【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 16） 式中調(diào)節(jié)器比例系數(shù)；調(diào)節(jié)器時(shí)間常數(shù)。對(duì)于晶閘管整流器，它本身是一個(gè)時(shí)滯環(huán)節(jié)，傳遞函數(shù)可以表示為 （317）式中管整流器放大倍數(shù)；閘管整流器時(shí)間常數(shù)?？紤]到一般比起系統(tǒng)其它部分的時(shí)間常數(shù)往往小很多，可以將該時(shí)滯環(huán)節(jié)近似為慣性環(huán)節(jié)處理，傳遞函數(shù)為 （318） 比例、積分系數(shù)初值的確定（1）電流調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇由于電流的響應(yīng)過(guò)程比轉(zhuǎn)速響應(yīng)過(guò)程快得多，所以可以不考慮反電勢(shì)的影響，反電勢(shì)支路相當(dāng)于斷開(kāi)。取，=， 使用PI調(diào)節(jié)器將電流環(huán)校正為典型I型系統(tǒng)。為了滿足電流超調(diào)量。5%，取電流環(huán)開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)為電流調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)為（2）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)選擇，取，即中頻寬h=5，使PI調(diào)節(jié)器將轉(zhuǎn)速環(huán)校正為典型II型系統(tǒng)，以提高系統(tǒng)的跟隨行和抗干擾性。此時(shí)轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)為4 主電路的設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算電動(dòng)機(jī)的額定電壓為110V，為保證供電質(zhì)量，應(yīng)采用三相降壓變壓器將電源電壓降低；為避免三次諧波電動(dòng)勢(shì)的不良影響和三次諧波電流對(duì)電源的干擾，主變壓器采用D/Y聯(lián)結(jié)。 變壓器的設(shè)計(jì)工業(yè)供電電壓為AC 380V，而電動(dòng)機(jī)的額定電壓為110V，所以必須通過(guò)降壓變壓器使之達(dá)到系統(tǒng)供電要求。本設(shè)計(jì)采用的是直流電動(dòng)機(jī)，故還要通過(guò)整流電路使之轉(zhuǎn)換成連續(xù)的直流電壓。 變壓器二次側(cè)電壓U2的計(jì)算U2是一個(gè)重要的參數(shù)，選擇過(guò)低就會(huì)無(wú)法保證輸出額定電壓，選擇過(guò)高又會(huì)造成延遲角加大，整流元件的承受電壓升高，增加了裝置的成本。一般可按下式計(jì)算，即： （41） 式中A理想情況下，=0176。時(shí)整流電壓與二次電壓之比，即；B延遲角為時(shí)輸出電壓與之比，即——電網(wǎng)波動(dòng)系數(shù)；1～——考慮各種因數(shù)的安全系數(shù)；表查可得 A=；取ε=；角考慮10176。裕量，則 B==則 , 取=120V。電壓比K=U1/U2=380/120=。 一次、二次側(cè)相電流II2的計(jì)算查表可得 KI1=， KI2= 變壓器容量的計(jì)算S1=m1U1I1；S2=m2U2I2；S=1/2(S1+S2)；式中mm2 次側(cè)與二次側(cè)繞組的相數(shù)；S1=m1U1I1=3380= KVAS2=m2U2I2=3120= KVAS=1/2(S1+S2)=1/2（+）= KVA 晶閘管型號(hào)的選擇整流電路采用晶閘管全控橋電路。由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，不允許電流反向，對(duì)過(guò)電壓過(guò)電流敏感，在低速運(yùn)行時(shí)，導(dǎo)通角很小等缺點(diǎn)。結(jié)合課題提供的參數(shù)，選擇適當(dāng)型號(hào)的晶閘管十分重要。 晶閘管的額定電壓晶閘管實(shí)際承受的最大峰值電壓，乘以（2～3）倍的安全裕量，參照標(biāo)準(zhǔn)電壓等級(jí)，即可確定晶閘管的額定電壓，即=（2～3），整流電路形式為三相全控橋，而 ，則，取 800V 晶閘管的額定電流選擇晶閘管額定電流的原則是必須使晶閘管允許通過(guò)的額定電流有效值大于實(shí)際流過(guò)的電流最大有效值 ，即，考慮（～2）倍的裕量。式中K 電流計(jì)算系數(shù)。此外，還需注意以下幾點(diǎn)：①當(dāng)周圍環(huán)境溫度超過(guò)+40℃時(shí)，應(yīng)降低元件的額定電流值。②當(dāng)元件的冷卻條件低于標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，也應(yīng)降低元件的額定電流值。③關(guān)鍵、重大設(shè)備，電流裕量可適當(dāng)選的大些。由表查得 K=，～2倍的裕量，取49A故選晶閘管的型號(hào)為KP498。 直流調(diào)速系統(tǒng)的保護(hù)晶閘管有換相方便，無(wú)噪音等優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)晶閘管電路除了正確的選擇晶閘管的額定電壓、額定電流等參數(shù)外，還必須采取必要的過(guò)電壓、過(guò)電流保護(hù)措施。采取正確的保護(hù)措施是晶閘管裝置可靠地運(yùn)行的必要條件。 過(guò)電壓保護(hù)和限制（一）凡是超過(guò)晶閘管正常工作時(shí)承受的最大峰值電壓的情況都算過(guò)電壓，產(chǎn)生過(guò)電壓的原因是電路中電感元件積聚的能量驟然釋放或者是外界侵入的大亮點(diǎn)和累積。按照過(guò)電壓保護(hù)的部位來(lái)分，有交流側(cè)保護(hù)、直流側(cè)保護(hù)和元件保護(hù)。不能從根本上消除過(guò)電壓的根源，只能設(shè)法將過(guò)電壓的幅值抑制到安全限度之內(nèi)，這是過(guò)電壓保護(hù)的基本思想。抑制過(guò)電壓的方法不外乎三種：用非線性元件限制過(guò)電壓的幅度；用電阻消耗產(chǎn)生過(guò)電壓的能量；用儲(chǔ)能元件吸收產(chǎn)生過(guò)電壓的能量。實(shí)用中常視需要在電路的不同部位選用不同的方法，或者在同一部位同時(shí)用兩種不同保護(hù)方法。以過(guò)電壓保護(hù)的部位來(lái)分，有交流側(cè)過(guò)壓保護(hù)、直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)和器件兩端的過(guò)電壓保護(hù)三種。（1） 交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)：本設(shè)計(jì)采用阻容保護(hù)，如圖41所示。圖41 交流側(cè)保護(hù)電路S=，U2=120V C≥6S/2= 61213842/1202= 181。F選取70181。F的鋁電解電容器。R≥1202/103 =選取電阻為ZB110的電阻。（2）直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)直流側(cè)保護(hù)可采用與交流側(cè)保護(hù)相同的方法，可采用阻容保護(hù)和壓敏電阻保護(hù)。但采用阻容保護(hù)易影響系統(tǒng)的快速性，因此，一般不采用阻容保護(hù)，而只用壓敏電阻作過(guò)電壓保護(hù)。=（）=（ ）110V=V選MY31230/5型壓敏電阻。允許偏差+10％（253V）。（3）晶閘管及整流二極管兩端的過(guò)電壓保護(hù)抑制晶閘管關(guān)斷過(guò)電壓一般采用在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護(hù)電路方法。電容耐壓可選加在晶閘管兩端工作電壓峰值 ～。得 C=，R=100Ω。=fC10=501061202106=106W選R為20Ω普通金屬膜電阻器。（二）電壓上升率du/dt：正相電壓上升率較大時(shí)，會(huì)使晶閘管誤導(dǎo)通。因此作用于晶閘管的正相電壓上升率應(yīng)有一定的限制。造成電壓上升率過(guò)大的原因一般有兩點(diǎn)：由電網(wǎng)侵入的過(guò)電壓；由于晶閘管換相時(shí)相當(dāng)于線電壓短路，換相結(jié)束后線電壓有升高，每一次換相都可能造成過(guò)大。限制過(guò)大可在電源輸入端串聯(lián)電感和在晶閘管每個(gè)橋臂上串聯(lián)電感，利用電感的濾波特性，使其降低。 過(guò)電流保護(hù)和限制（一）由于晶閘管的熱容量很小，一旦發(fā)生過(guò)電流，溫度就會(huì)急劇上升，可能會(huì)把PN結(jié)燒壞，造成元件內(nèi)部短路或開(kāi)路。晶閘管發(fā)生過(guò)電流的主要原因有以下幾種：負(fù)載端過(guò)載或者短路；牧歌晶閘管被擊穿短路，造成其它元件的過(guò)電流。觸發(fā)電路不正?；蚴芨蓴_，使晶閘管誤導(dǎo)通，引起過(guò)電流。晶閘管過(guò)電流的保護(hù)的常用措施有快速熔斷器和硒堆保護(hù)等。快速熔斷器的斷流時(shí)間短，保護(hù)性能較好，是目前應(yīng)用最普遍的保護(hù)措施?？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)。交流側(cè)快速熔斷器的選擇由I2= 選取RLS10快速熔斷器，熔體額定電流40A。（二）電流上升率di/dt：導(dǎo)通時(shí)電流上升率太大，則可能引起門極附近過(guò)熱，造成晶閘管損壞。因此對(duì)晶閘管的電流上升率必須有所限制。產(chǎn)生電流上升率過(guò)大的原因一般有：晶閘管導(dǎo)通時(shí)，與晶閘管并聯(lián)的阻容保護(hù)中的電容突然向晶閘管放電；交流電源通過(guò)晶閘管向直流側(cè)保護(hù)電容充電；直流側(cè)負(fù)載突然短路等。所以為了防止飽和，在每個(gè)橋臂上串聯(lián)一個(gè)30μH的電感。 主電路及保護(hù)電路圖系統(tǒng)的主電路是晶閘管三相全控橋和直流電動(dòng)機(jī)，保護(hù)電路采用了阻容吸收電路和快速熔斷器進(jìn)行保護(hù)。圖42 主電路5 數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)一般典型的直流數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)主要包括控制模塊、同步信號(hào)電路、測(cè)速脈沖信號(hào)、速度反饋模塊、電流反饋電路、顯示電路、觸發(fā)脈沖輸出驅(qū)動(dòng)模塊等部分。基于MCS96系列80C196KC單片機(jī)的控制系統(tǒng)硬件功能總體框圖如圖51所示。圖51 基于80C196KC的直流電動(dòng)機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 控制模塊系統(tǒng)中的控制模塊主要負(fù)責(zé)完成數(shù)字PI算法的實(shí)現(xiàn)，電壓、電流A/D轉(zhuǎn)換與高速I/O掃描等功能是整個(gè)數(shù)字控制系統(tǒng)的核心，一般采用高性能的單片機(jī)構(gòu)成。單片機(jī)集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）、高速輸入口（HSI）、高速輸出口（HSO）等外圍電路，能夠降低硬件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性?？刂颇K部分由80C196KC單片機(jī)和外部程序存儲(chǔ)器構(gòu)成。80C196KC單片機(jī)是Intel公司推出的一款高性能的CHMOS 16位單片機(jī)，在其內(nèi)部“嵌入”了以往被認(rèn)為是“外圍”設(shè)備的多種電路，包括：時(shí)鐘發(fā)生器、多功能I/O口、A/D轉(zhuǎn)換器、PWM輸出口、串行口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、監(jiān)視定時(shí)器、高速輸入輸出器、外設(shè)事務(wù)服務(wù)器等。80C196KC的主要技術(shù)特點(diǎn)如下：（1）16K字節(jié)片內(nèi)EPROM；（2）448字節(jié)寄存器陣列；（3）寄存器寄存器結(jié)構(gòu)；（4）5個(gè)8位I/0口；（5）全雙工串行口；（6）16位監(jiān)視定時(shí)器；（7）4個(gè)16位軟件定時(shí)器；（8）可動(dòng)態(tài)配置的八位或十六位總線寬度；（9）PWM(脈寬調(diào)制)輸出；（10）HSI/HSO(高速輸入輸出口)；（11）10/8位具有采樣保持的A/D轉(zhuǎn)換器；（12）28個(gè)中斷源，18個(gè)中斷向量；（13）可以采用16MHz的晶振?？梢钥闯?，80C196KC不但具有豐富的硬件資源，而且運(yùn)行速度也大為提高。同樣使用12MHz的晶振，80C196KC的運(yùn)算速度要比8096提高1/3，使用16MHz的晶振，將比使用12MHZ晶振的8096快1/2(因?yàn)?096最快只能使用12MHz晶振)。此外，80C196KC的六個(gè)HSO通道正好可以輸出六個(gè)觸發(fā)晶閘管的脈沖，因此我們選用它來(lái)構(gòu)成數(shù)字直流電源的控制模塊。 同步信號(hào)電路同步信號(hào)電路是數(shù)字直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的一個(gè)重要的電路。同步信號(hào)電路的主要任務(wù)是為數(shù)字觸發(fā)脈沖輸出提供一個(gè)同步信號(hào)作為相位基準(zhǔn)。根據(jù)該基準(zhǔn)，通過(guò)單片機(jī)計(jì)算得出移相觸發(fā)時(shí)間，進(jìn)而確定觸發(fā)角對(duì)應(yīng)的觸發(fā)脈沖形成時(shí)刻。并通過(guò)觸發(fā)脈沖輸出電路將觸發(fā)脈沖分配輸出。同步信號(hào)的獲取方法有下面兩種：（1）同步信號(hào)獲取方法一是用圖52所示電路中最后一個(gè)異或門輸出的脈沖送到單片機(jī)的外部中斷引腳。下面介紹具體方法。圖52 同步信號(hào)電路圖圖中，同步變壓器與主變壓器一樣接成Y/Y12接法，同步電壓先由二級(jí)RC濾波電路濾除電源干擾，并通過(guò)調(diào)整R值實(shí)現(xiàn)30o移相，使三個(gè)相同步電壓分別與晶閘管電源三相線電壓保持同相位。三個(gè)同步電壓分別經(jīng)電壓比較器LM339變?yōu)镾1， S2， S3，三個(gè)方波信號(hào)，若以“1”表示高電平，以60o為單位時(shí)間，則S1， S2， S3的波形在電源一個(gè)正弦波周期(6個(gè)相帶)內(nèi)分別組成6種態(tài)：001101100110010011，80C196KC通過(guò)P1口讀入S1，S2， S3的狀態(tài)，就可以分析判斷當(dāng)前應(yīng)該觸發(fā)的相應(yīng)主電路的晶閘管觸發(fā)脈沖的組號(hào)。為了便于軟件處理，電源狀態(tài)用字碼表示，例如S1， S2， S3為011，則電源狀態(tài)字碼值S1， S2， S3為3. 對(duì)于晶閘管三相全控橋電路，一個(gè)周波有6個(gè)自然換向區(qū)。進(jìn)入每個(gè)換向區(qū)(60o相帶)要同時(shí)觸發(fā)兩個(gè)晶閘管，并按一定的順序，每隔60o依次發(fā)出脈沖觸發(fā)晶閘管。因此，要使單片機(jī)的觸發(fā)操作具有與電源嚴(yán)格同步的時(shí)序，還得由硬件產(chǎn)生與三相電源自然換向點(diǎn)同步的申請(qǐng)中斷的同步脈沖序列信號(hào)，這個(gè)同步脈沖序列的間隔是60o，它可以在主電路線電壓的每個(gè)自然換相點(diǎn)通過(guò)80C196KC的外部中斷引腳EXTINTI向CPU申請(qǐng)中斷，結(jié)合前述讀入的S1，S2，S3狀態(tài)字碼值，實(shí)現(xiàn)同步認(rèn)相判斷，可準(zhǔn)確地確定當(dāng)前的自然換向區(qū)應(yīng)該輸出哪個(gè)腳的脈沖。這個(gè)同步中斷信號(hào)可以利用己經(jīng)產(chǎn)生的S1，S2，S3信號(hào)得到。只要將三個(gè)方波信號(hào)異或，可以產(chǎn)生一個(gè)邊沿與線電壓自然換向點(diǎn)對(duì)齊的方波信號(hào)，該信號(hào)再經(jīng)過(guò)一個(gè)RC電路和異或門處理，或者用一個(gè)74LS123單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，即可得到一定脈寬的同步中斷