【正文】 求L≥（20～30）μH；也可采用鐵心電抗器，L值可偏大些。 電流上升率 ：導通時電流上升率太大，則可能引起門極附近過熱，造成晶閘管損壞。 3）電壓和電流上升率的限制 電壓上升率 ：正相電壓上升率 較大時，會使晶閘管誤導通。 電流保護 快速熔斷器的斷流時間短，保護性能較好，是目前應(yīng)用最普遍的保護措施。電容耐壓可選加在晶閘管兩端工作電壓峰值 ～。 查下表： （3）晶閘管及整流二極管兩端的過電壓保護因此，一般不采用阻容保護，而只用壓敏電阻作過電壓保護,如圖(32)所示。 選?。?變壓器勵磁電流百分數(shù)I em 取值：當 S=1~10KVA時，對應(yīng)的I em =4~1，所以I em 取3。 變壓器連接及阻容選值 變壓器接法 單相 三相、二次Ｙ聯(lián)結(jié) 三相二次Ｄ聯(lián)結(jié) 阻容裝置接法 與變壓器二次側(cè)并聯(lián) Y聯(lián)結(jié) D聯(lián)結(jié) Y聯(lián)結(jié) D聯(lián)結(jié) 電容 Ｃ Ｃ 1/3C 3C C 電阻 Ｒ Ｒ 3R 1/3R R 對于三相電路，Ｒ和Ｃ的值可按上表換算。 圖31 （1）交流側(cè)過電壓保護 本設(shè)計采用阻容保護 過電壓保護 不能從根本上消除過電壓的根源，只能設(shè)法將過電壓的幅值抑制到安全限度之內(nèi)，這是過電壓保護的基思想。 此外，還需注意以下幾點： ①當周圍環(huán)境溫度超過+40℃時，應(yīng)降低元件的額定電流值。由于它具有單向?qū)щ娦?，不允許電流反向，對過電壓，過電流以及過高的 和 敏感，在低速運行時，導通角很小等等缺點，結(jié)合課題提供的參數(shù)，選擇適當?shù)木чl管型號十分重要。時整流電壓U d0 與二次電壓U 2 之比，即A=U d0 /U 2 ； B延遲角為α時輸出電壓U d 與U d0 之比，即B=U d /U d0 ； ε——電網(wǎng)波動系數(shù)； 1~——考慮各種因數(shù)的安全系數(shù)； 根據(jù)設(shè)計要求，采用公式： 由表查得 A=；取ε=；α角考慮10176。 變壓器二次側(cè)電壓U 2 的計算 U 2 是一個重要的參數(shù)，選擇過低就會無法保證輸出額定電壓。本設(shè)計采用的是直流電機，故還須通過整流電路使之變成連續(xù)的直流電壓。 圖21 單片機控制的直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 顯然靜特性優(yōu)于單閉環(huán)系統(tǒng)。 若采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，則可以近似在電機最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下，充分利用電機的允許過載能力，使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動，到達穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又可以讓電流迅速降低下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運行，此時起動電流近似呈方形波，而轉(zhuǎn)速近似是線性增長的，這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受到限制的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動過程。根據(jù)系統(tǒng)實際，選擇轉(zhuǎn)速，電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。而且工作可靠，能耗小，效率高。由于要求直流電壓脈動較小，故采用三相整流電路。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。旋轉(zhuǎn)變流機組簡稱GM系統(tǒng)，用交流電動機和直流發(fā)電機組成機組，以獲得可調(diào)的直流電壓。 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。系統(tǒng)用一臺單片機及外部擴展設(shè)備代替原模擬系統(tǒng)中速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、觸發(fā)器、鎖零單元和電流自適應(yīng)調(diào)節(jié)器等，從而使直流調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)全數(shù)字化。 調(diào)試即投產(chǎn)靈活方便,易于設(shè)計和修改設(shè)計； 設(shè)定值量化程度高,且狀態(tài)重復率好； 電壓波動小； (5) 數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)與模擬調(diào)速系統(tǒng)相對比,技術(shù)性能有如下優(yōu)點: (1) 與模擬系統(tǒng)類似, 全數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)已發(fā)展成為緊湊式和模塊式兩大類，但全數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)還是有模擬調(diào)速系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點,技術(shù)更先進,操作方便。即從過去的模擬控制向模擬數(shù)字混合控制發(fā)展,最后實現(xiàn)全數(shù)字化。 此次課題設(shè)計一個直流調(diào)速系統(tǒng)，包括主電路和控制回路。 直流調(diào)速系統(tǒng)，特別是雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用最廣的電氣傳動裝置之一。近年來，交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，然而直流拖動系統(tǒng)無論在理論上和實踐上都比較成熟，并且從反饋閉環(huán)控制的角度來看，它又是交流拖動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所以直流調(diào)速系統(tǒng)在生產(chǎn)生活中有著舉足輕重的作用。 論 直流調(diào)速是指人為地或自動地改變直流電動機的轉(zhuǎn)速,以滿足工作機械的要求。 課題背景與研究目標 廣泛地應(yīng)用于軋鋼機、冶金、印刷、金屬切削機床等許多領(lǐng)域的自動控制系統(tǒng)中。主電路由晶閘管構(gòu)成，控制回路主要由單片機，檢測電路，驅(qū)動電路，按鍵輸入，數(shù)碼顯示等構(gòu)成，檢測電路又包括電流檢測，轉(zhuǎn)速檢測，電源邏輯狀態(tài)檢測等部分。 在數(shù)字化系統(tǒng)中,除具有常規(guī)的調(diào)速功能外,還具有故障報警,診斷及顯示等功能,同時,數(shù)字系統(tǒng)通常具有較強的通信能力,通過選配適當?shù)耐ㄐ沤涌谀０?可方便地實現(xiàn)主站(如上一級PLC或計算機系統(tǒng))和從站(單機交,直流傳動控制裝置)間的數(shù)字通信,組成分級多機的自動化系統(tǒng)。 靜態(tài)精度高且能長期保持； (2) 參數(shù)實現(xiàn)軟件化,無漂移影響； (6) (8)(10) 標準及通用化程度高,除主CPU模塊外,僅數(shù)種附加模塊； 由此,數(shù)字化將在未來的調(diào)速設(shè)備中得到大量應(yīng)用。 第2章 根據(jù)電機的型號及參數(shù)選擇最優(yōu)方案，以確保系統(tǒng)能夠正常，穩(wěn)定地運行。適用于調(diào)速要求不高，要求可逆運行的系統(tǒng)，但其設(shè)備多、體積大、費用高、效率低、維護不便。受器件各量限制，適用于中、小功率的系統(tǒng)?？紤]使電路簡單、經(jīng)濟且滿足性能要求，選擇晶閘管三相全控橋交流器供電方案。同時，由于電機的容量較大，又要求電流的脈動小。電機轉(zhuǎn)速通過光電脈沖轉(zhuǎn)換器的計數(shù)，再直接連到單片機。采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實行串級聯(lián)接，這樣就可以實現(xiàn)在起動過程中只有電流負反饋，而它和轉(zhuǎn)速負反饋不同時加到一個調(diào)節(jié)器的輸入端，到達穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，只靠轉(zhuǎn)速負反饋，不靠電流負反饋發(fā)揮主要的作用，這樣就能夠獲得良好的靜、動態(tài)性能。在動態(tài)性能方面，雙閉環(huán)系統(tǒng)在起動和升速過程中表現(xiàn)出很快的動態(tài)跟隨性，在動態(tài)抗擾性能上，表現(xiàn)在具有較強的抗負載擾動，抗電網(wǎng)電壓擾動。 系統(tǒng)的工作原理 在此單片機控制的直流調(diào)速系統(tǒng)中，速度給定、速度反饋和電流反饋信號是通過模擬光電隔離器、A/D轉(zhuǎn)換器送入計算機，計算機按照已定的控制算法計算產(chǎn)生雙脈沖，經(jīng)并行口、數(shù)字光電隔離器、功率放大器送到晶閘管的控制級，以控制晶閘管輸出整流電壓的大小，平穩(wěn)的調(diào)節(jié)電動機的速度。 選擇過大又會造成延遲角α加大，功率因數(shù)變壞，整流元件的耐壓升高，增加了裝置的成本。裕量，則 B=cosα= 取U 2 =120V。 晶閘管的額定電壓 晶閘管實際承受的最大峰值電壓U Tm ，乘以（2～3）倍的安全裕量，參照標準電壓等級，即可確定晶閘管的額定電壓U TN ，即U TN =（2～3）U Tm [3] 整流電路形式為三相全控橋，而 ，則 取 晶閘管的額定電流 選擇晶閘管額定電流的原則是必須使管子允許通過的額定電流有效值 大于實際流過管子電流最大有效值 ，即 ②當元件的冷卻條件低于標準要求時，也應(yīng)降低元件的額定電流值。 晶閘管有換相方便，無噪音的優(yōu)點。抑制過電壓的方法不外乎三種：用非先行元件限制過電壓的幅度；用電阻消耗產(chǎn)生過電壓的能量；用儲能元件吸收產(chǎn)生過電壓的能量。 即在變壓器二次側(cè)并聯(lián)電阻R和電容C進行保護。 本系統(tǒng)采用DY連接。 C≥ 6I em S/U 2 2 = 633410 3 /120 2 = 選取20181。 S=1~10KVA， =1~5 ，所以 =3 R≥ U 2 2 /S = 120 2 / 10 3 = Ω 選取電阻為ZB110的電阻。 圖32 [4] 得 C=，R=100Ω?？焖偃蹟嗥骺梢园惭b在直流側(cè)、交流側(cè)和直接與晶閘管串聯(lián)。因此作用于晶閘管的正相電壓上升率應(yīng)有一定的限制。因此對晶閘管的電流上升率 必須有所限制。在容量較小系統(tǒng)中，也可把接晶閘管的導線繞上一定圈數(shù)，或在導線上套上一個或幾個磁環(huán)來代替橋臂電抗器。 1）算出電流連續(xù)的臨界電感量 可用下式計算，單位mH。該脈動電流可以看成一個恒定直流分量和一個交流分量組成。 所以 = = 3）電動機電感量 和變壓器漏電感量 式中 、 、n－直流電動機電壓、電流和轉(zhuǎn)速，常用額定值代入； p－電動機的磁極對數(shù)； －計算系數(shù)。 = －（+2）= 考慮限制電流脈動時的實際電感量： 本電路 = －（+2）= mH 如上述條件均需滿足時，應(yīng)取 和 中較大者作為串入平波電抗器的電感值，所以本電路選取 =6 mH 作為平波電抗器的電感值。 圖33雙閉環(huán)系統(tǒng)由兩個PI調(diào)節(jié)器組成，由單片機通過PI算法實現(xiàn)。 在觸發(fā)時，采用雙脈沖觸發(fā)方式，每次兩組各有一個晶閘管導通。 圖42 對三相全控橋式整流電路，在交流電的一個周期內(nèi)需要6個（或者3個）基準點。 [5] 對于單相電路，均使用絕對觸發(fā)方式。在穩(wěn)定情況下時，Δ=60 0 。觸發(fā)間距時間T Δ 可表示為： 每隔360 0 來一個同步脈沖（取自線電壓u ac 的過零點），以此為基準點，校正觸發(fā)第一對晶閘管VT1，VT6的控制角。 (43) 其中E為電源相電壓有效值。由它可算出對應(yīng)于某一u k 值的α值。 表41 脈沖分配表（0有效） 單元地址 數(shù)據(jù)（由I/O口輸出） 被觸發(fā)晶閘管 M M+1 M+2 M+3 M+4 M+5 X X 0 1 1 1 1 0 X X 1 1 1 1 0 0 X X 1 1 1 0 0 1 X X 1 1 0 0 1 1 X X 1 0 0 1 1 1 X X 0 0 1 1 1 1 SCR6,1 SCR1,2 SCR2,3 SCR3,4 SCR4,5 SCR5,6 檢測與驅(qū)動電路 雙閉環(huán)數(shù)字直流調(diào)速控制系統(tǒng)得采樣周期比較快，計算和控制任務(wù)也比較繁忙，因此需要使用高性能的單片機。 [7] 綜上，本系統(tǒng)采用Inter 系列中的80C51單片機。這時，MCU可讀入轉(zhuǎn)換結(jié)果。在調(diào)整速度給定值時，可按下速度給定顯示鍵。 速度測量 速度檢測有模擬和數(shù)字兩種檢測方法。 光電式旋轉(zhuǎn)編碼器是轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)角的檢測元件，旋轉(zhuǎn)編碼器與電動機相連，當電動機轉(zhuǎn)動時，帶動碼盤旋轉(zhuǎn)，便發(fā)出轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)角信號。增量式編碼器在碼盤上均勻地刻制一定數(shù)量的光柵，如圖44所示，當電動機旋轉(zhuǎn)時，碼盤隨之一起轉(zhuǎn)動。增量式旋轉(zhuǎn)編碼器示意圖 上述脈沖序列正確地反映了轉(zhuǎn)速的高低，但不能鑒別轉(zhuǎn)向。 圖45 采用旋轉(zhuǎn)編碼器的數(shù)字測速方法有三種：M法、T法和M/T法。電動機每轉(zhuǎn)一圈共產(chǎn)生Z個脈沖（Z=倍頻系數(shù)編碼光柵數(shù)），把f 1 除以Z就得到電動機的轉(zhuǎn)速。 2：T法測速 由于M/T法的計數(shù)值M 1 和M 2 都隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化，高速時，相當于M法測速，最低速時，M 1 =1，自動進入T法測速。 [9] 晶閘管控制 晶閘管觸發(fā)采用80C51的定時器T0實現(xiàn)。這里由于80C51的P1口在復位后初態(tài)為1，故采用0為有效輸出位，以保證初態(tài)時晶閘管處于截止狀態(tài)。 [10] 圖46 第5章先求出各個器件的傳遞函數(shù)，然后得出整個環(huán)的傳遞函數(shù)，并對環(huán)的穩(wěn)定性作出正確的分析，最后求出采樣周期，并通過相關(guān)算法用數(shù)字形式來實現(xiàn)。 原始數(shù)據(jù)： 直流電動機D的銘牌數(shù)據(jù)：型號Z 232 型，額定電壓220V，,額定轉(zhuǎn)速1000r/min, 勵磁電壓220V,運轉(zhuǎn)方式連續(xù)。 R D = 電動機電樞電感: R T = 整流變壓器電感: (52) 其中, R ε = R D +2 R T +R P +R r , R R 為晶閘管重疊角等效電阻。 =++2 （dn/dt） (53) I D(56) 其中，M為電動機電磁力矩； M FZ 為電動機軸上的負載力矩； I FZ 為電動機負載電流； n為電動機轉(zhuǎn)速； C μ 為電動機轉(zhuǎn)矩常數(shù)； C e 為電動機電勢常數(shù)； 由式(52)、(55)和(56)可以作出電動機結(jié)構(gòu)框圖，如圖52所示。 因此，可以認為反電勢對電流產(chǎn)生的影響很小，令△E=0，則圖53通過結(jié)構(gòu)圖變換，簡化為圖 54。,則K LF = ,其傳遞函數(shù)為 這樣晶閘管傳遞函數(shù)和電流反饋傳遞函數(shù)可并為一慣性環(huán)節(jié): 圖55 (511) 根據(jù)二階最佳工程設(shè)計方法，則有 τ i = 2KT ε = 2 = (s) τ D =T D = (s) 這樣可得:K 1 = K 0 K , T LT == K 2 = K , T LT （516） 電流環(huán)在階躍下的穩(wěn)態(tài)誤差 上式利用Z變換終值定理有 所以電流環(huán)在單位階躍輸入是無靜差的。但是此時速度反饋來不及跟上速度給定，即U