【正文】 性與一般二極管的反向特性相似。晶閘管承受反向電壓時(shí)，晶閘管處于反向阻斷狀態(tài)，只有很小的反向漏電流通過(guò)。反向電壓增加時(shí)，反向漏電流略有增加，但是總的來(lái)說(shuō) 很小。當(dāng)反向電壓增加到一定限度后，反向漏電流急劇增加，會(huì)導(dǎo)致晶閘管反向擊穿而損壞。 第二節(jié) 可控整流電路簡(jiǎn)介 一、 三相橋式全控整流電路簡(jiǎn)介 可控整流電路基本可分為單相可控整流電路、三相可控整流電路以及由此發(fā)展來(lái)的大功率 6相、 12 相整流電路等幾類(lèi)。單相可控整流電路可分為單相半控整流電路和單相全控整流電路兩類(lèi)，這種電路簡(jiǎn)單、調(diào)整方便，但是只適用負(fù)載功率較小的場(chǎng)合。當(dāng)負(fù)載功率較大時(shí)，考慮到三相負(fù)載的平衡，應(yīng)采用三相可控整流電路。三相可控整流電路也分為三相半控整流電路和三相全控整流電路兩類(lèi)。 三 相半控整流電路一般 只采用三個(gè)晶閘管，只需要三套觸發(fā)電路，不需要寬脈沖或雙脈沖觸發(fā)，因此在要求不高的場(chǎng)合中，可采用三相半控整流電路。本課題要求適應(yīng)負(fù)載的范圍比較寬，所以采用三相橋式全控整流電路 。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 8 圖 21 三相橋式全控整流電路 如圖 所示，三相橋式全控整流電路是由一組共陰極的三相半波可控整流電路與一組共陽(yáng)極的三相半波可控整流電路串連而成，控制角 ? 完全相同。在感性負(fù)載時(shí)有 ： ????? c os2 3222 2222 LLd UUUUU ?????? 輸出整流電壓 Ud的波形是兩組半波整流電壓的波形疊加。 通過(guò)改變晶閘管的控制角 ? ， 可以獲得 ? 2U? 的直流電壓。控制角 ? 的改變范圍為 0π 。 直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載除了本身的感性阻抗外，還有一個(gè)反電動(dòng)勢(shì) E。因此晶閘管在施加觸發(fā)脈沖后可導(dǎo)通的必要條件是，電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì) E和電感中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) eL 的代數(shù)和應(yīng)小于變壓器二次繞組的瞬時(shí)電壓。在整流情況下，電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì) E 的極性與整流電壓 Ud的極性相反 。 對(duì)于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)eL的極性，當(dāng)電流在增加時(shí)， eL的極性與 Ud的極性相反 ； 當(dāng)電流在減小時(shí)，eL的極性與 Ud的極性相同 ， 當(dāng)電流達(dá)到極值時(shí)， eL為零。 由于整流電路輸出電壓的波形是脈動(dòng)的，所以輸出電流的波形也是脈動(dòng)的，可以看成一個(gè)恒定的直流分量和一個(gè)包含高頻成分的交流分量組合。因?yàn)樨?fù)載只需要直流分量，為了消除負(fù)載電流中的交流分量，一般在電樞回路中串聯(lián)一個(gè)平波電抗器，保證整流電流的波形在較大范圍內(nèi)比較光滑。對(duì)于廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 9 直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載，過(guò)大的交流分量會(huì)使電機(jī)的換相惡化和損耗增大，因此應(yīng)該在直流側(cè)串聯(lián)平波電抗器，使輸出電流的波形比較光滑。 二、 整流電路對(duì)電網(wǎng)影 響 的分析 隨著整流裝置 容量的不斷增大和技術(shù)水平的不斷提高，在各個(gè)工業(yè)部門(mén)應(yīng)用的整流裝置的數(shù)量正在快速增長(zhǎng)，但是整流裝置對(duì)電網(wǎng)以及電網(wǎng)上的其它負(fù)載的危害也在不斷加大 。 在整流電路中，變壓器原邊的電流在大多數(shù)情況下，即使在最理想的情況下也是一定形狀的方波或階梯波，電流的波形和幅值取決于整流電路的形式和負(fù)載電流的平均值，也與控制角 ? 有關(guān)。高次諧波電流會(huì)引起電網(wǎng)電壓波形的畸變，這個(gè)畸變了的電壓波形會(huì)影響電網(wǎng)上的其它負(fù)載，因此必須予以處理。 抑制諧波措施大致有以下幾種方法 ： 增加整流電路的相 數(shù)，可知諧波中最低次的頻率在不斷增高，其幅值也越來(lái)越小，能夠顯著減少諧波的影響 ； 在整流裝置輸入端使用 LC 濾波器進(jìn)行濾波 ； 減小控制角 ? 。 整流裝置輸出的電壓發(fā)生變化時(shí)，若輸出的負(fù)載電流不變，則變壓器原邊的電流基本不變。原邊的電壓也基本不變，表明整流裝置的視在功率基本不變。顯然，當(dāng)輸出的直流電壓較低時(shí)，直流側(cè)的功率變低了，而整流裝置的視在功率不變，表明整個(gè)系統(tǒng)無(wú)功功率增大了。由此可以得出，電網(wǎng)電壓的波動(dòng)可以近似地認(rèn)為是無(wú)功功率的變化。電網(wǎng)電壓的波動(dòng)無(wú)疑地會(huì) 對(duì)電網(wǎng)中的其它負(fù)載產(chǎn)生不良影響可以在負(fù)載端并聯(lián)電容器抑制電壓波動(dòng)，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，減少無(wú)功功率的沖擊。 各種晶閘管和其它電力電子器件的迅速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，對(duì)于各個(gè)工業(yè)部門(mén)提高生產(chǎn)技術(shù)水平、改善生產(chǎn)過(guò)程和提高經(jīng)濟(jì)效益都有很大的作用。但是必須同時(shí)看到，隨著各種 電 力電子設(shè)備應(yīng)用數(shù)量的不斷增多和容量的不斷增大，對(duì)供電電網(wǎng)造成的影響和危害也與日俱增。電力電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用，使電網(wǎng)中諧波的含量大大增加，造成了電力系統(tǒng)的污染。 變流裝置實(shí)質(zhì)上是一個(gè)非線性系統(tǒng)，交流側(cè)電流是變流裝置對(duì)直流電流進(jìn)行調(diào)制的結(jié)果，直流側(cè)電壓是 變流裝置對(duì)交流電壓進(jìn)行調(diào)制的結(jié)果。兩個(gè)結(jié)果相互作用，變流裝置兩端的高次諧波就是在這種情況下產(chǎn)生的。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 10 第三節(jié) AVR 單片機(jī) 一、 AVR 單片機(jī)的特點(diǎn) AVR 單片機(jī)廢除了機(jī)器周期，同時(shí)拋棄了復(fù)雜指令計(jì)算機(jī)（ CISC）追求指令完備的做法，采用精簡(jiǎn)指令集，以字作為指令長(zhǎng)度單位，將內(nèi)容豐富的操作數(shù)與操作碼安排在一字之中（指令集中占大多數(shù)的單周期指令都是如此），又可預(yù)取指令實(shí)現(xiàn)流水作業(yè)，故可高速執(zhí)行指令。 AVR 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)采取 8 位機(jī)與 16 位機(jī)的折中策略，即采用局部寄存器存堆（ 32 個(gè)寄存器文件）和單體高速輸入 /輸出 的方案（即輸入捕獲寄存器、輸出比較匹配寄存器及相應(yīng)控制邏輯）。這樣，既提高了指令執(zhí)行速度，克服了瓶頸現(xiàn)象，增強(qiáng)了功能；又減少了對(duì)外設(shè)管理的開(kāi)銷(xiāo)，相對(duì)簡(jiǎn)化了硬件結(jié)構(gòu)，降低了成本。 二、 ATmega16 單片機(jī) 圖 22 ATmega16 引腳圖 ATmega16 是基于增強(qiáng)的 AVR RISC 結(jié)構(gòu)的低功耗 8 位 CMOS 微控制器。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間， ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá) 1 MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。 ATmega16 有如下特點(diǎn) :16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash(具有同時(shí)讀寫(xiě)的能力，即 RWW)， 512 字節(jié) EEPROM， 1K 字節(jié) SRAM， 32 個(gè)通用 I/O 口線， 32 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 11 個(gè)通用工作寄存器，用于邊界掃描的 JTAG 接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器 (T/C),片內(nèi) /外中斷，可編程串行USART，有起始條件檢測(cè)器的通用串行接口， 8路 10位具有可選差分輸入級(jí)可編程增益 (TQFP 封裝 ) 的 ADC ，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門(mén)狗定時(shí)器，一個(gè) SPI 串行端口，以及六個(gè)可以通過(guò)軟件進(jìn)行選擇的省電模式。 工作于空閑模式 時(shí) CPU 停止工作，而 USART、兩線接口、 A/D 轉(zhuǎn)換器、 SRAM、 T/C、SPI 端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式時(shí)晶體振蕩器停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復(fù)位之外都停止工作；在省電模式下，異步定時(shí)器繼續(xù)運(yùn)行，允許用戶(hù)保持一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)，而其余功能模塊處于休眠狀態(tài)； ADC 噪聲抑制模式時(shí)終止 CPU 和除了異步定時(shí)器與 ADC 以外所有 I/O 模塊的工作，以降低 ADC 轉(zhuǎn)換時(shí)的開(kāi)關(guān)噪聲； Standby 模式下只有晶體或諧振振蕩器運(yùn)行，其余功能模塊處于休眠狀態(tài)，使得器件只消耗極少的電流，同時(shí)具有快速啟動(dòng) 能力；擴(kuò)展 Standby 模式下則允許振蕩器和異步定時(shí)器繼續(xù)工作。 ATmega16 具有一整套的編程與系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具，包括： C 語(yǔ)言 編譯器、宏匯編、 程序調(diào)試器 / 軟件仿真器、仿真器及評(píng)估板 。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 12 第 三 章 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 雙 閉 環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)采 用 模擬電路組成 整 個(gè)系統(tǒng)。本章將簡(jiǎn)單介紹 直 流調(diào)速原理和雙閉環(huán) 調(diào) 速 ， 然后就系統(tǒng)各組成部分，如速度環(huán)、電流環(huán)和晶 閘管脈沖觸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)分析，最后研究 雙閉環(huán)直 流 調(diào) 速系統(tǒng)實(shí)際運(yùn) 行 效 果及 存在的 問(wèn)題。 第一節(jié) 直流調(diào)速原理簡(jiǎn)介 一、直流電機(jī)工作原理 我們知道直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性方程為 ： 2N a s eme N e T NU R RnTC C C????? 31 由 此 可 知 ， 當(dāng)我們改變電樞電 壓大 小，即 可 達(dá)到 調(diào) 速效果 。直 流調(diào)速系統(tǒng)就是采用了 晶閘管調(diào)壓 原理， 調(diào)壓調(diào) 速 在 整個(gè)調(diào)速范 圍 內(nèi)有較 大 硬度且調(diào)速范圍很寬 。 直 流電動(dòng)機(jī) 具 有四象限 運(yùn) 行特 性。糖 分離機(jī)使 用 的 直 流 電動(dòng)機(jī)工作在一、二象限。當(dāng)減速時(shí)系統(tǒng)處于逆變狀態(tài) (第 二 象限 )，能將電動(dòng)機(jī)機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芑厮偷诫娋W(wǎng)上。這部分原理在以后會(huì)詳細(xì)論述。 二、晶閘管調(diào)速原理 我們知道各相波形的交點(diǎn)為自然換相點(diǎn)。當(dāng)控 制角〔 ? 〕 改變時(shí)， 三 相橋式全控整流電路輸出的平均電壓 (Ud)也隨之變化 。 調(diào)速系統(tǒng)是采用了 二 組橋式全控整流電路，分別處于整流 (第一象限 )和逆變 (第二象限 )狀態(tài)。其 工作方式也將在后文給出詳細(xì)論述 第二節(jié) 雙閉環(huán)調(diào)速原理 如圖 3 1 為 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖。系統(tǒng)外環(huán)是速度環(huán)，內(nèi)環(huán)是電流環(huán)，分別對(duì)轉(zhuǎn)速和電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，兩者之間實(shí)行串行聯(lián)接。用于串聯(lián)較正和改變系統(tǒng)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性以及綜合輸入和反饋信號(hào) 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 13 A S R A CR電流檢測(cè)器速度檢測(cè)器U*n△ U UnfUn UifUi*Uk=ΠGTUdS D R三 相 電 源 圖 31 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)圖 上圖中， ASR代表速度調(diào) 節(jié) 器， ACR代表電流 調(diào)節(jié) 器， GT代表 晶閘管 觸發(fā)裝 置 , SDR代表 晶閘 管橋 組。 一 、 速度環(huán)工作原理 在 主 電機(jī)上安裝一直流測(cè)速發(fā) 電 機(jī)，發(fā)出 正 比 于主 電機(jī)轉(zhuǎn)速的電壓，此電 壓 Unf與給定 電壓 U*n相比較，其偏差 ?Un送到速度 調(diào) 節(jié)器 ASR中去，如欲調(diào)整，可以改變給定 電壓。 例如提高 U*n， 則有較 大 ?Un加到 ASR輸入 端， ASR自 動(dòng) 調(diào) 節(jié)GT， 使觸發(fā)脈沖前移 (? 減小 )，整 流電 壓 Ud提高， 電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn) 速上升，與 此 同時(shí)， Unf也 相 應(yīng)增加 。當(dāng)?shù)扔?或 接 近給 定值時(shí)， 系統(tǒng)達(dá)到 平 衡，電 動(dòng) 機(jī) 在 給定數(shù)值 下 以較高的轉(zhuǎn)速穩(wěn) 定 轉(zhuǎn)動(dòng) 。 如果電動(dòng)機(jī)負(fù)載或交流電壓發(fā)生變化或其它擾動(dòng)，則經(jīng)過(guò)速度反饋后，系統(tǒng)能起到 自 動(dòng)調(diào) 節(jié) 和穩(wěn)定 作用。 比如，當(dāng)電機(jī)負(fù)載增加時(shí)，轉(zhuǎn)速 下 降，平衡狀態(tài)被破 壞， 調(diào) 節(jié) 器輸出電 壓 增加，觸發(fā)脈沖前移 （ ? 變小 )， Ud提高，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升。當(dāng)其恢復(fù)到原來(lái)數(shù)值時(shí)， Unf又等于給定電壓，系統(tǒng)又達(dá)到平衡狀態(tài)。如果擾動(dòng)不是來(lái)自負(fù)載而是來(lái)自交流電網(wǎng)，比如交流電壓下降，則系統(tǒng)也會(huì)按 上 述過(guò)程進(jìn)行調(diào)節(jié)，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速維持在 給定值上運(yùn)行。同樣道理，當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載 下 降，或交流電壓提高時(shí)，系統(tǒng)將按與上述相反過(guò)程進(jìn)行調(diào) 節(jié)， 最后仍能維持電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速近似不變。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR作用如 下： 1) 使轉(zhuǎn)速 n跟隨給定電壓 Un*變化，保證轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)無(wú)靜 差 2） 對(duì)負(fù)載變化起抗干擾的作用 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 14 3） 輸出限幅值決定電樞主回路的最大允 許 電流值 Idm 二 、電流環(huán)工作原理 電流調(diào)節(jié)器也有兩個(gè)輸入信號(hào)。一個(gè)是速度調(diào)節(jié)器輸出反映偏差 大 小的主控信號(hào) nU ， 一 個(gè)是由 電 流互感器測(cè)出的反映主回路電流反饋信號(hào) nfU ， 當(dāng)突加速度給定個(gè)很大的輸入值，其輸出整定在最 大 飽和值上，與此同時(shí)電樞電流為最 大 值，從而電動(dòng)機(jī)在加速過(guò)程中始終保持在最 大 轉(zhuǎn)矩和最大加速度，使起、制動(dòng)過(guò)渡時(shí)間最短。 如果電網(wǎng)電壓發(fā)生突變 (如降低 )時(shí)，整流器輸出電壓也會(huì)隨之變化 （ 降低 ） ，引起 主 回路電流變化 （ 減小 )， 由于快速性好，不經(jīng)過(guò) 電動(dòng) 機(jī)機(jī)械環(huán)節(jié) 的電流反饋環(huán)的作 用 ，立即