1、雙閉環(huán)直流電動(dòng)機(jī)數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要本文主要研究了利用MCS-51系列單片機(jī)控制PWM信號(hào)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制的方法。文章中采用了專門的芯片組成了PWM信號(hào)的發(fā)生系統(tǒng)，并且對(duì)PWM信號(hào)的原理、產(chǎn)生方法以及如何通過(guò)軟件編程對(duì)PWM信號(hào)占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而控制其輸入信號(hào)波形等均作了詳細(xì)的闡述。此外，本文中還采用了芯片IR2112S作為直流電機(jī)正轉(zhuǎn)調(diào)速功率放大電路的驅(qū)動(dòng)模塊來(lái)完成了在主電路中對(duì)直流電機(jī)的控制。另外，本系統(tǒng)中使用了光電編碼器對(duì)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)過(guò)濾波電路后，將測(cè)量值送到A/D轉(zhuǎn)換器，并且最終作為反饋值輸入到單片機(jī)進(jìn)行PI運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)直流電機(jī)速度的控制。在軟件方

2、面，文章中詳細(xì)介紹了PI運(yùn)算程序，單片機(jī)產(chǎn)生PWM波形的程序，初始化程序等的編寫思路和具體的程序?qū)崿F(xiàn)，M法數(shù)字測(cè)速及動(dòng)態(tài)LED顯示程序設(shè)計(jì)，A/D轉(zhuǎn)換程序及動(dòng)態(tài)掃描LED顯示程序和故障檢測(cè)程序及流程圖。關(guān)鍵詞： PWM信號(hào) 直流調(diào)速 雙閉環(huán) PI調(diào)節(jié)前 言本文主要研究了利用MCS-51系列單片機(jī)，通過(guò)PWM方式控制直流電機(jī)調(diào)速的方法。沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。PWM控制技術(shù)就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ)，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來(lái)代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的規(guī)則對(duì)各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可

3、改變輸出頻率。PWM控制的基本原理很早就已經(jīng)提出，但是受電力電子器件發(fā)展水平的制約，在上世紀(jì)80年代以前一直未能實(shí)現(xiàn)。直到進(jìn)入上世紀(jì)80年代，隨著全控型電力電子器件的出現(xiàn)和迅速發(fā)展，PWM控制技術(shù)才真正得到應(yīng)用。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展以及各種新的理論方法，如現(xiàn)代控制理論、非線性系統(tǒng)控制思想的應(yīng)用，PWM控制技術(shù)獲得了空前的發(fā)展。到目前為止，已經(jīng)出現(xiàn)了多種PWM控制技術(shù)。PWM控制技術(shù)以其控制簡(jiǎn)單、靈活和動(dòng)態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式，也是人們研究的熱點(diǎn)。由于當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)沒(méi)有了學(xué)科之間的界限，結(jié)合現(xiàn)代控制理論思想或?qū)崿F(xiàn)無(wú)諧振軟開(kāi)關(guān)技術(shù)將

4、會(huì)成為PWM控制技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。本文就是利用這種控制方式來(lái)改變電壓的占空比實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)速度的控制。文章中采用了專門的芯片組成了PWM信號(hào)的發(fā)生系統(tǒng)，然后通過(guò)放大來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。利用編碼器測(cè)得電機(jī)速度，經(jīng)過(guò)濾波電路得到直流電壓信號(hào)，把電壓信號(hào)輸入給A/D轉(zhuǎn)換芯片最后反饋給單片機(jī)，在內(nèi)部進(jìn)行PI運(yùn)算，輸出控制量完成閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速控制。第一章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)第一節(jié) 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)1.1.1 系統(tǒng)方案選擇與總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)調(diào)速方案的優(yōu)劣直接關(guān)系到系統(tǒng)調(diào)速的質(zhì)量。根據(jù)電機(jī)的型號(hào)及參數(shù)選擇最優(yōu)方案，以確保系統(tǒng)能夠正常，穩(wěn)定地運(yùn)行。本系統(tǒng)采用直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差，調(diào)速范圍0-1

5、500r/min,電流過(guò)載倍數(shù)為1.5倍，速度控制精度為0.1%（額定轉(zhuǎn)速時(shí)）。 主要技術(shù)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)要求1、 系統(tǒng)控制對(duì)象的確定主要技術(shù)數(shù)據(jù)：直流電動(dòng)機(jī)（對(duì)象）的主要技術(shù)參數(shù)如下：直流電機(jī)型號(hào)：Z2-41型 Ped=3kW Ued=220V Ied=17.3A ned=1500r/min電樞回路總電阻 R=2.50電動(dòng)機(jī)回路電磁時(shí)間常數(shù) TL=0.017s電動(dòng)機(jī)機(jī)電時(shí)間常數(shù)TM=0.076s電動(dòng)機(jī)電勢(shì)常數(shù)Ce=0.1352V/rmin晶閘管裝置放大倍數(shù) Ks=53晶閘管整流電路滯后時(shí)間Ts=0.0017s主要技術(shù)指標(biāo)：速度調(diào)節(jié)范圍 0-1500 r/min，速度控制精度 0.1%（額定轉(zhuǎn)速時(shí)）

6、，電流過(guò)載倍數(shù)為1.5倍。主要要求：直流電動(dòng)機(jī)的控制電源采用晶閘管裝置，在其輸入電壓為0-5伏是可以輸出0-264伏電壓，為電機(jī)提供最大25安培輸出電流。速度檢測(cè)采用光電編碼器（光電脈沖信號(hào)發(fā)生器），且假定其輸出的A、B兩相脈沖經(jīng)光電隔離辨向后獲得每轉(zhuǎn)1024個(gè)脈沖的角度分辨率和方向信號(hào)。電流傳感器采用霍爾電流傳感器，其原副邊電流比為1000：1，額定電流為50安培。采用雙閉環(huán)環(huán)（速度環(huán)和電流環(huán)）控制方式。計(jì)算機(jī)則要求采用51內(nèi)核的單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制。2、 電動(dòng)機(jī)供電方案選擇變電壓調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)用的主要方法，調(diào)節(jié)電樞供電電壓所需的可控制電源通常有3種：旋轉(zhuǎn)電流機(jī)組，靜止可控整流器，直流斬波器和

7、脈寬調(diào)制變換器。旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組簡(jiǎn)稱G-M系統(tǒng)，用交流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)組成機(jī)組，以獲得可調(diào)的直流電壓。適用于調(diào)速要求不高，要求可逆運(yùn)行的系統(tǒng)，但其設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低、維護(hù)不便。用靜止的可控整流器，例如，晶閘管可控整流器，以獲得可調(diào)直流靜止可控整流器又稱V-M系電壓。通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓來(lái)移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，即可改變Ud，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，且控制作用快速性能好，提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。直流斬波器和脈寬調(diào)制交換器采用PWM，用恒定直流或不可控整流電源供電，利用直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器產(chǎn)生可變的平均電壓。與VM系統(tǒng)相比，PWM系統(tǒng)在很多方面有較大的優(yōu)越性：一、 主電路線路簡(jiǎn)單，需要的

8、功率器件少；二、 開(kāi)端頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗及發(fā)熱都較?。喝?、 低速性能好，穩(wěn)速精度該，調(diào)速范圍寬，可達(dá)1：10000左右；四、 若與快速響應(yīng)的電動(dòng)機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)；五、 功率開(kāi)關(guān)器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，道通損耗小，當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率適當(dāng)時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗也不大，因而裝置效率高；六、 直流電源采用不控整流時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流高。本設(shè)計(jì)應(yīng)脈寬調(diào)速要求，采用直流PWM調(diào)速系統(tǒng)。3、 晶體管PWM功率放大器方案選擇方案一 單極性控制方式，這種控制方式的特點(diǎn)是在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)兩只功率管以較高的開(kāi)關(guān)頻率互補(bǔ)開(kāi)關(guān)，保證可以得到理想的正弦輸出電壓：另兩只功率管以較低的輸出

9、電壓基波頻率工作，從而在很大程度上減小了開(kāi)關(guān)損耗。但又不是固定其中一個(gè)橋臂始終為低頻(輸出基頻)，另一個(gè)橋臂始終為高頻(載波頻率)，而是每半個(gè)輸出電壓周期切換工作，即同一個(gè)橋臂在前半個(gè)周期工作在低頻，而在后半周則工作在高頻，這樣可以使兩個(gè)橋臂的功率管工作狀態(tài)均衡，對(duì)于選用同樣的功率管時(shí)，使其使用壽命均衡，對(duì)增加可靠性有利。 方案二 雙極性調(diào)制方式的特點(diǎn)是4個(gè)功率管都工作在較高頻率(載波頻率)，雙極性控制的橋式可逆PWM變換器有以下優(yōu)點(diǎn)：1） 電流一定連續(xù)；2） 可使電機(jī)在四象限運(yùn)行；3） 電機(jī)停止時(shí)有微振電流，可以消除靜摩擦死區(qū)；4） 低速平穩(wěn)性好，系統(tǒng)的調(diào)速范圍可達(dá)1：20000左右；5）

10、低速時(shí)，每個(gè)開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖仍較寬，有利于器件的可靠導(dǎo)。本設(shè)計(jì)選用雙極性控制的橋式可逆PWM變換器。1.1.2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理隨著調(diào)速系統(tǒng)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，傳統(tǒng)的采用 PI 調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)既能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的無(wú)靜差調(diào)節(jié)，又能較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)只能滿足一般生產(chǎn)機(jī)械的調(diào)速要求。為了提高生產(chǎn)率，要求盡量縮短起動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)過(guò)渡過(guò)程的時(shí)間，最好的辦法是在過(guò)渡過(guò)程中始終保持電流（即動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩）為允許的最大值，使系統(tǒng)盡最大可能加速起動(dòng)，達(dá)到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又讓電流立即降低，進(jìn)入轉(zhuǎn)矩與負(fù)載相平衡的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。要實(shí)現(xiàn)上述要求，其唯一的途徑就是采用電流負(fù)反饋控制方法，即采用速度、電流雙閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

11、在電流控制回路中設(shè)置一個(gè)調(diào)節(jié)器，專門用于調(diào)節(jié)電流量，從而在調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)置了轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器，形成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速控制。雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)中采用了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)現(xiàn)串級(jí)連接。圖11.1為轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理圖。圖中兩個(gè)調(diào)節(jié)器ASR和ACR分別為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器，二者串級(jí)連接，即把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。電流環(huán)在內(nèi)，稱之為內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外，稱之為外環(huán)。兩個(gè)調(diào)節(jié)器輸出都帶有限幅，ASR的輸出限幅什Uim決定了電流調(diào)節(jié)器ACR的給定電壓最大值Uim，對(duì)就電機(jī)的最大電流；電流調(diào)節(jié)器ACR

12、輸出限幅電壓Ucm限制了整流器輸出最大電壓值，限最小觸發(fā)角。圖1-1.1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖1.1.3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖1-1.2所示。圖中和分別表示轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。如果采用PI調(diào)節(jié)器，則有（1-1）（1-2）為了引出電流反饋，在電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)框圖中必須把電樞電流顯露出來(lái)。圖1-1.2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖1.1.4 數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)方框圖根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)為全數(shù)字式控制方式，因此要求微型計(jì)算機(jī)完成：電流環(huán)控制器運(yùn)算、速度環(huán)控制器運(yùn)算、位置環(huán)控制器運(yùn)算，以及與它們相應(yīng)的反饋信號(hào)的采樣和數(shù)字信號(hào)處理。

13、 本系統(tǒng)采用霍爾元件作為檢測(cè)電動(dòng)機(jī)電樞電流的傳感器,其電流容量為50A,轉(zhuǎn)換比例為1000：1?；魻栐z測(cè)得到的弱電流信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換、濾波、放大后,變成與電樞電流成比例的05V的直流電壓信號(hào),再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路,將模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,輸入微型計(jì)算機(jī)。本系統(tǒng)選用光電脈沖信號(hào)發(fā)生器作為速度反饋的測(cè)量元件,光電脈沖信號(hào)發(fā)生器將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的角位移量轉(zhuǎn)換成脈沖序列,通過(guò)計(jì)數(shù)器定時(shí)計(jì)數(shù)即可得到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的數(shù)字式反饋量。本系統(tǒng)由微型計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的控制,用全數(shù)字方式來(lái)取代傳統(tǒng)的模擬控制方式,不僅提高了系統(tǒng)的可靠性、靈活性,而且還為整個(gè)系統(tǒng)的多功能、智能化提供了必要條件。 經(jīng)上述考慮,本系統(tǒng)組成的方框圖

14、如圖1-1.3所示。 數(shù)字式位置控制器數(shù)字式速度控制器數(shù)字式電流控制器數(shù)字式PWM信號(hào)發(fā)生器PWM功率放大器M信號(hào)轉(zhuǎn)換濾波放大A/D轉(zhuǎn)換.PG光電隔離倍頻變向位置可逆計(jì)數(shù)器數(shù)字式速度測(cè)量計(jì)數(shù)器位置給定+-霍爾元件+圖1-1.3 數(shù)字式雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)方框圖1.1.5 數(shù)字式雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 數(shù)字式雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1-1.4所示圖1-1.4 數(shù)字式雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖1.1.6 8051單片機(jī)簡(jiǎn)介本系統(tǒng)要求微型計(jì)算機(jī)完成電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)的控制算法運(yùn)算以及相應(yīng)的反饋信號(hào)數(shù)字化測(cè)量和采樣,接收和處理上位微型計(jì)算機(jī)送給伺服系統(tǒng)的指令,采集伺服系統(tǒng)的有關(guān)信息并

15、反饋到上位微型計(jì)算機(jī)等。其中,電流環(huán)控制要求微型計(jì)算機(jī)有很快的響應(yīng)速度,其采樣頻率比較高。另外,為了保證足夠的控制精度和運(yùn)算速度,對(duì)微型計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)和指令功能也有更高的要求。本系統(tǒng)選用我們比較熟悉的8051作為微型計(jì)算機(jī)。18051單片機(jī)的基本組成 8051單片機(jī)由CPU和8個(gè)部件組成，它們都通過(guò)片內(nèi)單一總線連接，其基本結(jié)構(gòu)依然是通用CPU加上外圍芯片的結(jié)構(gòu)模式，但在功能單元的控制上采用了特殊功能寄存器的集中控制方法。其基本組成如下圖所示： 圖1-1.5 8051單片機(jī)基本組成2CPU及8個(gè)部件的作用功能介紹如下中央處理器CPU：它是單片機(jī)的核心，完成運(yùn)算和控制功能。內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：8051芯片

16、中共有256個(gè)RAM單元，能作為存儲(chǔ)器使用的只是前128個(gè)單元，其地址為00H7FH。通常說(shuō)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器就是指這前128個(gè)單元，簡(jiǎn)稱內(nèi)部RAM。特殊功能寄存器：是用來(lái)對(duì)片內(nèi)各部件進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視的控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個(gè)特殊功能的RAM區(qū)，位于內(nèi)部RAM的高128個(gè)單元，其地址為80HFFH。內(nèi)部程序存儲(chǔ)器：8051芯片內(nèi)部共有4K個(gè)單元，用于存儲(chǔ)程序、原始數(shù)據(jù)或表格，簡(jiǎn)稱內(nèi)部ROM。并行I/O口：8051芯片內(nèi)部有4個(gè)8位的I/O口（P0，P1，P2，P3），以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入輸出。串行口：它是用來(lái)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其他設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。定時(shí)器：8051片內(nèi)有2個(gè)16位的定時(shí)

17、器，用來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)或者計(jì)數(shù)功能，并且以其定時(shí)或計(jì)數(shù)結(jié)果對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。中斷控制系統(tǒng)：該芯片共有5個(gè)中斷源，即外部中斷2個(gè)，定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷2個(gè)和串行中斷1個(gè)。振蕩電路：它外接石英晶體和微調(diào)電容即可構(gòu)成8051單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列的時(shí)鐘電路。系統(tǒng)允許的最高晶振頻率為12MHz。38051單片機(jī)引腳圖1-1.6 8051單片機(jī)引腳圖第二節(jié) 主電路的設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算由于給定直流電動(dòng)機(jī)的額定電壓為220V，為保證供電質(zhì)量，應(yīng)采用三相降壓變壓器將電源電壓降低；為避免三次諧波電動(dòng)勢(shì)的不良影響，三次諧波電流對(duì)電源的干擾，主變壓器采用/Y聯(lián)結(jié)。1.2.1 整流變壓器的計(jì)算與設(shè)計(jì)變壓器二次側(cè)電壓：U2的確定原則是

18、要保證在電動(dòng)機(jī)的整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中，整流裝置都能夠提供要求的最大電流值1.5*Idnom，忽略IGBT壓降和換相重疊壓降后可列出下列公式：電動(dòng)機(jī)Ce=0.1352Udm=2.34*U2Ce*Nn+Idm考慮到電網(wǎng)電壓波動(dòng)，取波動(dòng)系數(shù)為0 .95，則有:U2=(Ce*Nn+Idm*R)/2.34=(0.1352*1500+1.5*17.3*2.5)/(0.95*2.34)= 120.41V整流器視在功率：Sn=3u2I2=3*17.3*1.5*120.41=9.37 KVA故，變壓器一次側(cè)電壓一般由供電電源決定取 u1=220V =9.37*1000/(3*220)=14.20 A 故變壓器應(yīng)選擇2

19、20V/220V視在功率為40KVA1.2.2 開(kāi)關(guān)器件IGBT參數(shù)計(jì)算與選擇由經(jīng)驗(yàn)公式得額定電壓為440V時(shí)開(kāi)關(guān)器件IGBT的耐壓應(yīng)選1200V的反向最大電壓：U=1200VI=1.5Id=1.5*9.37=14.06A1.2.3電阻、電容的選擇由限流電阻計(jì)算公式：R0= Ud02/Pe= (Ce*Nn+Idn*R) 2 / Pe =220 2/15000=3.23濾波電容器由經(jīng)驗(yàn)公式求得：C1=C2=4uF/V* Ud0=4*220=880uF并聯(lián)電阻一般取56-100k,則有：R1=R2=56k 1.2.4 整流功率二極管的選擇：選擇功率二極管的耐壓值：U=(2-3)Um=(2-3)*s

20、qr(2)*U2通態(tài)電流值：Ita=（1.5-2）Ivt=(1.5-2)*17.3/sqr(3)/1.57選取功率二極管數(shù)據(jù)為：900V/50A1.2.5 平波電抗器的選擇及計(jì)算平波電抗器：平波電抗器用于整流以后的直流回路中。整流電路的脈波數(shù)總是有限的，在輸出的整直電壓中總是有紋波的。這種紋波往往是有害的，需要由平波電抗器加以抑制。平波電抗器的電感量一般按低速輕載時(shí)保證電流連續(xù)的條件來(lái)選擇。對(duì)于三相橋式整流電路：（參考課程設(shè)計(jì)一數(shù)據(jù)）L=0.693U2/Idmin又因?yàn)橐话鉏dmin為電動(dòng)機(jī)額定電流的5%10%，這里去10%.In=17.3A因此：L=0.693U2/1.73又因?yàn)閁2=120

21、.41V所以：L=36.09mH1.2.6 快速熔斷器的選擇及計(jì)算熔斷器作用： 當(dāng)電路發(fā)生故障或異常時(shí)，伴隨著電流不斷升高，可能損壞電路中的某些重要器件或貴重器件，也有可能燒毀電路甚至造成火災(zāi)。若安置了熔斷器，那么，熔斷器就會(huì)在電流異常升高到一定的高度和一定的時(shí)候，自身熔斷切斷電流，從而起到保護(hù)電路安全運(yùn)行的作用?？焖偃蹟嗥鞯念~定電流的計(jì)算如下：Itn=*Ita/2 (A)其中Ita為晶閘管的額定通態(tài)平均電流，即為28.9A。因此：Itn=45.4A。快速熔斷器的額定電壓Utn可用下列公式計(jì)算：UtnKut*Uv /1.4Uv =U2=120.41V；Kut為元件電壓計(jì)算系數(shù),查表得2.45。

22、 因此：Utn501.7V第三節(jié) 調(diào)節(jié)器的選擇與計(jì)算反饋系數(shù)的確定：電樞電流是雙極性的，A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果為10位二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)： = 10V/nN=0.0066 min/r電流反饋系數(shù)： = U*im/Idm=10/(1.5*17.3)=0.385/A1.3.1 確定電流調(diào)節(jié)器時(shí)間常數(shù)1） 整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)Ts=0.0017s。2） 電流濾波時(shí)間常數(shù) Toi:取Toi=4ms=0.004s。3） 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之Ti近似處理，取Ti =Ts+Toi=0.0057s。4） 電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)Tl Tl0.017s5）電力拖動(dòng)系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)Tm Tm=0.076s6)Ks=401.3.

23、2電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)要求并保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)差，可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性型的，因此可用PI型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為WACR（S）=Ki（is +1）/isKi-電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；i-電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。檢查對(duì)電源電壓的抗干擾性能：Tl /TI =0.017s/0.0057s=2.98,參照教材中表2-3的典型型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能，各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的。 圖1-3.1 電流環(huán)等效近似處理后校正成為典型I系統(tǒng)框圖1.3.3電流調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：i=Tl=0.017s電流環(huán)開(kāi)環(huán)增益：要求i5時(shí),查表得KITi=0.5,因此KI=0

24、.5/0.0057s=87.71s-1于是，ACR的比例系數(shù)為： Ki=KIiR/Ks=17.54電流環(huán)采樣角頻率：Wsi=10Wci=877.1s-1電流環(huán)采樣時(shí)間：Ti=1/(Wsi/2pi)=0.007s1.3.4 確定轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器時(shí)間常數(shù)1）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)1/KI 已知KITi=0.5，則 1/KI2Ti20.0057s0.0114s2）轉(zhuǎn)速時(shí)間常數(shù)Ton。取Ton=0.01s3）轉(zhuǎn)速小時(shí)間常數(shù) Tn。按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取 Tn1/KITon0.0214s1.3.5 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng)該設(shè)計(jì)成典型II系統(tǒng)，系統(tǒng)同時(shí)也能滿足動(dòng)態(tài)抗擾性能

25、好的要求。圖1-3.2轉(zhuǎn)速環(huán)等效近似處理后校正成為典型II系統(tǒng)框圖ASR也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：WASR（s）= Kn（ns +1）/nsKn-轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；n-轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。1.3.6 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取h=5，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為n=hTn=50.0214s=0.107s轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)增益：KN=(h+1)/2h2Tn2=6/(2520.02142)=263.03s-2ASR的比例系數(shù)為： Kn=(h+1)CeTm/2hRTn=18.28轉(zhuǎn)速環(huán)采樣角頻率：Wsn=10Wcn=280.37s-1電流環(huán)采樣時(shí)間：Tn=1/(Wsn/

26、2pi)=0.0224s第四節(jié) PWM信號(hào)發(fā)生電路設(shè)計(jì)一、PWM控制器設(shè)計(jì)1-1 PWM信號(hào)發(fā)生電路設(shè)計(jì) 圖1-4.2 PWM信號(hào)發(fā)生電路PWM波可以由具有PWM輸出的單片機(jī)通過(guò)編程來(lái)得以產(chǎn)生，也可以采用PWM專用芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)PWM波的頻率太高時(shí)，它對(duì)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的功率管要求太高，而當(dāng)它的頻率太低時(shí)，其產(chǎn)生的電磁噪聲就比較大，在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)PWM波的頻率在18KHz左右時(shí)，效果最好。在本系統(tǒng)內(nèi)，采用了兩片4位數(shù)值比較器4585和一片12位串行計(jì)數(shù)器4040組成了PWM信號(hào)發(fā)生電路。兩片數(shù)值比較器4585，即圖上U2、U3的A組接12位串行4040計(jì)數(shù)輸出端Q2Q9，而U2、U3的B組接到單

27、片機(jī)的P1端口。只要改變P1端口的輸出值，那么就可以使得PWM信號(hào)的占空比發(fā)生變化，從而進(jìn)行調(diào)速控制。12位串行計(jì)數(shù)器4040的計(jì)數(shù)輸入端CLK接到單片機(jī)C51晶振的振蕩輸出XTAL2。計(jì)數(shù)器4040每來(lái)8個(gè)脈沖，其輸出Q2Q9加1，當(dāng)計(jì)數(shù)值小于或者等于單片機(jī)P1端口輸出值X時(shí)，圖中U2的（AB）輸出端保持為低電平，而當(dāng)計(jì)數(shù)值大于單片機(jī)P1端口輸出值X時(shí)，圖中U2的（AB）輸出端為高電平。隨著計(jì)數(shù)值的增加，Q2Q9由全“1”變?yōu)槿?”時(shí)，圖中U2的（AB）輸出端又變?yōu)榈碗娖?，這樣就在U2的（AB）端得到了PWM的信號(hào)，它的占空比為（255 -X / 255）*100%，那么只要改變X的數(shù)值，

28、就可以相應(yīng)的改變PWM信號(hào)的占空比，從而進(jìn)行直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。使用這個(gè)方法時(shí)，單片機(jī)只需要根據(jù)調(diào)整量輸出X的值，而PWM信號(hào)由三片通用數(shù)字電路生成，這樣可以使得軟件大大簡(jiǎn)化，同時(shí)也有利于單片機(jī)系統(tǒng)的正常工作。由于單片機(jī)上電復(fù)位時(shí)P1端口輸出全為“1”，使用數(shù)值比較器4585的B組與P1端口相連，升速時(shí)P0端口輸出X按一定規(guī)律減少，而降速時(shí)按一定規(guī)律增大。1-2 PWM發(fā)生電路主要芯片的工作原理1芯片4585 （1）芯片4585的用途：對(duì)于A和B兩組4位并行數(shù)值進(jìn)行比較，來(lái)判斷它們之間的大小是否相等。（2）芯片4585的功能表：輸入輸出比較級(jí)取A3、B3A2、B2A1、B1A0、B0ABABA

29、3B3*1001A3=B3A2B2*1001A3=B3A2=B2A1B1*1001A3=B3A2=B2A1=B1A0B0*1001A3=B3A2=B2A1=B1A0=B0001001A3=B3A2=B2A1=B1A0=B0010010A3=B3A2=B2A1=B1A0B0100100A3=B3A2=B2A1B1*100A3=B3A2B2*100A3B3*100（3）芯片4585的引腳圖： 圖1-4.3 4585的引腳圖2芯片4040 芯片4040是一個(gè)12位的二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器，所有計(jì)數(shù)器位為主從觸發(fā)器，計(jì)數(shù)器在時(shí)鐘下降沿進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)CR為高電平時(shí)，它對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行清零，由于在時(shí)鐘輸入端使用施密特

30、觸發(fā)器，故對(duì)脈沖上升和下降時(shí)間沒(méi)有限制，所有的輸入和輸出均經(jīng)過(guò)緩沖。芯片4040提供了16引線多層陶瓷雙列直插、熔封陶瓷雙列直插、塑料雙列直插以及陶瓷片狀載體等4種封裝形式。（1）芯片4040的極限值：電源電壓范圍：-0.5V18V輸入電壓范圍：-0.5VVDD+0.5V輸入電流范圍：10mA貯存溫度范圍：-65C150C（2）芯片4040引出端功能符號(hào)：CP: 時(shí)鐘輸入端 CR：清除端 Q0Q11：計(jì)數(shù)脈沖輸出端 VDD: 正電源 VSS: 地端（3）芯片4040功能表：輸入輸出CPCR*LLH保持計(jì)數(shù)所有輸出端均為L(zhǎng)（4）芯片4040的引腳圖：圖1-4.4 4040的引腳圖1-3驅(qū)動(dòng)電路設(shè)

31、計(jì)電路中驅(qū)動(dòng)采用的是IR2112S芯片，IR2112S芯片是IR公司專為驅(qū)動(dòng)功率開(kāi)關(guān)管而設(shè)計(jì)的，是一種高電壓高速的功率MOSFET和IGBT驅(qū)動(dòng)器，它有兩個(gè)獨(dú)立的高端和低端輸出通道，一個(gè)芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)MOSFET管或IGBT管。輸出的浮置通道可用來(lái)驅(qū)動(dòng)高端接于600V(最大)的N溝道電力MOSFET或IGBT。圖1-5.1為SOIC封裝的IR2112S的引腳排列。圖1-5.1 IR2112S的引腳排列IR2112S具有的特點(diǎn)是：(1)浮置通道具有自舉電路，工作電壓可達(dá)600V，抗dv/dt干擾；(2)驅(qū)動(dòng)電壓為10V以上；(3)禁止直通邏輯(一個(gè)橋的上下臂不能直通)； (4)兩個(gè)傳輸通道延時(shí)

32、相同； (5)高端輸出與HIN輸入相位相同，低端輸出與/LIN相位相同（如圖1-5.2）。圖1-5.2 IR2112S的控制邏輯二、轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速的測(cè)量使用編碼盤。光電式旋轉(zhuǎn)編碼器在數(shù)字測(cè)速中常用作為轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)角的檢測(cè)元件。由光電式旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)生與被測(cè)轉(zhuǎn)速成正比的脈沖，測(cè)速裝置將輸入脈沖轉(zhuǎn)換為以數(shù)字形式表示的轉(zhuǎn)速值。本系統(tǒng)選用M法測(cè)速。2-1旋轉(zhuǎn)編碼器的原理及選擇電編碼器來(lái)采樣轉(zhuǎn)速信號(hào)。增量式編碼器是專門用來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)角位移的累計(jì)量。圖1-7.1增量式光電編碼盤結(jié)構(gòu)及信號(hào)輸出這里以三相編碼器為例介紹增量式編碼器的工作原理及其結(jié)構(gòu)。增量式光電編碼器在圓盤上有規(guī)則地刻有透光和不透光的線條。在圓盤

33、兩側(cè)放發(fā)光元件和光敏元件。當(dāng)圓盤隨電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光敏元件接收的光通量隨透光線條同步變化，光敏元件輸出波形經(jīng)過(guò)整形后變?yōu)槊}沖。碼盤上有相標(biāo)志，每轉(zhuǎn)一圈Z相輸出一個(gè)脈沖。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還可提供相位相差90的兩路脈沖信號(hào)，如圖1-7.1所示。轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向信號(hào)處理：將A、B兩相脈沖中任何一相輸入計(jì)數(shù)器中均可使計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。編碼盤輸出的Z相脈沖用于復(fù)位計(jì)數(shù)器，每轉(zhuǎn)一圈復(fù)位一次計(jì)數(shù)器；編碼盤的旋轉(zhuǎn)方向可以通過(guò)D觸發(fā)器的輸出信號(hào)Q來(lái)判斷。整形后的A、B兩相輸出信號(hào)分別接到D觸發(fā)器的時(shí)鐘端和D輸入端，D觸發(fā)器的CLK端在A相脈沖的上升沿觸發(fā)。由于A、B兩相的脈沖相位相差90，當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)（假設(shè)B相脈

34、沖超前時(shí)為正轉(zhuǎn)，反之為反轉(zhuǎn)），B相脈沖超前A相脈沖90，觸發(fā)器總是在B脈沖為高電平時(shí)觸發(fā)，這時(shí)D觸發(fā)器的輸出端Q輸出為高電平。如圖1-7.2所示。當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，A相脈沖超前B相脈沖90，則D觸發(fā)器總是在B脈沖為低電平時(shí)觸發(fā)，這時(shí)Q輸出端輸出為低電平。由此確定電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。圖1-7.2電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向判別2-2 M法測(cè)速的實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)中，使用單片機(jī)的T/C0和T/C1分別記數(shù)高頻時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)和同時(shí)間內(nèi)旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的脈沖個(gè)數(shù)。由于T/C0還要給8279給定時(shí)鐘信號(hào)，因此工作于計(jì)數(shù)器方式，時(shí)鐘信號(hào)為單片機(jī)時(shí)鐘的1/2分頻即4MHZ，定時(shí)器初值設(shè)為80H。T/C0溢出中斷后，記錄T/C1的數(shù)值，并將單片

35、機(jī)PB0清零，延時(shí)5個(gè)時(shí)鐘之后，置位PB0口后重新開(kāi)始記數(shù)，再次溢出中斷時(shí)：如果測(cè)速容許，再次記錄T/C1的數(shù)值，否則將單片機(jī)PB0清零，延時(shí)之后置位PB0口，重新記數(shù)。這樣循環(huán)，T/C0完成了記數(shù)高頻時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)和8279脈沖信號(hào)的輸出。那么，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為： 式中，高頻時(shí)鐘頻率=4HZ；旋轉(zhuǎn)編碼器的光柵數(shù)P=1024；=64.三、電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì)1-1直流電流檢測(cè)電路圖 直流電流檢測(cè)電路1-2直流電流檢測(cè)電路主要芯片的工作原理1、UGN-3501M:集成霍爾傳感器UGN-3501M原理圖2、AD522集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD522功能管腳4、A/D轉(zhuǎn)化及芯片選擇3-1 芯片ADC0809介紹AD

36、C0809是8位、逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換芯片，具有地址鎖存控制的8路模擬開(kāi)關(guān)，應(yīng)用單一的+5V電源，其模擬量輸入電壓的范圍為0V-+5V，其對(duì)應(yīng)的數(shù)字量輸出為00H-FFH，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s，無(wú)須調(diào)零或者調(diào)整滿量程。3-2 ADC0809的引腳及其功能ADC0809有28個(gè)引腳，其中IN0-IN7接8路模擬量輸入。ALE是地址鎖存允許，、接基準(zhǔn)電源，在精度要求不太高的情況下，供電電源就可以作為基準(zhǔn)電源。START是芯片的啟動(dòng)引腳，其上脈沖的下降沿起動(dòng)一次新的A/D轉(zhuǎn)換。EOC是轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，可以用于向單片機(jī)申請(qǐng)中斷或者供單片機(jī)查詢。OE是輸出允許端。CLK是時(shí)鐘端。DB0-DB7是數(shù)字量的輸出

37、。ADDA、ADDB、ADDC接地址線用以選定8路輸入中的一路，詳見(jiàn)下圖。ADDCADDBADDA選通輸入通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7圖1-6.1 ADC0809引腳圖及功能表5、鍵盤顯示單元按鍵控制與LED顯示單元完成系統(tǒng)參數(shù)（占空比和轉(zhuǎn)速）的實(shí)時(shí)顯示，以及通過(guò)鍵盤輸入系統(tǒng)的給定（占空比）。本系統(tǒng)中通過(guò)8279芯片來(lái)擴(kuò)展鍵盤和顯示接口。INTEL8279可以顯示8位或16位LED顯示器，可以和具有64個(gè)按鍵或傳感器的陣列相連，通過(guò)編程可以實(shí)現(xiàn)多種工作方式。8279的引腳圖如下：圖1-8.1 8279的引腳圖8279的主要

38、功能如下：鍵盤與顯示器同時(shí)工作；掃描式鍵盤工作方式；掃描式傳感器工作方式；用選通方式送入輸入信號(hào)帶有8字符的鍵盤；先入先出存儲(chǔ)器FIFO；觸點(diǎn)回彈時(shí)兩鍵封鎖或N鍵巡回；雙排8字或單個(gè)16字的數(shù)字顯示器；RAM工作方式可由單片機(jī)編程可編程掃描定時(shí)，鍵盤送入時(shí)有中斷輸出。8279與DB0-DB7與8051的PB.3PB.7、PD.1、PD.2口相連。8279的IRQ經(jīng)非門接到的INT0管腳上，可以實(shí)現(xiàn)鍵盤查詢或鍵盤中斷。由PB.0口為8279輸出定時(shí)時(shí)鐘。RD、WR與PD.5、PD.6相連，訪問(wèn)8279時(shí)，8051給出相應(yīng)的電平。8051的PD.4作為8279的片選（CS）信號(hào)。并且PD.7與82

39、79的A0相連。因此8279的地址分別為：數(shù)據(jù)口：7EFFH；命令口或狀態(tài)口：7FFFH。8279與4個(gè)共陰極顯示器和一個(gè)12鍵的小鍵盤連接。SL0-SL3的掃描按編碼方式經(jīng)74LS139譯碼輸出作為鍵盤的行掃描線，同時(shí)經(jīng)驅(qū)動(dòng)器75451接LED顯示器的COM端作為顯示器位掃描驅(qū)動(dòng)信號(hào)。OUTA與OUTB經(jīng)驅(qū)動(dòng)器74LS244與顯示器的段碼線相連，直接控制顯示字型，RP200A為8個(gè)200歐姆/0.5W上拉電阻。鍵盤的列掃描縣送會(huì)掃端RL0-RL3上。由8051單片機(jī)向它寫入命令后，它會(huì)自動(dòng)掃描鍵盤；有鍵按下時(shí)，會(huì)判斷鍵號(hào)，將鍵號(hào)存入內(nèi)部的FIFO緩沖器，并向8051單片機(jī)申請(qǐng)中斷。于是805

40、1單片機(jī)只要發(fā)出讀FIFO的命令，將鍵號(hào)讀入即可。要顯示數(shù)據(jù)，8051單片機(jī)只要向8279發(fā)出“寫顯示RAM”命令，將字型碼寫入，8279會(huì)自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描顯示6、泵生限制電路設(shè)計(jì)隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，交流變頻調(diào)速技術(shù)日益顯現(xiàn)出優(yōu)異的控制和調(diào)速性能，加上其高效率、易維護(hù)的特點(diǎn)，使其在機(jī)械設(shè)備的調(diào)速領(lǐng)域中應(yīng)用日益廣泛。隨之而來(lái)的制動(dòng)問(wèn)題越來(lái)越受到人們的關(guān)注，在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，異步電機(jī)的減速或停止是通過(guò)逐漸降低變頻器的輸出頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)的，隨著變頻器輸出頻率的降低，電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速降低，但是由于機(jī)械慣性的存在，電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不會(huì)突變。當(dāng)同步轉(zhuǎn)速小于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速時(shí)，電機(jī)便處于再生發(fā)電狀態(tài)，從而產(chǎn)生

41、反饋電流。1 變頻器再生運(yùn)行圖1所示為變頻器再生運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)其運(yùn)行在、象限時(shí)，其轉(zhuǎn)矩方向與旋轉(zhuǎn)方向相反，為再生運(yùn)轉(zhuǎn)。由于通用變頻器前級(jí)多采用不可控二極管整流，逆向功率流流向電網(wǎng)的通道被阻斷，少量的再生能量在電動(dòng)機(jī)和變頻器中消耗掉，大多數(shù)能量會(huì)儲(chǔ)存到電力電容器中，導(dǎo)致直流環(huán)節(jié)泵升電壓UDC持續(xù)升高，若不采取措施，勢(shì)必會(huì)造成變頻器過(guò)電壓保護(hù)動(dòng)作或者主電路器件因過(guò)壓擊穿或燒毀，因此大量的再生能量就必須另尋出路。能耗制動(dòng)單元配合制動(dòng)電阻可以很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)再生能量的消耗，達(dá)到變頻器制動(dòng)的目的。這種方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制動(dòng)方便的特點(diǎn)。2 能耗制動(dòng)工作方式能耗制動(dòng)是利用制動(dòng)電阻將再生能量轉(zhuǎn)換為熱量消耗掉的制動(dòng)方

42、式，制動(dòng)電阻連接在制動(dòng)回路上，能量流動(dòng)的路徑是：機(jī)械設(shè)備的機(jī)械能電動(dòng)機(jī)發(fā)電電能逆變器直流回路制動(dòng)電阻熱能。能耗制動(dòng)單元接線原理如圖2所示。其中的制動(dòng)電阻與絕緣門雙極晶體管IGBT組成的制動(dòng)單元串聯(lián)連接，然后并聯(lián)在直流回路上。這是一種處理再生能量最直接的辦法，它是將再生能量通過(guò)專門的能耗制動(dòng)電路消耗在電阻上，轉(zhuǎn)化為熱能。制動(dòng)單元控制目標(biāo)，使直流電壓在允許的范圍內(nèi)波動(dòng)。當(dāng)再生發(fā)電制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，回饋到直流回路的電能積累在電容器內(nèi)，導(dǎo)致電容器端直流電壓上升，再生發(fā)電功率越大，電壓上升速度越快，即上升斜率越大。當(dāng)直流電壓上升到制動(dòng)運(yùn)行時(shí)的電壓上限UDH時(shí)，制動(dòng)單元的控制電路使制動(dòng)開(kāi)關(guān)器件Q1導(dǎo)通，電阻被并

43、聯(lián)在直流回路上，開(kāi)始工作。當(dāng)直流電壓下降到制動(dòng)運(yùn)行電壓下限UDL時(shí)，制動(dòng)單元控制電路使Q 1截止，同時(shí)電阻被截止。能耗制動(dòng)電路的設(shè)計(jì)涉及制動(dòng)電阻阻值、功率、控制方式等幾個(gè)方面的分析與確定。制動(dòng)電阻阻值一方面關(guān)系到最大制動(dòng)能力的問(wèn)題，另一方面涉及到逆變器瞬間電流大小的問(wèn)題。因此，制動(dòng)電阻是制動(dòng)單元的重要參數(shù)；制動(dòng)單元的控制方式則涉及是否能夠有效地控制和實(shí)現(xiàn)控制過(guò)程的問(wèn)題.3 制動(dòng)控制單元設(shè)計(jì)3.1 直流電壓上下限的確定工程上，泵升電壓抑制電路的參數(shù)計(jì)算和選擇原則：(1)泵升電壓必須低于主電路電容器和功率器件的電壓定額，一般可選擇130% UC(0)作為上限 (其中,UC(0)為正常運(yùn)行時(shí)電容C上

44、的電壓值)。(2)泵升電壓抑制電路動(dòng)作結(jié)束時(shí)，為使系統(tǒng)能再次迅速電動(dòng)運(yùn)行，不應(yīng)使直流側(cè)電壓降得過(guò)低，必須等于或略大于正常運(yùn)行時(shí)UC(0)，一般可選擇110% UC(0)作為下限。三相電網(wǎng)電壓為380V，經(jīng)三相整流后，整流電壓的平均值UO：U1負(fù)載兩端線電壓 UP負(fù)載兩端相電壓當(dāng)正常運(yùn)行時(shí)，UC(0)=UO=514.8V。制動(dòng)電路的上限電壓值UDH =514.8130%=670V。制動(dòng)電路的下限電壓值UDL=514.8110%=566V。但是，在選擇制動(dòng)電路的下限時(shí)，考慮到電網(wǎng)波動(dòng)的影響，三相電網(wǎng)電壓為380V，設(shè)電網(wǎng)波動(dòng)為15%，則三相整流后電力電容器上的最大直流電壓約為620V。在制動(dòng)運(yùn)行時(shí)

45、，直流電壓的最低值應(yīng)該不低于620V，所以在此我們選擇UDL=620V。3.2 泵升電壓控制電路泵升電壓檢測(cè)和控制電路如圖3所示，當(dāng)電解電容C兩端的電壓Uin大于泵升電壓下限UDL時(shí)，U1B輸出高電平，三極管Q 2導(dǎo)通，A點(diǎn)電勢(shì)變?yōu)楦唠娖?。如果電壓繼續(xù)上升，當(dāng)Uin達(dá)到泵升電壓上限UDH時(shí)，U1A輸出高電平，晶閘管Q 3導(dǎo)通，B點(diǎn)電勢(shì)變?yōu)楦唠娖剑瑥亩谷龢O管Q 4導(dǎo)通，經(jīng)門極限流電阻. Rg使IGBT導(dǎo)通，制動(dòng)回路動(dòng)作。當(dāng). Uin下降至UDH與UDL之間時(shí)，由于晶閘管Q 3的作用，制動(dòng)回路依舊導(dǎo)通。直至電壓降至UDL以下時(shí)三極管Q 2截止，A點(diǎn)電勢(shì)降至0V，從而使晶閘管Q 3與三極管Q 4截

46、止，最終切斷制動(dòng)回路。4 制動(dòng)電阻的計(jì)算4.1 制動(dòng)電阻最小值制動(dòng)單元由制動(dòng)電阻和制動(dòng)功率管組成，構(gòu)成的制動(dòng)回路中，其最大電流受功率管Q 1最大電流的限制，最小制動(dòng)電阻：. (2)RBmin=UDL/IQmax UDL制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，直流電壓下限值 IQmax制動(dòng)控制功率管最大工作電流(取決于所選功率管型號(hào))4.2 制動(dòng)電阻最大值4.2.1根據(jù)變頻器額定電流計(jì)算再生發(fā)電能量流回直流回路時(shí)，是通過(guò)逆變器的。電阻上流過(guò)的瞬間電流，一部分來(lái)自逆變器，一部分來(lái)自電容器，因此，通過(guò)逆變器的電流必然不大于電阻中流過(guò)的電流。若電阻上的瞬間電流不超過(guò)變頻器的額定電流，那么對(duì)于變頻器來(lái)說(shuō)，肯定是安全的。電阻上的瞬間

47、電流在直流電壓處于上限時(shí)最大，按照歐姆定律得，制動(dòng)電阻最大值：(3)RBmax=UDH/Ievf UDH制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，直流電壓上限值 Ievf變頻器額定電流(取決于所選功率管型號(hào))當(dāng)選擇制動(dòng)電阻時(shí)，阻值在RBmin和RBmax之間進(jìn)行選取，即：. RBminRBRBmax。4.3 制動(dòng)電阻功率計(jì)算制動(dòng)電阻的工況屬于短時(shí)工作，即每次通電時(shí)間都很短，在通電時(shí)間內(nèi)，其溫升遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到穩(wěn)定溫升，而在每次斷電以后的停歇時(shí)間又較長(zhǎng)，其溫度可以降至與周圍環(huán)境溫度相同。因此，制動(dòng)電阻的標(biāo)稱功率可以大大小于通電時(shí)消耗功率，一般用下式計(jì)算： 式中B為選用系數(shù)。通?？扇?.30.5。.7、故障檢測(cè)電路設(shè)計(jì)7-1電流故障

48、檢測(cè)圖 電流故障檢測(cè)電路7-2溫度檢測(cè)電路圖 溫度檢測(cè)電路7-3電壓檢測(cè)電路圖 電壓檢測(cè)電路8、故障保護(hù)第二章系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)數(shù)字控制系統(tǒng)的控制規(guī)律是靠軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所有的硬件也必須由軟件實(shí)施管理。單片機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的軟件有主程序、初始化子程序、中斷服務(wù)子程序等。第一節(jié)主程序設(shè)計(jì)主程序流程圖如圖2-1.1所示。在主程序中，主要完成對(duì)各個(gè)可編程芯片進(jìn)行初始化和鍵盤參數(shù)設(shè)置的處理。鍵盤參數(shù)設(shè)置的處理主程序中的重要部分，這部分程序設(shè)計(jì)采用程序的模塊化，有效的解決了復(fù)雜的多重分支問(wèn)題。啟動(dòng)功能鍵按下時(shí)，系統(tǒng)開(kāi)始啟動(dòng)采樣定時(shí)并進(jìn)入實(shí)時(shí)控制階段，每次中斷返回時(shí)若有復(fù)位鍵和新的參數(shù)設(shè)置鍵按下則

49、返回鍵處理程序。YES開(kāi)始系統(tǒng)初始化按鍵處理有鍵按下？刷新顯示數(shù)據(jù)通訊NO系統(tǒng)初始化設(shè)定定時(shí)器工作方式設(shè)定I/O、鍵盤和顯示接口的工作方式參數(shù)及變量初始化返回圖2-1.1 主程序的流程圖圖2-1.2 初始化子程序流程圖如圖2-1.2，系統(tǒng)初始化包括中斷始化、各存儲(chǔ)單元賦初值、鍵盤顯示器的各數(shù)據(jù)程序表賦常數(shù)、各種限定值裝入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、設(shè)定堆棧指針、給主程序標(biāo)志寄存器送初始值、控制器設(shè)定初值等。主程序：0000 AJMP STARTSTART：CLR PSW.4 CLR PSW.3 ；選中工作寄存器0組 CLR C MOV R0 ，4FH MOV A ，30HCLEAR1：CLR A INC A

50、DJNZ R0 ，CLEAR1 ；清零30-7FH SETB TR0 ；定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0工作 MOV TMODE ，#01H ；定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作在方式1 SETB EA ；總中斷開(kāi)放 SETB IT0 ；置INTO為降沿觸發(fā) SETB IT1 ；置INT1為降沿觸發(fā)LJMP MAINLJMP CTCOLCALL SAMPLE.Fosc=12MHZ，用一個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)50ms，用R2作計(jì)數(shù)器，置初值14H，到定時(shí)時(shí)間后產(chǎn)生中斷，每執(zhí)行一次中斷服務(wù)程序，讓計(jì)數(shù)器內(nèi)容減1，當(dāng)計(jì)數(shù)器內(nèi)容減為0時(shí)，則到1s。第二節(jié) 中斷子程序流程圖中斷服務(wù)子程序完成實(shí)時(shí)性強(qiáng)的功能，如故障保護(hù)、PWM生成、狀態(tài)檢測(cè)和數(shù)字PI調(diào)節(jié)等,中斷服務(wù)子程序由相應(yīng)的中斷源提出申請(qǐng)，CPU實(shí)時(shí)響應(yīng)。1轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中斷服務(wù)子程序2電流調(diào)節(jié)中斷服務(wù)子程序3故障保護(hù)中斷服務(wù)子程序 1 2 3第三節(jié) PI控制子程序設(shè)計(jì)為了安全起見(jiàn)，系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器實(shí)行限幅，當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中斷服務(wù)子程序或電流調(diào)節(jié)中斷服務(wù)子程序進(jìn)行到“轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)”或“電流調(diào)節(jié)”時(shí)，便進(jìn)入PI控制子程序（如圖2-2.1）。PI程序：SETB EX1 ；開(kāi)放中斷1MOV R0，90H ；P1口（W）送R0,預(yù)設(shè)MOV R1，80H ；P0口（Y）送R1，實(shí)測(cè)MOV A，R0 ；W給AMOV B，R1 ；Y給BSUBB A，B ；ei給A