁绕组电流和制动力矩三个方面对电感缓速装置的工作状态进行控制和测试，验证其功能性和可靠性。
本课题完成了电感缓速装置的加工制作，设计相应的电控系统，并且搭建了装置的性能试验台。为新一代缓速装置的研究做了一个起步，并为其制动力矩的无级调控系统开发打下了一定基础。
关键词：辅助制动电涡流 PWM 缓速无级调控

Abstract
Electrical eddy current retarder, a kind of auxiliary braking device used in automobile, is indispensable to the coach-bus、the lorry and the commercial vehicle running on the mountain road. Electrical eddy current retarder undertakes 50-90 percent of the brake work, which cool the wheel clutch greatly, thereby, electrical eddy current retarder can keep wheel braking system in order to work. Hereby, this issue based on existing elements of electrical eddy current retarder, designed a smart wire eddy current retarder device.
Eddy current retarder device apply theory of electromagnetic induction and Lenz's law, creates electrical eddy current at the rotation of the rotor metal surface, and generate the magnetic field with opposite field windings, changes the kinetic energy into heat energy, so as to achieve the purpose of braking. Firstly, this issue summarized the existing assistant braking system, compared the advantages and disadvantages of various assistant braking system, and summarized the current situation of electrical eddy current retarder. And it checked production of the important parameters inductance retarder device. Secondly, this issue based on existing elements of electrical eddy current retarder, it brings forward the design proposal of eddy currency retarding controlling based on the controlling way of PWM and its detailed design idea, so that it can achieve braking torque stepless regulation. Though controlling and testing the working status of eddy current retarder about the rotor temperature, excitation winding current and braking torque, which verifies the functionality and reliability.
This issue accomplished the eddy current retarder device manufacture, designed corresponding electronic control system and built performance test bed. It has made a start for the research about new generation retarder device, and has made a elements for empolder stepless regulation system about brake force.
Key Word: Assistant Brake; Electrical Eddy Current; PWM; Retarder; Stepless Regulation

目录
摘要 i
Abstract ii
目录 iv
第一章绪论 1
1.1 课题研究的背景 1
1.2 国内外研究现状 1
1.2.1 汽车缓速器的介绍 1
1.2.2电涡流缓速器的现状 2
1.3本课题研究的主要内容 4
第二章电感缓速装置的原理验证及参数校核 5
2.1 电感缓速装置的结构与工作原理 6
2.1.1 磁场的形成 7
2.1.2 电涡流的形成 7
2.1.3 反向扭矩的形成 8
2.2 电感缓速装置的参数校核 8
2.2.1 气隙的校核 10
2.2.2 转子盘的结构参数及气隙作用面积的校核 10
2.2.3 线圈绕组的参数校核 11
2.3 制动功率的核对 13
2.4 电感缓速装置的关键零件 13
2.4.1 定子 13
2.4.2 转子 15
2.4.3 轴 16
2.5 本章小结 17
第三章电感缓速装置性能测试台的搭建 18
3.1 引言 18
3.2 电感缓速装置试验台的设计 18
3.2.1 电动机功率的选取 18
3.2.2 电磁离合器的选择 20
3.2.3 电感缓速装置制动力矩的检测 20
3.3 本章小结 22
第四章电感缓速装置控制系统的设计 23
4.1 缓速设备的控制策略 23
4.2 电感缓速装置线圈的电路设计 23
4.3 控制系统原理及组成 26
4.4 电感缓速装置控制系统的设计 28
4.4.1 PIC16F877A的外围电路设计 28
4.4.2 光耦外围电路的设计 28
5.4.3 温度传感器的电路设计 29
4.4.4 电感缓速装置线圈电流的测量电路设计 29
4.4.5 电位器电路的设计 30
4.4.6 上位机电路的设计 31
4.4.7 光电编码器的电路设计 31
5.4.8 总原理图和PCB的设计 32
4.5 电路板的制作流程 32
4.6 控制系统的软件开发环境 34
4.7 控制系统软件的设计 34
4.7.1 主程序的设计 34
4.7.2   A/D模块的软件设计 36
4.7.3   PWM模块的软件设计 37
4.7.4   脉冲检测模块的软件设计 38
4.8 本章小结 39
第五章结论与展望 40
5.1 结论 40
5.2 展望 40
参考文献 42
致谢 44