【文章內(nèi)容簡介】 使調(diào) 節(jié) 器的輸出變化 (增 大 )， 則 ? 也變化 （ 變小 )， 最后 使整流器輸出 電壓 又恢復(fù) (增加 )致電原來的數(shù)值，這就抑制了 主回 路電流的 變化 。 也就是說，在電網(wǎng)電壓變化時，在電動機(jī)轉(zhuǎn)速變化之前，電流的變化首先被抑制了。 同樣， 如 果機(jī)械負(fù)載或電樞電流突然發(fā)生很 大 的變化，由 于 采用了頻率響 應(yīng)較好的快速電流負(fù)反饋，當(dāng)整流器直流側(cè)發(fā)生類似短路的嚴(yán) 重故障 時，電流負(fù)反饋也及時地把電流故障反饋到電流控制 回 路 中 去，以便迅速減 小 輸出電 壓 ，從 而 保護(hù) 晶 閘管和 直 流電動機(jī) 不 致 因 電流過大而損壞 。 其 中 電 流調(diào)節(jié) 器的 作 用 ： 1） 對電 網(wǎng) 電壓波動起抗干擾作 用 2） 啟動 時保證獲 得允許的最大電流了 Idm 3） 在轉(zhuǎn)速 調(diào)節(jié) 過程中，使電樞電流跟隨給定電壓變化 4）當(dāng) 電機(jī)過載甚至堵轉(zhuǎn)時， 可 以 限制電樞電流的最 大 值，從 而 起到快速的過流安全保護(hù)，如 故障消失 ，系統(tǒng)能 自 動恢復(fù) 工 作。 三、 PID調(diào) 節(jié) 器 PID調(diào)節(jié) 器是 Proportional(比 例 )， Integral(積分 )， Differential(微分 )三 者縮 寫 ， 是連 續(xù)系統(tǒng)中成熟、 廣 泛應(yīng)用的調(diào) 節(jié) 方式 。 PID調(diào)節(jié)器 的實質(zhì)就是根據(jù) 輸 入的偏 差值 ，按比例、積分、微分的函 數(shù) 關(guān)系進(jìn) 行運算， 其 運 算結(jié) 果用以輸出控制 。 在實際應(yīng)用中，根據(jù)被控對象的特性和控制要求，可 靈活地改變 PID 的結(jié)構(gòu)。取其中的一部分環(huán) 節(jié) 構(gòu)成 控 制規(guī)定 。 在 TF1350型調(diào)速系統(tǒng)中，速度 調(diào)節(jié) 器和電流 調(diào) 節(jié) 器均采 用比 例積 分調(diào)節(jié)。 在模擬系統(tǒng)中， PID算法的表達(dá)式為 : 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 15 ? ??? ]/)()(/1)([)( dttdeTdtteTteKtP Dp ? 32 式中 IpI TKK /? DpD TKK ? P(t) — 調(diào)節(jié)器的輸出信號 Kp— 調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) TI — 調(diào)節(jié)器的積分時間 TD— 調(diào)節(jié)器的微分時間 PID 中 ， KI, KP , KD系數(shù)作用如 下： (1)比例系數(shù) KP越大 ， 則過渡過程 越 快 ， 控制結(jié)果的穩(wěn)態(tài)偏差也越小，但KP越大，也容易產(chǎn)生振蕩。故而，比例系數(shù) Kp必須選擇適當(dāng)，才能取得過渡時間少、靜差小而又穩(wěn)定的效果。 (2)從積分系數(shù)部分可知，如 KI小 (積分時間大 )，積分作用較弱，積分速度慢。這時，系統(tǒng)的過渡時間不會產(chǎn)生振蕩，但消除偏差所需時間也就較長，使過渡時間加長，不能較快達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng) KI較 大 ，積分作用強(qiáng)，這時系統(tǒng)過渡時間中也可能產(chǎn)生振蕩，且會使動態(tài)性能變差，不過消除偏差所需的時間較短 。 (3) KD越 大 ，則它抑制偏差 e(t)變化 的作用越強(qiáng)， KD越小，它反映偏并e(t)變化的作用越弱，微分部分顯然對系統(tǒng)穩(wěn)定有很 大 作用 。 第三節(jié) 直流調(diào)速系統(tǒng)裝置分析 直流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)調(diào) 節(jié) 裝置包含速度環(huán) (外環(huán) )，電流環(huán)及檢測裝置。下面 ， 主 要就速度環(huán)和電流環(huán)進(jìn)行詳細(xì)的分析。 一、 速度環(huán)分析 速度環(huán)是雙閉環(huán) 直 流調(diào)速系統(tǒng)的外環(huán) ， 它 主 要包括測速裝置、速 度 調(diào) 節(jié)器 直 流 電動 機(jī) 。 速度反饋環(huán)節(jié)把測速發(fā)電機(jī)輸出電壓變換為適合控制系統(tǒng)的電壓信號。 測速 裝 置 直流調(diào)速系統(tǒng)采用與動力電動機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)的 直 流發(fā)電機(jī)做為測速電機(jī)。直 流發(fā)電機(jī)輸出電 壓 與 電動機(jī)轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系，可用發(fā) 電機(jī)輸出 電壓 代表電動機(jī)轉(zhuǎn)速 。 其通過雙同軸 電纜 將其連 接 到調(diào) 節(jié) 板 上 做為速度反饋信 號。 速度 PI調(diào) 節(jié) 器 PI調(diào) 節(jié) 器的原理電路圖 ， 如圖 32所 示 調(diào) 節(jié) 器的傳遞函數(shù) sTsTKUUUsW nfnn 222* /)1()/()( ???? 33 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 16 當(dāng)我們調(diào) 節(jié) R2， C2，的值，可得到不同的積分時間常數(shù)，即 T2值 T2 = C2〔微法 〕 * R2（千歐） *103 34 當(dāng)調(diào)整 RI， C2的值可得到調(diào)節(jié)的傳遞系數(shù) KI )(/)( 12 ??? kRkRK I 35 在 TF– 1350型糖分離機(jī) 中， R2=390?k ， C2=10μ F 在電路的輸入端還反并聯(lián)了一對二極管 D D2， 使調(diào)節(jié)器輸入到運算放大器的最 大 差值電壓不超過二極管的壓降值即 ，從而可起到保護(hù)作用 。 542312AU A 7 4 1D2D1R1R2R3C1UnGNDU n *U n fR?R E S 2 圖 32 速度調(diào)節(jié)器原理圖 二、電流環(huán)分析 電流環(huán)包括電流檢測電路、電流調(diào) 節(jié) 器、電動機(jī)部分，這樣也構(gòu)成了一個閉環(huán)反饋系統(tǒng)。 電流反饋環(huán)節(jié)由霍爾器件及運算放大器組成，用以檢測可控硅直流側(cè)的電流信號，以獲得與變流器電流成正比的直流電壓信號和過流信號。 下 面 主 要分析電流檢測電路及電流調(diào) 節(jié) 器。 電流檢測電路 電流檢測電路如圖 33所 示： 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 17 D1 D3 D5D2 D4 D6D7R1C1 C2R2R3T1T R A N S 3321411U 2 AL M 3 2 4GNDGNDOUTA B CR?R E S 2R?R E S 2 圖 33 電流檢測電路 電流檢測電壓是通過一個 400:1的電流互感器從 主 電源上獲取。經(jīng)過整流橋進(jìn)行整流經(jīng)過 C1， D7， C2濾波， R R3分壓后，經(jīng)過運算器放 大， 可送入電流調(diào) 節(jié) 器 作 為系統(tǒng)的反饋電流檢測值 。 電流 PI調(diào)節(jié)器 電流 調(diào)節(jié)器 傳遞函數(shù)為 ： )/(/)1()( 21 nfnkI UUUSTSTKsW ???? 36 調(diào)整 R C2值 能 調(diào) 整電流調(diào) 節(jié) 器的傳遞函數(shù)。此電流 調(diào)節(jié) 器采 用 限幅形式，在 +10V (? = 0o)以 上 和 0V(? =180o)以 下 限幅，輸出不變化 。 在 TF– 1350型糖分離機(jī) 中： R2=39?k C2=1μ F 542312AU A 7 4 1D2D1R1R2R3 C1UnGNDU n *U n fD1 D3 D5D2 D4 D6D7R1C1 C2R2R3T1T R A N S 3321411U 2 AL M 3 2 4GNDGNDOUTA B C321411AU A 74 1OUTGNDR1R2R3 C1UnU i fR1R2R3R4321411U 1 AL M 32 4 D1UiV C CV C CU0 圖 34 電流調(diào)節(jié)器原理圖 第四節(jié) 晶閘管觸發(fā) 裝置 調(diào) 速系統(tǒng)采 用 邏輯無環(huán)流 調(diào) 速系統(tǒng) ， 用 2組 12只 400A晶閘管 作 為整流逆變 元 件。 晶閘 管觸發(fā)裝置是根據(jù)電流調(diào) 節(jié) 器輸出的 Uk值來決定橋式晶 閘 管輸出或逆變的平均電壓，根據(jù)給定的控制信號的極性和主電路的情況來決定哪廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 18 一組 SCR導(dǎo)通、哪一組 SCR封鎖，以及 什么 時候進(jìn)行切換 。 直 流調(diào)速系 統(tǒng)晶閘管觸發(fā)裝置可分為：電平檢測電 路，邏 輯控制器。電平檢測電路又可分為 ： 零電流檢測器和轉(zhuǎn)矩極性鑒別器。邏輯控制器又包括 ：邏輯判斷電路、延時電路、連鎖保護(hù)。 一、觸發(fā)器原理 根據(jù)三相橋式全控整流電路對觸發(fā)電路的要求，采用同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路，電路原理圖如圖 35 所示。設(shè)計時采用恒流源充電，輸出為雙窄脈沖 (也可 為單窄脈沖 )，脈沖寬度在 8176。 左右。本觸發(fā)電路分成三個基本環(huán)節(jié)：同步電壓形成、移相控制、脈沖形成和輸出。此外，還有雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)。 同 步 信 號A T m e g a 1 6單 片 機(jī)A T m e g a 8amp。000amp。000amp。000W DDRCDDCRRV C CJKW DDDDCRV C CJW DDDDCRV C CJ中 斷 圖 35 觸發(fā)器原理圖 (1) 同步信號與主回路的相位關(guān)系 同步問題是指觸發(fā)脈沖與主回路電源同步。 為了使主電路三項全控橋的各相觸發(fā)脈沖與晶閘管陽極電路保持嚴(yán)格的相位關(guān)系，控制系統(tǒng)有專門的同步脈沖產(chǎn)生電路。 同步脈沖產(chǎn)生電路作用是： 1）檢測電源電壓過零狀態(tài)，供單片機(jī)分配脈沖和控制用； 2）產(chǎn)生同步中斷脈沖，即在電源每相電壓 過零時向單片機(jī)申請中斷，使單片機(jī)的觸發(fā)操作與電源同步，單片機(jī)中斷后，改變定時器初值，然后再根據(jù)控制角的分區(qū)和電源狀態(tài)，定時定相觸發(fā)脈沖。 同步變壓器 BT 和主回路整流變壓器接在同一交流電源上，具有相同頻率。主回路整流變壓器為 Yo/Y12 聯(lián)接組，同步變壓器為 Y/Y6， Y/Y12 聯(lián)廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 19 接組。選擇 T1 的同步電壓為 uTa，其余 T2～ T6的同步電壓見表 1。 表 1 晶閘管三相全控橋中晶閘管的同步信號電壓 被觸發(fā)的晶閘管 T1 T2 T3 T4 T5 T6 主回路電壓 +Ua Uc +Ub Ua +Uc Ub 同步信號電壓 uTa +uTc uTb +uTa uTc +uTb 同步電壓經(jīng)過電壓比較器變成 180176。寬的方波 S1,S2,S3送到單片機(jī)，S1,S2,S3分別組成 6個狀態(tài)，即 001， 101， 100， 110， 011， 010單片機(jī)就可以根據(jù)讀入的狀態(tài)判斷當(dāng)前應(yīng)該觸發(fā)的相應(yīng)主電路晶閘管的組號。 (3) 移相控制環(huán)節(jié) 控制信號 ku 經(jīng) R偏移信號 up經(jīng) R鋸齒波同步信號經(jīng) R6在 T4基極進(jìn)行疊加，并對鋸齒波同步信號進(jìn)行垂直控制。當(dāng)合成電壓 Ub4＞ ， T4由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通， T4集電極電位由正跳變到近似為 0，并通過脈沖形成環(huán)節(jié)產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。所以，在偏移電壓 up一定的情況下，改變控制電壓 ku 即能改變控制角α 的大小，達(dá)到觸發(fā)移相的目的。 (4) 脈沖形成和放大 當(dāng) T4由截止變?yōu)閷?dǎo)通時，電容 C3放電產(chǎn)生負(fù)脈沖，使 T5管截止，從而使 T6導(dǎo)通產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，經(jīng)脈沖變壓器輸出。 為滿足三相全控橋整流電路提出的雙窄脈沖要求，在線路中引入了補(bǔ)入、補(bǔ)出的線路，此時，只要把觸發(fā)器 X端接至前面觸發(fā)器 Y端，把觸發(fā)器 Y端接到后面觸發(fā)器 X端即可。這樣每個觸發(fā)單元一個周期內(nèi)輸出兩個窄脈沖(相互間隔 60176。) ，只供給相對應(yīng)的晶閘管元件。以 T1元件的觸發(fā)電路而言， Y端應(yīng)該接至 T2元件觸發(fā)電路的 X端，因為 T2元件比 T1元件滯后 60176。 導(dǎo)通，當(dāng) T2元件觸發(fā)電路輸出一個脈沖時，也給 T1補(bǔ)送一個脈沖。同理， T1元件 X端應(yīng)該接至 T6元件觸發(fā)電路的 Y端，因為 T6元件比 T1元件超前 60176。 導(dǎo)通，當(dāng) T1元件觸發(fā)電路輸出一個脈沖，同時給 T6補(bǔ)送一個脈沖。 二 、電平檢測電路 它的主要任務(wù)是將速度調(diào)節(jié)器和電流檢測器來的模擬量轉(zhuǎn)為數(shù)字量，然后輸入到邏輯裝置中進(jìn)行運算，以決定開 放哪一組 SCR，封鎖哪一組 SCR。 系統(tǒng)中采用帶正反饋的運算放大器做為電平檢測電路，如圖 36所示 ： 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 20 R1R2R3R432