【正文】 其控制功率雖然較小，但低速時(shí)受到磁極飽和的限制，高速時(shí)受到換向火花和換向器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制；而且由于勵(lì)磁線圈電感較大，動(dòng)態(tài)性能也較差。圖為PWM降壓斬波器的原理電路及輸出電壓波形，假定晶閘管 V 先導(dǎo)通了 T 秒（忽略 V 的管壓降，這期間電源電壓 U全部加到電樞上），然后關(guān)斷了T 秒（這期間電樞端電壓為零）。使用下面三種方法中的任何一種，都可以改變的值，從而達(dá)到調(diào)壓的目的。T保持一定，使T在0~范圍內(nèi)變化。 橋式降壓斬波電路控制原理本文采用可逆調(diào)速，絕緣柵雙極型晶體管 VV,VV分別是同時(shí)導(dǎo)通關(guān)斷的，設(shè) V V 先導(dǎo)通T 秒后再同時(shí)關(guān)斷,間隔一定時(shí)間之后。 雙閉環(huán)控制原理（1） 電流環(huán)的設(shè)計(jì)由主電路可知，電流反饋環(huán)是霍爾電流傳感器(BHL)主電路電流進(jìn)行檢測，經(jīng)過放大濾波后進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器，再送入單片微機(jī)進(jìn)行反饋控制，軟件采用比例積分調(diào)節(jié)算法，有式 yk = [ + （）式中，Ts為采樣周期可知，PI調(diào)節(jié)的非遞推位置算式為 （）電流環(huán)的作用：（1）對(duì)內(nèi)環(huán)內(nèi)擾動(dòng)起及時(shí)抗擾作用。（5）其輸出限幅值用來限制αmin和βmin，防止丟脈沖，逆變失敗。在eε的情況下，將積分分離后有兩種運(yùn)算方法，一種是進(jìn)行比例調(diào)節(jié)運(yùn)算， 它適合用于比例系數(shù)較大的場合；另一種是直接輸出限幅值，使電動(dòng)機(jī)在最大容許的電樞電流下加速或減速，它適合于比例系數(shù)較小的場合。第四章 系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì) 主電路本設(shè)計(jì)整流電路由不可控的二極管三相橋式整流橋組成,采用功率晶體管GTR組成的直流PWM功率變換器。由于電容容量過大，突加電源時(shí)相當(dāng)于短路，勢必產(chǎn)生很大的充電電流，容易損壞整流二極管，為了限制充電電流，在整流器和濾波電容之間串加限流電阻（或者電抗），合上電源以后，延時(shí)開關(guān)將短路，以免在運(yùn)行中造成附加損耗。 單片機(jī)控制PWM直流調(diào)速系統(tǒng)主電路圖(1)IGBT模塊簡介IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor(絕緣柵雙極型晶體管)的縮寫，IGBT是由MOSFET和雙極型晶體管復(fù)合而成的一種器件，其輸入極為MOSFET，輸出極為PNP晶體管，它融和了這兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，既具有MOSFET器件驅(qū)動(dòng)功率小和開關(guān)速度快的優(yōu)點(diǎn)，又具有雙極型器件飽和壓降低而容量大的優(yōu)點(diǎn)，其頻率特性介于MOSFET與功率晶體管之間，可正常工作于幾十kHz頻率范圍內(nèi)，在現(xiàn)代電力電子技術(shù)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，在較高頻率的大、中功率應(yīng)用中占據(jù)了主導(dǎo)地位。其相互關(guān)系見下表。由于IGBT模塊為MOSFET結(jié)構(gòu)，IGBT的柵極通過一層氧化膜與發(fā)射極實(shí)現(xiàn)電隔離。 在應(yīng)用中有時(shí)雖然保證了柵極驅(qū)動(dòng)電壓沒有超過柵極最大額定電壓，但柵極連線的寄生電感和柵極與集電極間的電容耦合，也會(huì)產(chǎn)生使氧化層損壞的振蕩電壓。這時(shí)，如果集電極與發(fā)射極間存在高電壓，則有可能使IGBT發(fā)熱及至損壞。一般散熱片底部安裝有散熱風(fēng)扇，當(dāng)散熱風(fēng)扇損壞中散熱片散熱不良時(shí)將導(dǎo)致IGBT模塊發(fā)熱，而發(fā)生故障。在冬天特別干燥的地區(qū)，需用加濕機(jī)加濕。IGBT 的工作特性包括靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩類： （2） 靜態(tài)特性IGBT 的靜態(tài)特性主要有伏安特性、轉(zhuǎn)移特性和開關(guān)特性。在截止?fàn)顟B(tài)下的IGBT ，正向電壓由J2 結(jié)承擔(dān)，反向電壓由J1結(jié)承擔(dān)。在IGBT 導(dǎo)通后的大部分漏極電流范圍內(nèi)， Id 與Ugs呈線性關(guān)系。盡管等效電路為達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，但流過MOSFET 的電流成為IGBT 總電流的主要部分。IGBT 處于斷態(tài)時(shí)，只有很小的泄漏電流存在。漏源電壓的下降時(shí)間由tfe1 和tfe2 組成。 IGBT在關(guān)斷過程中，漏極電流的波形變?yōu)閮啥?。IGBT在關(guān)斷時(shí)不需要負(fù)柵壓來減少關(guān)斷時(shí)間，但關(guān)斷時(shí)間隨柵極和發(fā)射極并聯(lián)電阻的增加而增加。脈沖功率放大電路選用模塊EX359，其電源電壓為12V，輸入信號(hào)4~5V，（對(duì)應(yīng)IGBT導(dǎo)通）和2V（對(duì)應(yīng)IGBT關(guān)斷），工作頻率為2~5kHz，可驅(qū)動(dòng)50A以下的逆變器，其內(nèi)部電路如圖35所示。則直流側(cè)的功率為故直流側(cè)電流。（3）LC濾波器參數(shù)計(jì)算 整流橋輸出端所并接的電容除濾除整流后的電壓紋波，并在負(fù)載變化時(shí)保持電平平穩(wěn)。（4）交流側(cè)阻容吸收電路參數(shù)計(jì)算 按照絕緣柵雙極型晶體管三相橋式整流電路直流側(cè)阻容吸收電路參數(shù)算式進(jìn)行估算 （）三相整流橋中，所以得 （） （）其中，選 CZJ系列電容。泵升電壓為50v為則 （）取為1200V 的電容，阻值取100(5) 電抗器參數(shù)計(jì)算與選擇對(duì)絕緣柵雙極型晶體管直流調(diào)速系統(tǒng)，當(dāng)負(fù)載電流較小，會(huì)出現(xiàn)電流斷續(xù)的現(xiàn)象，使電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變軟，影響系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能。工程實(shí)踐中，可按式32選擇絕緣柵雙極型晶體管的電壓和耐壓 （） 主電路器件表器件名稱 器件型號(hào) 器件數(shù)量 器件功能三相電源YF31001供電熔斷器OHB145J121保護(hù)電路二極管2CP1G14開關(guān)作用IGBTMG100Q1ZS404開關(guān)作用電阻RJ系統(tǒng)金屬膜電阻7分壓分流電容CZJ系列6濾波電抗器CKGKL1平波 第五章 系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì) 降壓斬波電路斬波電路的典型用途之一是拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)，也可帶蓄電池負(fù)載，兩種情況下負(fù)載中均會(huì)出現(xiàn)反電動(dòng)勢，如圖51中Em所示工作原理，兩個(gè)階段t=0時(shí)V導(dǎo)通，E向負(fù)載供電，uo=E，io按指數(shù)曲線上升t=t1時(shí)V關(guān)斷，io經(jīng)VD續(xù)流，uo近似為零，io呈指數(shù)曲線下降為使io連續(xù)且脈動(dòng)小，通常使L值較大 降壓斬波電路的原理圖電流連續(xù)時(shí)，負(fù)載電壓平均值 （）導(dǎo)通占空比，簡稱占空比或?qū)ū萓o最大為E，減小a，Uo隨之減小??降壓斬波電路。本讀寫器以AT89C51為內(nèi)核。片上的EPROM允許在線對(duì)程序存儲(chǔ)器重新編程，也可以用常規(guī)的非易揮發(fā)存儲(chǔ)芯片編程器編程。存儲(chǔ)數(shù)據(jù)保存時(shí)間為10年。32條可編程I/0線。空閑狀態(tài)維持低功耗和掉電狀態(tài)保存存儲(chǔ)內(nèi)容。采用外部時(shí)鐘電路時(shí)，必須接地9RST/VPDRST是復(fù)位信號(hào)接入端，高電平有效。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。： 顯示電路圖 鍵盤模塊的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)鍵盤采用行列式設(shè)計(jì)，矩陣鍵盤又稱行列鍵盤，它是用四條I/O線作為行線，四條I/O線作為列線組成的鍵盤。常見的鍵盤布局如圖1所示。當(dāng)無按鍵閉合時(shí)PA0PA3與PC0PC3之間開路。綜合一二兩步的結(jié)果，可確定按鍵編號(hào)。單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方法有內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式兩種，在本次設(shè)計(jì)中電路的采用的方式為內(nèi)部方式。因?yàn)閄TAL2的邏輯電平與TTL電平不兼容，所以應(yīng)接一個(gè)上拉電阻，對(duì)于外部脈沖信號(hào)只要要求高電平的持續(xù)時(shí)間大于20ns，一般為低于12MHz的方波。CC2可在20pF100pF之間選擇，本設(shè)計(jì)的電容CC2都取30pF。除PC之外，復(fù)位操作還對(duì)其他寄存器有影響，對(duì)我們的設(shè)計(jì)也是要考慮的。復(fù)位信號(hào)是外部輸入的強(qiáng)制性信號(hào)，其作用是使單片機(jī)初始化。R1取200歐姆。一般，SW1閉合時(shí)間約為幾毫秒到幾十毫秒，能保證C5充分放電時(shí)能使R2有充分長時(shí)間處于高電平狀態(tài)使單片機(jī)復(fù)位。 轉(zhuǎn)速檢測本設(shè)計(jì)中選用的轉(zhuǎn)速檢測裝置由單片微機(jī)、模擬電壓變換電路幾A/D轉(zhuǎn)換器接口芯片組成的測速裝置進(jìn)行轉(zhuǎn)速檢測，圖中的三部分均具有線行特性：(1) 分辨率。(2) 測速精度。圖 測速機(jī)測速的電路原理圖(4) 轉(zhuǎn)速反饋值和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。可見感應(yīng)電動(dòng)勢與轉(zhuǎn)速呈現(xiàn)線性關(guān)系 。為實(shí)現(xiàn)單片機(jī)機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)速的檢測，需對(duì)測速機(jī)輸出的模擬電壓Ua進(jìn)行變換。對(duì)電流的檢測在本設(shè)計(jì)中采用霍爾傳感器(BHL)，霍爾傳感器是一、二 次側(cè)電路高度絕緣、帶寬從直流到100kHz、反應(yīng)時(shí)間小于1us的傳感器 。此次設(shè)計(jì)使我充分認(rèn)識(shí)到生產(chǎn)的靈活性和多變性。同時(shí)，通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了我分析和解決設(shè)計(jì)實(shí)際問題的能力。由于時(shí)間和經(jīng)費(fèi)的限制，本次設(shè)計(jì)基本上完成了硬件部分的設(shè)計(jì)。自做畢業(yè)設(shè)計(jì)以來，導(dǎo)師以淵博的學(xué)識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)的工作態(tài)度指導(dǎo)和幫助我完成設(shè)計(jì)，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，最讓我佩服的是郭老師對(duì)工作的態(tài)度和對(duì)學(xué)生的耐心以及對(duì)學(xué)識(shí)的一絲不茍，特別是郭老師一方面要完成繁重的教學(xué)任務(wù),一方面又不辭辛勞、細(xì)心指導(dǎo)我們。最后在電路圖紙的繪制階段，我也學(xué)會(huì)了許多，能夠更加熟練的操作Protell 99，遇到困難時(shí)可以更加理智的去克服。感謝在大學(xué)學(xué)習(xí)期間與我一起度過的所有老師和同學(xué)們，這段難忘的時(shí)光是我一生的財(cái)富。最后，我要對(duì)四年來辛勤培養(yǎng)我的信息與電氣工程學(xué)院的領(lǐng)導(dǎo)和老師在此表示衷心的感謝，對(duì)評(píng)審本設(shè)計(jì)和參加同學(xué)答辯的老師表示誠摯的敬意。在設(shè)計(jì)的過程中我遇到了許多的困難，尤其是對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)的確定和時(shí)序的設(shè)計(jì)，郭老師給了我很大啟發(fā)和幫助。目前，電機(jī)車調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)在日常生活中應(yīng)用比較頻繁，但通過本次設(shè)計(jì)，我還是學(xué)到和鞏固了很多以前沒掌握或粗淺了解的知識(shí)，使我對(duì)礦用電機(jī)車調(diào)速系統(tǒng)有了更深次的了解和掌握，并通過本次硬件的設(shè)計(jì)，相信能夠?yàn)槲乙院蟮墓ぷ魈峁┫喈?dāng)寶貴的經(jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ)。本次完成的單片機(jī)控制PWM直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)通過單片機(jī)AT89C51產(chǎn)生PWM信號(hào)對(duì)礦用電機(jī)車的控制。我深深的體會(huì)到，畢業(yè)設(shè)計(jì)不同于平時(shí)的作業(yè)，在設(shè)計(jì)中需要自己做出決策，即自己確定方案、選擇流程、查取資料、進(jìn)行過程和設(shè)備計(jì)算，并對(duì)自己的選擇做出論證和核算，經(jīng)過反復(fù)的分析比較，擇優(yōu)選定最理想的方案和合理的設(shè)計(jì)。 采用霍爾電流傳感器的檢測電路圖，R1取100 K；R2，R23，R4，R6，R7，R8取1 K；R5，R9取2 K即可實(shí)現(xiàn)四倍放大。 速度檢測電路圖，R2取99K；R3，R5，R8，R6取2 K；R1，R4，R7取1 K即可實(shí)現(xiàn)四倍放大。根據(jù)圖可得，端電壓等于感應(yīng)電動(dòng)勢減去它的內(nèi)阻r上的壓降，即 ()，整理后得 ()。當(dāng)取時(shí)（數(shù)字量），這樣可簡化轉(zhuǎn)速給定值與反饋之間的偏差量的求取。(3) 檢測時(shí)間。和選定后，CPU從A/D轉(zhuǎn)換器讀入的轉(zhuǎn)換值成正比。過流信號(hào)一般采用霍爾電流傳感