【正文】 比例運(yùn)算放大器電路 圖 2 TCA785 移相觸發(fā)集成電路 42 附錄 4 主程序 include include include include define pi define JD 15 sbit sw=P1^4。但對(duì)于現(xiàn)在的同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)無(wú)疑是一個(gè)有益的嘗試。 3）考慮到系統(tǒng)快速實(shí)時(shí)性強(qiáng)的特點(diǎn)和少占用 CPU 的資源以提高 CPU 的處理能力，系統(tǒng)多部分用硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，如信號(hào)的調(diào)理電路， TCA785 移相脈沖發(fā)生器等，減小了軟件編制的復(fù)雜程度提高了系統(tǒng)的運(yùn)行性能。 } 實(shí)驗(yàn)中測(cè)試得到 DA 與電壓放大器的輸出對(duì)應(yīng)關(guān)系為： 表 3 DA 與電壓放大器的輸出對(duì)應(yīng)關(guān)系表 D/A 寄存器值 運(yùn)放電路輸出電壓 (V) 0xEA 0xD5 0xC2 0xAF 0x9D 0x8A 0x78 0x65 0x53 0x41 0x2E 0x1B 0x09 0x00 36 5 總結(jié)與展望 總結(jié) 本設(shè)計(jì)利用信號(hào)調(diào)理電路、 TCA785 移相觸發(fā)集成電路、 LCD12864 顯示、新華龍 C8051F350 單片機(jī)結(jié)合設(shè)計(jì)的的同步電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)較傳統(tǒng)勵(lì)磁系統(tǒng)具有采樣精度高，移相范圍廣，顯示直觀等優(yōu)點(diǎn)。 定時(shí)器中斷子程序控制 定時(shí)器的工作原理是計(jì)數(shù)器對(duì)機(jī)器周期進(jìn)行計(jì)數(shù)，設(shè) T 定時(shí)時(shí)間， x為計(jì)數(shù)器的初值， n 為計(jì)數(shù)器的位數(shù)，單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為 fosc，則計(jì)數(shù)初值可通過(guò)如下公式計(jì)算： ? ? Tx foscn ??? 122 （ ） Tx f os 122 ?? （ ） 當(dāng)采用交流傅式算法，一個(gè)周期內(nèi)要采 12 個(gè)點(diǎn)時(shí)，定時(shí)器初值計(jì)算公式為 : 00 1 ???t （ ） 58 45 212 5000 16 53 612 102 616 ???????? f o s ctx （ ） 轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制為： OXE454。其中 tdtntbnn ?s in)(UT2 2T2TRU ???? （ ） 32 tdtntann ?c os)(UT2 2T2TIU ???? （ ） 如果只考慮基波分量，即取 n=1,則式（ ）、（ ）變?yōu)? tdtnt ?s in)(UT2 2T 2TRU ??? （ ） tdtnt ?c os)(UT2 2T 2TIU ??? （ ） 假定一個(gè)周期內(nèi)采樣 N 個(gè)點(diǎn)，將式（ ）、（ ）用矩形法離散化得到 ??????? ?? NTKs inN2 1N 0K KR UU （ ） ??????? ?? NTKc osN2 1N 0K KI UU （ ） 式中， UK 為一個(gè)周期內(nèi)底 K個(gè)采樣值。設(shè)周期為 2π的周期 )(xf 可以展開(kāi)為傅里葉級(jí)數(shù)即 )s i nc o s(.. .. ..)s i nc o s()s i nc o s(2)(nn22110xxxxxxxfbababaa???????????????????? （ ） 其中 )()(10 xdxfa ??? ??? （ ） ,....)2,1(c os)(1 ?? ?? nx dxnxfa n ????? （ ） ,.... )2,1(s i n)(1 ?? ?? nx dxnxfb n ????? （ ） 在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中，周期函數(shù)為交流信號(hào) tTt ?2sinU ?）（ ，周期為 T，即有 2T?? 。系統(tǒng)軟件的主要工作為：對(duì)采樣值進(jìn)行計(jì)算還原，控制輸出大小，并顯示運(yùn)行狀態(tài)。 解決辦法：只選用直流調(diào)零電路，信號(hào)輸出波形有良好的改善，調(diào)零效果滿(mǎn)足要求 3）問(wèn)題：?jiǎn)纹瑱C(jī)的 A/D轉(zhuǎn)換出現(xiàn)亂碼。 解決辦法：選用 177。 分析： LF398 工作電源 177。 顯示 12864 是一種圖形點(diǎn)陣液晶顯示器 ,它主要由行驅(qū)動(dòng)器 /列驅(qū)動(dòng)器及 12864全點(diǎn)陣液晶顯示器組成。 V T 1V T 4V T 3V T 6V T 5V T 2U aU bU c 圖 三相整流橋 晶閘管元件以一定次序?qū)?，為此必須依次?duì)晶閘管施加觸發(fā)脈沖，這是由移相觸發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)的。為了使集成運(yùn)放反相輸入端和同相輸入端對(duì)地電阻一致， R 的電阻仍應(yīng)為 R與 R并聯(lián)的阻值。 圖 TCA785 移相脈沖為 128 度時(shí)波形 23 圖 TCA785 移相脈沖為 180 度時(shí)波形 圖 TCA785 移相脈沖寬度和幅值波形 實(shí)驗(yàn)表明： TCA785 移相脈沖寬度和幅值滿(mǎn)足晶閘管觸發(fā)要求 ,工作特性穩(wěn)定，移相范圍廣，達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。 圖 TCA785移相觸發(fā)器外圍接線圖 (2)TCA785移相觸發(fā)器的主要參數(shù) 22 電源電壓： +8— 18V或177。 脈沖發(fā)生及控制器 脈沖發(fā)生及控制器主要由單片機(jī)通過(guò)電壓放大對(duì) TCA 785進(jìn)行控制組成，以下分別對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。因此 A1 、 A2 是跟隨器，其作用主要是對(duì)保持電容輸入和輸出端進(jìn)行阻抗變換，以提高采樣 /保+A1+A2+A3D1 D2K130K300K23876541偏置輸入控制邏輯 IN(+)參考電壓保持電容+VV輸出控制邏輯 IN() 20 持放大器的性能。 LF398是一種反饋型采樣 /保持放大器，它 由輸入緩沖級(jí)輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)和控制電路三部分組成。在采樣模式期間，開(kāi)關(guān) S 閉合，輸入緩沖器 A1 通過(guò)閉合的開(kāi)關(guān) S 給保持電容 C 快速充電，使采樣保持電路的輸出跟隨模擬量輸入電壓變化。整個(gè)信號(hào)調(diào)理電路實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本符合理論計(jì)算值，符合設(shè)計(jì)要求。所以，可得 33 io VV ?? ，即相位相同，幅值大小相反。所以，偏置電路正確，符合設(shè)計(jì)要求。 在設(shè)計(jì)中選擇電壓偏置電路，相對(duì)于其他整流電流來(lái)說(shuō)，偏置電路原理簡(jiǎn)單， 16 調(diào)試方便，應(yīng)用也很成熟。電壓跟隨器電路如圖 所示。 代入式（ 32）可得： HZcRf c 12 1 632 ??????? ???； （ 35） 增益為： 1112 ??????????cffA （ 36） 相角為： ??????????? rc t a n Hff? （ 37） 實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖所示： 圖 電位器輸出與濾波輸出波形 由示波器波形可以觀測(cè)到，模擬電壓信號(hào)幅值為約 ，相位為 ?0 ；低通濾波器輸出信號(hào)幅值約為 1V， A 為 ，相位約為 ??130 。 信號(hào)調(diào)理電路的輸入為變比為 220/6 的變壓器經(jīng)過(guò)電位器降低之后的電壓輸出，信號(hào)調(diào)理電路的輸入與輸出之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系為： =Vi，這樣就能保證信號(hào)調(diào)理電路的輸出符合單片機(jī) AD 轉(zhuǎn)換的輸入。 圖 IDAC0 原理框圖 A/D 采樣之后利用傅式算法求出三相的有功功率、無(wú)功 功率、功率因數(shù)，再根據(jù)求到的功率因數(shù)的大小對(duì) D/A 寄存器的值進(jìn)行相應(yīng)的控制，最終達(dá)到對(duì)觸發(fā) 12 脈沖的移相控制的目的。 圖 ADC0 原理框圖 C8051F350/1//2/3 內(nèi)部有兩個(gè) 8 位電流方式數(shù) /模轉(zhuǎn)換器（ IDAC） 。 11 A/D 轉(zhuǎn)換器及 D/A 輸出 新華龍 C8051F350 高性能 16 位單片機(jī)自身內(nèi)部有全差分 24 位 （ C8051F350/1） 或 16 位 （ C8051F352/3） SigmaDelta 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器（ ADC） ，該 ADC 具有在片校準(zhǔn)功能。2%。 MCU 有多達(dá) 8 個(gè)復(fù)位源：上電復(fù)位電路（ POR）、一個(gè)片內(nèi) VDD 監(jiān)視器（當(dāng)電源電壓低于 VRST 時(shí)強(qiáng)制復(fù)位） 、一個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器、一個(gè)時(shí)鐘丟失檢測(cè)器、一個(gè)由比較器 0 提供的電壓檢測(cè)器、一個(gè)軟件強(qiáng)制復(fù)位、外部復(fù)位輸入引腳和 FLASH讀 /寫(xiě)錯(cuò)誤保護(hù)電路復(fù)位。而對(duì)于 CIP51 內(nèi)核， 70%的指令的執(zhí)行時(shí)間為 1 或 2 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，只有 4 條指令的執(zhí)行時(shí)間大于 4 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，沒(méi)有執(zhí)行時(shí)間超過(guò) 8個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期的指令。用戶(hù)軟 件對(duì)所有外設(shè)具有完全的控制，可以關(guān)斷任何一個(gè)或所有外設(shè)以節(jié)省功耗。單片機(jī)系統(tǒng)由 C8051F350 為主控核心，對(duì) LF398 控制邏輯端進(jìn)行采樣 /保持的控制選擇，保證一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)采到 12 個(gè)點(diǎn)，對(duì)波形進(jìn)行還原，單片機(jī)的 D/A 輸出端經(jīng)過(guò)電壓放大電路接 TCA785 的移相控制端，保證 TCA785 輸出可移相的脈沖對(duì)晶閘管控制。 軟件由主程序、中斷服務(wù)程序、 AD轉(zhuǎn)換程序、顯示程序、以及各個(gè)子程序組成。單片機(jī)主控系統(tǒng)選用新華龍 C8051F350 高性能 16 位單片機(jī)設(shè)計(jì)主控核心，它具有運(yùn)算速度高，自身帶 A/D 轉(zhuǎn)換、 D/A 輸出等強(qiáng)大功能，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)所需要求。單片機(jī) D/A 輸出經(jīng)電壓放大電路送到 TCA785 的移相控制端構(gòu)成控制回路的輸出通道。 .Ff.F d.I.U.EθΦθ.Fa.jIXc.Ff.F d.I.U.Eθθ.Fa.jIXc.Ff.F d.I.U.EθΦ θ.Fa.jIXc 5 圖 同步電動(dòng)機(jī)的 V 型曲線 圖 中 Pm1Pm2Pm3Pm，把各條 V 形曲線上功率因數(shù)相同的點(diǎn)連接，得到等功率因數(shù)線，在圖中 1cos ?? 的點(diǎn)，電樞電流最??； 1cos ?? 電樞電流 增大，還可總結(jié)出，比正常勵(lì)磁電流小的情況，功率因數(shù)是滯后性的，相反的情況，功率因數(shù)是超前的。 同步電動(dòng)機(jī)的 V 形曲線 電流正方向改變后， ? 角就小于 90 度了，如果算出電功率 ?mUIcosP ? 為正值，表示電動(dòng)機(jī)從電源吸收電功率；若為負(fù)值，為發(fā)出電功率。 當(dāng)在定子繞組通上三相交流電源時(shí)，電動(dòng)機(jī)內(nèi)就產(chǎn)生了一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，鼠籠繞組切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)起來(lái)。 同步電動(dòng)機(jī)是屬于交流電機(jī)，定子繞組與異步電動(dòng)機(jī)相同。其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與磁極對(duì)數(shù) p、電源頻率 f 之間滿(mǎn)足 n=f/p。 以 C8051F350 單片機(jī)為核心進(jìn)行同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要包括信號(hào)調(diào)理電路、 LF398 采樣保持器、電壓放大電路和 TCA785 芯片觸發(fā)脈沖的發(fā)生器。 2 現(xiàn)用同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁裝置大部分是老產(chǎn)品 ,勵(lì)磁電流的大小是用感應(yīng)調(diào)壓器調(diào)節(jié)電壓實(shí)現(xiàn)的。因此 ,同步電動(dòng)機(jī)可以在功率因數(shù) 1cos ?? 時(shí) ,或者在功率因數(shù)超前的情況下運(yùn)行 ,是理想的節(jié)能型電力拖動(dòng)設(shè)備。對(duì)同步電動(dòng)機(jī)的控制，是通過(guò)調(diào)節(jié)其勵(lì)磁裝置來(lái)完成，而傳統(tǒng)的勵(lì)磁技術(shù)存在嚴(yán)懲缺陷，使同步 電動(dòng)機(jī)頻繁損壞，直接影響企業(yè)的生產(chǎn)，給企業(yè)帶來(lái)巨大的損失。 通過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)、硬件實(shí)驗(yàn)以及波形分析得出此設(shè)計(jì)系統(tǒng)較傳統(tǒng)勵(lì)磁系統(tǒng)具有采樣精度高，移相范圍廣，顯示直觀等優(yōu)點(diǎn)，且系統(tǒng)模塊化程度較高，易于控制，證明了此設(shè)計(jì)的可實(shí)施性。 本設(shè)計(jì)仔細(xì)研究了同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的工作原理，利用新華龍 C8051F350高性能 16 位單片機(jī)設(shè)計(jì)主控核心，以 TCA785 作為脈沖發(fā)生器，并以 LCD12864作為顯示模塊，采用交流采樣傅式算法設(shè)計(jì)了無(wú)刷同步電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)，對(duì)傳統(tǒng)勵(lì)磁系統(tǒng) 進(jìn)行改進(jìn)。 同步電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于石油、化工、煤炭、冶金、電力、水利、城市供水、供汽等諸多領(lǐng)域中，一方面它為工業(yè)企業(yè)提供源源不斷的動(dòng)力； 另一方面它向電網(wǎng)發(fā)送無(wú)功功率，改善電網(wǎng)質(zhì)量。同步電動(dòng)機(jī)與異步電動(dòng)機(jī)相比具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn) ,可以通過(guò)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流來(lái)改變其無(wú)功電流和無(wú)功功率的消耗。通過(guò)開(kāi)發(fā)試制控制器來(lái)分析勵(lì)磁系統(tǒng)的工作性能，并且提出改善和提高勵(lì)磁系統(tǒng)性能的方案。 論文主要內(nèi)容 論文首先對(duì)同步電