【正文】 qYpEh5pDx2zVkumamp。MuWFA5ux^Gjqv^$UE9wEwZQcUE% amp。 6a*CZ7H$dq8Kqqf HVZFedswSyXTyamp。 849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 6 經(jīng)濟(jì)分析 無(wú)刷直流調(diào)速系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域， 如家電、汽車(chē)、材料、電力。 TR0=1。通過(guò)改變 M和 M— 的值，就可實(shí)現(xiàn)改變占空比，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)調(diào)速。 22 圖 311 PC817 集電極發(fā)射極電壓 V 與發(fā)光二極管正向電流 If 關(guān)系圖 、過(guò)壓反饋保護(hù) 數(shù)據(jù)采集、過(guò)壓反饋方案設(shè)計(jì) 為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的的過(guò)壓保護(hù)，本設(shè)計(jì)采用三端穩(wěn)壓 TL431 和 PC817 線(xiàn)性光耦構(gòu)成的過(guò)壓保護(hù)裝置。 19 雙極式控制的電壓平衡方程式： dSd diU Ri L Edt? ? ? （ 0ontt?? ） dSd diU Ri L Edt? ? ? ? （ont t T?? ） 電樞兩端在一個(gè)周期內(nèi)的平均電壓都是： dsUU?? 。綜合考慮在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路時(shí)采用 1uf 的電容為 IR2110 的自舉電容。當(dāng)該引腳為高電平時(shí)， IR2110 的輸出被封鎖，輸出端 HO（ 7 腳）、 LO（ 1腳）恒為低電平。但是如果柵極串聯(lián)電阻過(guò)小，會(huì)由于集電極電流下 降的 itd/d 過(guò)大，產(chǎn)生較大的集電極電壓峰值。 圖 31邏輯延時(shí)電路原理圖 12 驅(qū)動(dòng)電路方案、參數(shù)描述 整個(gè)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電路采用兩片的 IR2110 驅(qū)動(dòng)四片的 IGBT 管（ FGA25N120）構(gòu)成的 H橋電路。 MC51 具有兩個(gè)定時(shí)器 T0和 T1。 NE555 產(chǎn)生的信號(hào)要通過(guò)功率放大才能驅(qū)動(dòng)后級(jí)電路。磁場(chǎng)控制法控制磁通，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(xiàn)圈電感較大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差。所以，全數(shù)字直流調(diào)速控制精度、可靠性和穩(wěn)定性比模擬直流調(diào)速系統(tǒng)大大提高。從上世紀(jì) 80 年代中后期起，世界各大電氣公司如 ABB、通用、西屋、西門(mén)子等都在競(jìng)相開(kāi)發(fā)數(shù)字式調(diào)速傳動(dòng)裝置，經(jīng)過(guò)二十幾年的發(fā)展，當(dāng)前直流調(diào)速已發(fā)展到一個(gè)很高的技術(shù)水平：功率元件采用可控硅；控制板采用表面安裝技術(shù)；控制方式采用電源換相、相位控制。特別是采用了微處理器及其他先進(jìn)電力電子技術(shù)，使數(shù)字式直流調(diào)速裝置在精度的準(zhǔn)確性、控制性能的優(yōu)良性和抗干擾的性能有很大的提高和發(fā)展，在國(guó)內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用。所以，直流傳動(dòng)控制采用微處理器實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化，使直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)入一個(gè)嶄新的階段。所以在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中常用的方法是電樞控制法。 NE55 SG3525構(gòu)成的控制電路較為復(fù)雜，且智能化、自動(dòng)化水平較低，在工業(yè)生產(chǎn)中不利于推廣和應(yīng)用。通過(guò)控制定時(shí)器初值 T0 和 T1，從而可以實(shí)現(xiàn)從任意端口輸出不同占空比的脈沖波形。如下圖 32： 圖 32 驅(qū)動(dòng)主電路原理圖 IR2110 驅(qū)動(dòng) IGBT 構(gòu)成的 H 橋電路的特點(diǎn)顯著，具有調(diào)速性能好，調(diào)速頻帶寬，可以工作在 1~100 kHz范圍內(nèi)工作。綜合上述因素在設(shè)計(jì)柵極串聯(lián)電阻 R R2 R2 R26 時(shí)選取 1K電阻為柵極串聯(lián)電阻。而當(dāng)該腳為低電平時(shí)，輸出跟隨輸入變化。 IGBT H 橋驅(qū)動(dòng)電路原理 H 橋驅(qū)動(dòng)電路是一個(gè)典型的直流電機(jī)控制電路，電路得名于“ H 橋驅(qū)動(dòng)電路”是因?yàn)樗男螤羁崴谱帜?H 。其平均值方程都可寫(xiě)成： S d dU R I E R I C en? ? ? ? ? 則機(jī)械特性方程： 0S ddU RRn I n IC e C e C e?? ? ? ? 用轉(zhuǎn)矩表示： 0eeU s R Rn T n TC e C e C m C e C m?? ? ? ? 式中， mC —— 電機(jī)在額定磁通下的轉(zhuǎn)矩系數(shù)， m m NCK???。首先，對(duì)主電路的中 IGBT 的 1CU 、 3CU 與 2EU 、 4EU 之間的電壓采集，然后通過(guò) TL431 限壓，再通過(guò)線(xiàn)性光耦 PC817 把電壓反饋到 AD0832 實(shí)現(xiàn)電壓采集，采集完成后把采集到的數(shù)據(jù)送給 MC51 處理。軟件延時(shí)雖然理論上實(shí)現(xiàn)起來(lái)較容易，但占用系統(tǒng)資源過(guò)多，使用不方便。 } 28 占空比調(diào)節(jié)函數(shù) void Pwm_Set(uchar x) {switch(x) { case 0:break。 直流電機(jī)憑借其良好的啟動(dòng)、制動(dòng)性能，在金屬切削機(jī)床、軋鋼機(jī)、海洋鉆機(jī)、挖掘機(jī)、造 30 紙機(jī)、礦井卷?yè)P(yáng)機(jī)、電鍍、高層電梯等需要廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速的高性能可控電力拖動(dòng)領(lǐng)域中仍得到了廣泛的應(yīng)用。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 QA9wkxFyeQ^! dj sXuyUP2kNXpRWXm Aamp。qYpEh5pDx2zVkumamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK! zn% Mz849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3t nGK8! z8vGt YM*Jgamp。 ksv*3tnGK8! z89Am UE9aQGn8xp$Ramp。 UE9aQGn8xp$Ramp。通過(guò)改變占空比即可實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的調(diào)速。 重載定時(shí)器初始值 TL0=Tl0。然后，在給輸出端口置低電平 M— 個(gè)單位時(shí)間，即 20t /tM?— 。 PC817 光電耦合器在電路中不但可以起到反饋?zhàn)饔眠€可以起到強(qiáng)弱電隔離作用。當(dāng) 12?? 時(shí)， ? 為正，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng) 12?? 時(shí)， ? 為負(fù)，電動(dòng)機(jī)負(fù)轉(zhuǎn)；當(dāng) 12??時(shí)， ? =0，電動(dòng)機(jī)停止。一般情況下為保證自舉電容將柵源電壓持續(xù)一段時(shí)間 ,選電容為其最小值的 15 倍左右。 引腳 11（ SD）端為保護(hù)電路信號(hào)輸入端。雖然柵極串聯(lián)電阻小，有利于加快關(guān)斷速度和減小關(guān)斷損耗，也有利于避免關(guān)斷時(shí)集射極間電壓的 vtd/d 過(guò)小造成IGBT 誤開(kāi)通。 圖 31中二極管 23D 、 24D 能使低電平或者可以說(shuō)是 PWM 負(fù)信號(hào)通過(guò)，電阻 16R 、 17R 和電容 3C 、 4C 延遲了高電平信號(hào)向后傳送的時(shí)間，這樣就可以保證功率開(kāi)關(guān)管可靠關(guān)斷后再給與其同一橋臂上的功率開(kāi)關(guān)管加高電平信號(hào)，可以避免其同時(shí)導(dǎo)通。 方案三：采用 MC51 單片機(jī)、 IR2110 功率驅(qū)動(dòng)芯片構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)的核心實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的調(diào)速?；贜E555， SG3525 等一系列的脈寬調(diào)速系統(tǒng)：此種方式采用 NE555 作為控制電路的核心，用于產(chǎn)生控制信號(hào)。由上式可知，直流電機(jī)的速度控制既可采用電樞控制法，也可采用磁場(chǎng)控制法。由于微處理器以數(shù)字信號(hào)工作，控制手段靈活方便，抗干擾能力強(qiáng)。 6 經(jīng)濟(jì)分析 ................................................................ 30 7 結(jié)論 .................................................................... 30 參考文獻(xiàn) .................................................................. 31 附錄 1 整個(gè)系統(tǒng)電路原理圖 附錄 2穩(wěn)壓電源原理圖 附錄 3元器件清單 4 1 前言 現(xiàn)在電氣傳動(dòng)的主要方向之一是電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)采用微處理器實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制。數(shù)字 化直流調(diào)速裝置作為目前最新控制水平的傳動(dòng)方式顯示了強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。 微處理器控制直流電機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 微處理器誕生于上個(gè)世紀(jì)七十年代，隨著集成電路大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路制造工藝的迅速發(fā)展，微處理器的性?xún)r(jià)比越來(lái)越高。 圖 11 直流電機(jī)的工作原理圖 電樞控制是在勵(lì)磁電壓不變的情況下，把控制電壓信號(hào)加到電機(jī)的電樞上，以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 基于單片機(jī)類(lèi)由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn) PWM：在 PWM 調(diào)速系統(tǒng)中占空比 D 是一個(gè)重要參數(shù)在電源電壓 dU 不變的情況下，電樞端電壓的平均值取決于占空比 D 的大小，改變 D 的值可以改變電樞端電壓的平均值從而達(dá)到調(diào)速的目的。 MC51 控制簡(jiǎn)單，價(jià)格廉價(jià)，且利用 MC51 構(gòu)成單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，可縮小系統(tǒng)體積，提高系統(tǒng)可靠性，降低系統(tǒng)成本。所要求的控制信號(hào)簡(jiǎn)單，只需要加入 PWM信號(hào)即可。 IGBT 的快速開(kāi)通和關(guān)斷提高工作頻率，減小開(kāi)關(guān)損耗，但由于開(kāi)關(guān)過(guò)程中主回路電流的突變，其引線(xiàn)電感將產(chǎn)生很高的尖峰電壓，該電壓是 IGBT 過(guò)壓損壞的主要原因。用于故障（過(guò)電壓、過(guò)電流）保護(hù)電路。 H型變換器在控制方式上分為雙極式、單極式和受限式三種。 0n —— 理想空載轉(zhuǎn)速，與電壓系數(shù)成 ? 正比， 0 seUn C??。其工作原理：當(dāng)輸出電壓發(fā)生波動(dòng)時(shí)，經(jīng)分壓電阻 R35得到的取樣電壓就與 TL431 中的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，在陰極上形成誤差電壓，使光耦電流發(fā)生 變化，這時(shí)候通過(guò) PC817 隔離后經(jīng) AD0832 模數(shù)轉(zhuǎn)換后給 MC51 處理，當(dāng)主電路的電壓過(guò)大時(shí)， MC51 就停止 PWM 輸出或改變 PWM 占空比從而達(dá)到過(guò)壓保護(hù)。 方案二：定時(shí)計(jì)數(shù) 基本思想：利用單片機(jī)定時(shí)器 0中斷方式產(chǎn)生 PWM 脈沖，當(dāng)定時(shí)器計(jì)數(shù)到設(shè)定時(shí)間后輸出端口實(shí)現(xiàn)高低電平轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn) PWM 輸出。 case 1: if(Pro_High=900) Pro_High=Pro_High+100。 系統(tǒng)以 廉價(jià)的 MC51 單片機(jī)為控制核心，以直流電機(jī)為控制對(duì)象。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 UE9aQGn8xp$Ramp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 QA9wkxFyeQ^! djsXuyUP2kNXpRWXm Aamp。 } } 5 調(diào)試結(jié)果描述 調(diào)試過(guò)程 ,接 5V 直流電機(jī)，在不同占空比負(fù)載電壓 U負(fù) 、 IGBT柵極和集電極電壓 GEU 輸 29 出情況和電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向如下表 51： 表 51 5V 直流電機(jī)的測(cè)試情況 占空比 GEU 0% 10% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 100% UGE1 0V UGE2 UGE3 UGE4 V 0V U負(fù) V V V 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)情況 反轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 停轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn) 從上表可知：當(dāng)占空比為 50%電機(jī)停轉(zhuǎn)，隨著占空比的增加或減少電機(jī)轉(zhuǎn)速也越來(lái)越快。 TH0=Th0。 圖 314 穩(wěn)壓可調(diào)電源電路原理圖 25 4 軟件設(shè)計(jì) PWM 實(shí)現(xiàn)方式方案論證 方案一：軟件延時(shí) 基本思想：首先預(yù)設(shè)占空比值 D，再根據(jù)周期 T 分別給輸出端口置高電平 M 個(gè)單位時(shí)間0t ，即 10M=t /t 。而 PC817 是一種新型 的光電隔離器件，能夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或電流信號(hào)，隨著輸入信號(hào)的強(qiáng)弱變化會(huì)產(chǎn)生互相對(duì)應(yīng)的光信號(hào)，從而使光敏晶體管的導(dǎo)通程度發(fā)生不同的變化，輸出的電壓或電流也隨之產(chǎn)生不同變化。調(diào) 速時(shí) ? 的可調(diào)范圍為 0~1，相應(yīng)的? = 1~1。在選擇自舉電容 1C 最好選擇非電解電容，電容應(yīng)盡可能的靠近芯片。 16 圖 35 IR2110 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖 35中引腳 10（ INH ）及引腳 12 （ INL ）雙列直插式封裝，分別驅(qū)動(dòng)逆變橋中同橋臂上下兩個(gè)功率 MOS 器件的輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端，當(dāng)輸入脈沖形成部分的兩路輸出，范圍為（ ssU ） ~（ ccU +），圖 6 中 ssU 和 ccU 分別為引腳 13（ ssV ）及引腳 9（ ccV ）的電壓值。為了防止 IGBT 或二極管的損壞，就必須有目的地降低柵極驅(qū)動(dòng)脈沖的上升速率，即增加?xùn)艠O串聯(lián)電阻的阻值，控制該電流的峰值。為了避免這種現(xiàn)象在系統(tǒng)中出現(xiàn)，本設(shè)計(jì)采用了在 MC51 產(chǎn)生 PWM 信號(hào)后設(shè)置邏輯延時(shí)電路。該方案總體上是具有可行性，但是 L298 的驅(qū)動(dòng)電壓和電 流較小，不利于工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用，無(wú)法滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中大電壓、大電流的直流電機(jī)調(diào)速。 PWM 信號(hào)的產(chǎn)生通常有兩種方法 :一種是軟件的方法；另一種是硬件的方法。但是對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有以下公式： 其中： U— 電壓； R內(nèi) — 勵(lì)磁繞組本身的電阻