【文章內(nèi)容簡介】 16） 式中調(diào)節(jié)器比例系數(shù)；調(diào)節(jié)器時間常數(shù)。對于晶閘管整流器，它本身是一個時滯環(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)；閘管整流器時間常數(shù)。考慮到一般比起系統(tǒng)其它部分的時間常數(shù)往往小很多，可以將該時滯環(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)過程比轉(zhuǎn)速響應(yīng)過程快得多，所以可以不考慮反電勢的影響，反電勢支路相當(dāng)于斷開。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。此時轉(zhuǎn)速環(huán)開環(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)計與參數(shù)計算電動機的額定電壓為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勢的不良影響和三次諧波電流對電源的干擾，主變壓器采用D/Y聯(lián)結(jié)。 變壓器的設(shè)計工業(yè)供電電壓為AC 380V，而電動機的額定電壓為110V，所以必須通過降壓變壓器使之達(dá)到系統(tǒng)供電要求。本設(shè)計采用的是直流電動機，故還要通過整流電路使之轉(zhuǎn)換成連續(xù)的直流電壓。 變壓器二次側(cè)電壓U2的計算U2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，選擇過高又會造成延遲角加大，整流元件的承受電壓升高，增加了裝置的成本。一般可按下式計算，即： （41） 式中A理想情況下，=0176。時整流電壓與二次電壓之比，即；B延遲角為時輸出電壓與之比，即——電網(wǎng)波動系數(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的計算查表可得 KI1=， KI2= 變壓器容量的計算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，對過電壓過電流敏感，在低速運行時，導(dǎo)通角很小等缺點。結(jié)合課題提供的參數(shù)，選擇適當(dāng)型號的晶閘管十分重要。 晶閘管的額定電壓晶閘管實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，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的額定電流有效值大于實際流過的電流最大有效值 ，即，考慮（～2）倍的裕量。式中K 電流計算系數(shù)。此外，還需注意以下幾點：①當(dāng)周圍環(huán)境溫度超過+40℃時，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，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故選晶閘管的型號為KP498。 直流調(diào)速系統(tǒng)的保護晶閘管有換相方便，無噪音等優(yōu)點。設(shè)計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電壓、過電流保護措施。采取正確的保護措施是晶閘管裝置可靠地運行的必要條件。 過電壓保護和限制（一）凡是超過晶閘管正常工作時承受的最大峰值電壓的情況都算過電壓，產(chǎn)生過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和累積。按照過電壓保護的部位來分，有交流側(cè)保護、直流側(cè)保護和元件保護。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本思想。抑制過電壓的方法不外乎三種：用非線性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。實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用兩種不同保護方法。以過電壓保護的部位來分，有交流側(cè)過壓保護、直流側(cè)過電壓保護和器件兩端的過電壓保護三種。（1） 交流側(cè)過電壓保護：本設(shè)計采用阻容保護，如圖41所示。圖41 交流側(cè)保護電路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)過電壓保護直流側(cè)保護可采用與交流側(cè)保護相同的方法，可采用阻容保護和壓敏電阻保護。但采用阻容保護易影響系統(tǒng)的快速性，因此，一般不采用阻容保護，而只用壓敏電阻作過電壓保護。=（）=（ ）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電壓保護抑制晶閘管關(guān)斷過電壓一般采用在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護電路方法。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，會使晶閘管誤導(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。造成電壓上升率過大的原因一般有兩點：由電網(wǎng)侵入的過電壓；由于晶閘管換相時相當(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大。限制過大可在電源輸入端串聯(lián)電感和在晶閘管每個橋臂上串聯(lián)電感，利用電感的濾波特性，使其降低。 過電流保護和限制（一）由于晶閘管的熱容量很小，一旦發(fā)生過電流，溫度就會急劇上升，可能會把PN結(jié)燒壞，造成元件內(nèi)部短路或開路。晶閘管發(fā)生過電流的主要原因有以下幾種：負(fù)載端過載或者短路；牧歌晶閘管被擊穿短路，造成其它元件的過電流。觸發(fā)電路不正?；蚴芨蓴_，使晶閘管誤導(dǎo)通，引起過電流。晶閘管過電流的保護的常用措施有快速熔斷器和硒堆保護等?？焖偃蹟嗥鞯臄嗔鲿r間短，保護性能較好，是目前應(yīng)用最普遍的保護措施?？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。因此對晶閘管的電流上升率必須有所限制。產(chǎn)生電流上升率過大的原因一般有：晶閘管導(dǎo)通時，與晶閘管并聯(lián)的阻容保護中的電容突然向晶閘管放電；交流電源通過晶閘管向直流側(cè)保護電容充電；直流側(cè)負(fù)載突然短路等。所以為了防止飽和，在每個橋臂上串聯(lián)一個30μH的電感。 主電路及保護電路圖系統(tǒng)的主電路是晶閘管三相全控橋和直流電動機，保護電路采用了阻容吸收電路和快速熔斷器進(jìn)行保護。圖42 主電路5 數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的硬件設(shè)計一般典型的直流數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)主要包括控制模塊、同步信號電路、測速脈沖信號、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)動模塊等部分。基于MCS96系列80C196KC單片機的控制系統(tǒng)硬件功能總體框圖如圖51所示。圖51 基于80C196KC的直流電動機數(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算法的實現(xiàn)，電壓、電流A/D轉(zhuǎn)換與高速I/O掃描等功能是整個數(shù)字控制系統(tǒng)的核心，一般采用高性能的單片機構(gòu)成。單片機集成了模數(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單片機和外部程序存儲器構(gòu)成。80C196KC單片機是Intel公司推出的一款高性能的CHMOS 16位單片機，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/計數(shù)器、監(jiān)視定時器、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8位I/0口；（5）全雙工串行口；（6）16位監(jiān)視定時器；（7）4個16位軟件定時器；（8）可動態(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個中斷源，18個中斷向量；（13）可以采用16MHz的晶振?？梢钥闯?，80C196KC不但具有豐富的硬件資源，而且運行速度也大為提高。同樣使用12MHz的晶振，80C196KC的運算速度要比8096提高1/3，使用16MHz的晶振，將比使用12MHZ晶振的8096快1/2(因為8096最快只能使用12MHz晶振)。此外，80C196KC的六個HSO通道正好可以輸出六個觸發(fā)晶閘管的脈沖，因此我們選用它來構(gòu)成數(shù)字直流電源的控制模塊。 同步信號電路同步信號電路是數(shù)字直流電機調(diào)速系統(tǒng)的一個重要的電路。同步信號電路的主要任務(wù)是為數(shù)字觸發(fā)脈沖輸出提供一個同步信號作為相位基準(zhǔn)。根據(jù)該基準(zhǔn)，通過單片機計算得出移相觸發(fā)時間，進(jìn)而確定觸發(fā)角對應(yīng)的觸發(fā)脈沖形成時刻。并通過觸發(fā)脈沖輸出電路將觸發(fā)脈沖分配輸出。同步信號的獲取方法有下面兩種：（1）同步信號獲取方法一是用圖52所示電路中最后一個異或門輸出的脈沖送到單片機的外部中斷引腳。下面介紹具體方法。圖52 同步信號電路圖圖中，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RC濾波電路濾除電源干擾，并通過調(diào)整R值實現(xiàn)30o移相，使三個相同步電壓分別與晶閘管電源三相線電壓保持同相位。三個同步電壓分別經(jīng)電壓比較器LM339變?yōu)镾1， S2， S3，三個方波信號，若以“1”表示高電平，以60o為單位時間，則S1， S2， S3的波形在電源一個正弦波周期(6個相帶)內(nèi)分別組成6種態(tài)：001101100110010011，80C196KC通過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。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. 對于晶閘管三相全控橋電路，一個周波有6個自然換向區(qū)。進(jìn)入每個換向區(qū)(60o相帶)要同時觸發(fā)兩個晶閘管，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，要使單片機的觸發(fā)操作具有與電源嚴(yán)格同步的時序，還得由硬件產(chǎn)生與三相電源自然換向點同步的申請中斷的同步脈沖序列信號，這個同步脈沖序列的間隔是60o，它可以在主電路線電壓的每個自然換相點通過80C196KC的外部中斷引腳EXTINTI向CPU申請中斷，結(jié)合前述讀入的S1，S2，S3狀態(tài)字碼值，實現(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)該輸出哪個腳的脈沖。這個同步中斷信號可以利用己經(jīng)產(chǎn)生的S1，S2，S3信號得到。只要將三個方波信號異或，可以產(chǎn)生一個邊沿與線電壓自然換向點對齊的方波信號，該信號再經(jīng)過一個RC電路和異或門處理，或者用一個74LS123單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，即可得到一定脈寬的同步中斷