【正文】 outI 一次側(cè)電流測(cè)量范圍 20A 引腳 2 12V 二次側(cè)額定輸出電流 10mA 引腳 3 +12V 匝數(shù)比 1:1000 引腳 4 空 在電流 負(fù) 反饋通道中， 主電路的電流范圍為 A20~0 ， 霍爾元件的 電流輸出引腳 1 為 mA20~0 ，經(jīng)過 250? 電阻，轉(zhuǎn)換成 V5~0 信號(hào)，在經(jīng)過 RC 濾波，通過運(yùn)算放大器（電壓跟隨作用）后送入 ADC0809 的 IN1。本系統(tǒng)采用的霍爾傳感器型號(hào)為 CSM010CG，它是應(yīng)用霍爾效應(yīng)得閉環(huán)電流傳感器，電流在一次側(cè)和二次側(cè)電路之間高度絕緣，可用于測(cè)量直流、交流、脈沖以及各種不規(guī)則波形的電流。其電路原理圖如圖 46。每當(dāng)有同步信號(hào)到來時(shí)，啟動(dòng)晶閘管觸發(fā)程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)晶閘管的觸發(fā)，其電路原理圖如圖 45 所示。 圖 44 晶閘管 的驅(qū)動(dòng)電 路 20 觸發(fā)同步信號(hào)電路設(shè)計(jì) 同步信號(hào)電路是由 LM339 構(gòu)成的過零比較器電路和一個(gè)反相器組成的。 本設(shè)計(jì)中采用的光耦型號(hào)為 4N25，其參數(shù)如表 42 所示，圖 44 中各個(gè)器件的參數(shù)確定如下： 11R =（ ） /10mA=350? ； 11RP = WmA 5 0)10( 2 ??? ，取 12R =（ ） /（ 2~3 mA） =（ ~ ） K? mWP R 401010)102( 32312 ????? ? 19 三極管 1T ，功耗小于 1W，耐壓 CBOU ＞ 48V， mAIb ,50 ??? 則 13RI =2 mAImA b ?? ； ??? KmAVR ，取 ? ； mWKVVP R ???? ； ???? KmAVVR )124(14 ，取 ?K mWmAVPR 4 6 0202314 ??? 二極管 2D （耐壓＞ 24V， 30mA） 。 晶閘管的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 為了防止 主回路對(duì)單片機(jī)的干擾，單片機(jī)的觸發(fā)脈沖要 進(jìn)行光電隔離 ，其原理圖如圖 44 所示。 對(duì)于 50Hz 的交流電來說，控制角 ? 對(duì)應(yīng)的時(shí)間為： ?T =? * 610 /360*50 （μ s） 為了加快計(jì)算速度，可采用查表法來按 cU 值計(jì)算 ?T 值。 由它可算出對(duì)應(yīng)于某一 cU 值的 ? 值。如要求觸發(fā)整流環(huán)節(jié)為一個(gè)放大系數(shù)為 SK 的線性環(huán)節(jié)，則有： ? 2UU d ? = SK cU 即有 cCc UUU ??? ?? m a xm i n /c o sc o s ? = )arccos( cU? 式中 ， maxmin /cos cU?? ? 最小控制角 min? 和最大控制輸出 maxcU 有關(guān)系的常數(shù)。 對(duì)于數(shù)字調(diào)節(jié)器，要求對(duì)象為線性系統(tǒng)。每當(dāng)觸發(fā)時(shí)間到，按指針從表中取出一個(gè)數(shù)據(jù)從單片機(jī)的 P1 口輸出，經(jīng)光電隔離并功率放大后去觸發(fā)晶閘管。 脈沖分配表 在觸發(fā)六個(gè)晶閘管時(shí)，要按照?qǐng)D 43 的順序，依次發(fā)出控制信號(hào)。在三相全控橋式整流電路中，一般則常使用相對(duì)觸發(fā)方式。電角度的方法獲得其觸發(fā)時(shí)刻。 因此，在相對(duì)觸發(fā)方式時(shí)， 交流電的一個(gè)周期內(nèi)只需要一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)。對(duì)三相全控橋式整流電路，在交流電的一個(gè)周期內(nèi)需要 6 個(gè)（或者 3 個(gè)）基準(zhǔn)點(diǎn)。 在控制觸發(fā)時(shí)，有兩種觸發(fā)方法：絕對(duì)觸發(fā)方法和相對(duì)觸發(fā)方法。本設(shè)計(jì)中采用相隔 60176?；虿捎孟喔?60176。 觸發(fā)脈沖的寬 度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通，對(duì)于感性和反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載的變流器應(yīng)采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)，對(duì)變流器的啟動(dòng)、雙星形帶平衡電抗器的 17 觸發(fā)電路的脈沖寬度應(yīng)大于 30176。取線電壓 acU 從負(fù)半波的過零點(diǎn) G（ t1） 作為同步基準(zhǔn)點(diǎn)，則應(yīng)觸發(fā)導(dǎo)通的第一對(duì)晶閘管為 SCR1 、 SCR6，根據(jù)波形圖可分 析出各晶閘管的觸發(fā)時(shí)刻（對(duì)應(yīng)于控制角 ?0?? ）及觸發(fā)順序如圖 43 所示。六個(gè)晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)?SCR SCR SCR SCR SCR SCR6，如圖 42 所示。 圖 41 三相全 控橋式整流電路 圖 42 三相電壓曲線 三相全控橋式整流電路共有六個(gè)晶閘管，它們分為共陰極和共陽極兩組。~ 綜上所述，晶閘管組成的三相全控橋供電電路及保護(hù)電路已經(jīng)設(shè)計(jì)和計(jì)算完成，主電路的電路原理圖見附錄 1。 則選擇空氣開關(guān)為 DZ4763N3P。低壓斷路器可在正常負(fù)荷下接通或斷開電路，當(dāng)電路中發(fā)生短路故障或過載時(shí)，低壓斷路器可自動(dòng)掉閘電路起到保護(hù)氣線路和電氣設(shè)備的作用，并可防止事故范圍擴(kuò)大。 15 mindIUL ? mHAV ???? aLLL ??1 = mHmHmH ?? ， 取 mHL 101 ? 低壓斷路器 的 選擇。其 主要參數(shù)有流過電抗器的電流一般是已知的，因此電抗器參數(shù)計(jì)算主要是電感量的計(jì)算。 平波電抗器和 斷路器 的選擇 平波電抗器。在容量較小系統(tǒng)中，也可把接晶閘管的導(dǎo)線繞上一定圈數(shù)，或在導(dǎo)線上套上一個(gè)或幾個(gè)磁環(huán)來代替橋臂電抗器。 限制 dtdi/ ，除在阻容保護(hù)中選擇合適的電阻外，也可采用與限制 dtdu/相同的措施，即在每個(gè)橋臂上串聯(lián)一個(gè)電感。因此對(duì)晶閘管的電流上升率 dtdi/ 必須有所限制。 限制 dtdu/ 過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 dtdu/ 降低。因此作用于晶閘管的正相電壓上升率應(yīng)有一定的限制。 VUU RN 1202 ?? ； ?? )(AVTRN II AA ~ 本電路 選擇的熔斷器參數(shù)為 250V/15A。 交流側(cè)接快熔能夠?qū)υ搪泛椭绷鱾?cè)短路都起保護(hù)作用，但因正常時(shí)流過快熔的電流有效值大于流過晶閘管的電流有效值，故應(yīng)選用額定電流較大的快熔，這樣對(duì)故障過電流時(shí)晶閘管的保護(hù)就差了；直流側(cè)接快熔只對(duì)負(fù)載短路或過載起保護(hù)作用，但對(duì)元件短路則不起保護(hù)作用；元件串聯(lián)快熔，因流過它們的電流相同，所以對(duì)元件的保護(hù)作用最好，是應(yīng)用最廣的一種接法。 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。 表 34 限制關(guān)斷過電壓的阻容的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) 晶閘管額定電流 10A 20A 50A 100A 200A 500A 1000A C（微法） R（歐） 100 80 40 20 10 5 2 電阻 R 和電容 C 采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選擇， R=80? ， FC ?? ； 電容的耐壓值 CU mU?? = U?? =，取 500V；電阻的功率可由公式 62 10 ??? mR fcUP ????? VP R 1 ，取 1W 過電流保護(hù)電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算 晶閘管在短時(shí)間內(nèi)能夠承受一定的過電流而不損壞。電容耐壓可選加在晶閘管兩端工作電壓峰值 mU 的 ～ 倍 。 晶閘管關(guān)斷過電壓保護(hù)。額定電壓的下限 是線路工作電壓峰值，考慮到電壓波動(dòng)以及多次承受沖擊電流后， mAU1 值可能下降，因此額定電壓增加 30%的裕量。這時(shí)，可在直流側(cè)采用壓敏電阻，以防止過電壓。 本設(shè)計(jì)中壓敏電阻采用△接法，計(jì)算得 mAU1 ? V1 2 032)~( ??? =（ ~360 404） V 壓敏電阻選用 MY31440/3，通流量為 3KVA 直流側(cè)過電壓保護(hù)。它有接近穩(wěn)壓管的伏安特性，能把浪涌電壓抑制在晶閘管允許的范圍以內(nèi)。當(dāng)發(fā)生雷擊或從 電網(wǎng)侵入更高的浪涌電壓時(shí)，雖有阻容保護(hù)，過電壓仍會(huì)突破允許值。本設(shè)計(jì)中采用阻容保護(hù)，即在變壓器二次側(cè)并聯(lián)電阻 R 和電容 C 進(jìn)行保護(hù)。 采用阻容保護(hù)能夠把操作過電壓一直在允許范圍內(nèi)。 11 以過電壓的部位來分，有交流側(cè)過電壓保護(hù)、直流側(cè)過電壓保護(hù)和元件保護(hù)。另一種過電壓是由于雷擊等原因從電網(wǎng)侵入的偶然性的浪涌電 壓，它可能比操作過電壓還要高。一種稱為操作過電壓， 由晶閘管裝置的拉閘、合閘和元件關(guān)斷等電磁過程引起過電壓。正確的保護(hù)是晶閘管裝置能否可靠地正常運(yùn)行的關(guān)鍵 。 晶閘管的保護(hù)電路設(shè)計(jì) 晶閘管 有換相方便，無噪音的優(yōu)點(diǎn)。 由表 32 查得 K=，考慮 ～ 2 倍的裕量 ， dI =12A，電動(dòng)機(jī)的過載倍數(shù) ?? ，即 )(AVTI =（ ～ 2） * fbK dI AAA ~)()2~( ???? 取 20A。 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。 整 流 電 路 形 式 為 三 相 全 控 橋 ， 查 表 32 得 26UUm ? ，則 ，? ? ? ? ? ? VUUU mTN 955~63712063~263~23~2 2 ?????? ， 取 VUTN 800? 表 32 整流元件的最大峰值電壓 mU 和通態(tài)平均電流的計(jì)算系數(shù) fbK 整流主電路 單相 半波 單相雙半波 單相橋式 三相半波 三相橋式 帶平衡電抗器的雙反星形 整流主電路 22U 2 22U 22U 26U 26U 26U fbK （ )0??? 電阻負(fù)載 1 電流負(fù)載 10 整流器件的額定電流的確定 晶閘管 和整流管流過正弦半波電流后的電流有效值 I 和額定電流（通態(tài)平均電流） )(AVTI 的比值為 ，即 I= )(AVTI 為使整流元件不因?yàn)檫^熱而損壞，流經(jīng)元件的實(shí)際電流有效值再乘以安全系數(shù)（ ） 以后，才能等于元件允許的電流有效值。 電壓比 K= 1U / 2U =380/120= 表 31 整流變壓器計(jì)算系數(shù)（電感負(fù)載） 整流主電路 三相半控橋 三相全控橋 A B （ 1+cos ? ） /2 cos ? 2KI 1KI 1m 3 3 2m 3 3 一次側(cè)相電流 1I 和二次側(cè)相電流 2I 的計(jì)算 由表 31 查得 , 1KI =， 2KI =。 時(shí)整流 電壓 平均值 之比，即 B= ?dU / 0dU ； ε —— 電網(wǎng)波動(dòng)系數(shù)； 1～ —— 考慮各種因數(shù)的安全系數(shù)； 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用公式： ? ? BAUU d?~12 ? 由表 31 查得 A=；取ε =； ? 角考慮 15176。 時(shí)整流 電壓 平均值 之比，即 B= ?dU / 0dU ； ε 電網(wǎng)波動(dòng)系數(shù)； C— 線路的接線方式； TnU 主電路電流回路 n 個(gè)晶閘管正向壓降 D? 電動(dòng)機(jī)電樞電路總電阻的標(biāo)幺值； P? 對(duì)于電動(dòng)機(jī)額定電流和電壓的電阻的標(biāo)幺值； %ku 變壓器的短路比， 100 千伏安以下的變壓器取 5， 100～ 1000 千伏 8 安的變壓器取 5～ 8； 在要求不高場(chǎng)合或近似估算時(shí)，可用下式計(jì)算，即： ? ? BAUU N?~12 ? 式中 A理想情況下， 控制角 α =0176。 NU 負(fù)載電動(dòng)機(jī)的額定電壓； A理想情況下， 控制角 α =0176。選擇過大又會(huì)造成延遲角α加大，功率因數(shù)變壞，整流元件的耐 壓升高，增加了裝置的成本。 電動(dòng)機(jī)的參數(shù)基本參數(shù)： NU =220V， NI =12A， NP =， n =1500r. 1min? ,勵(lì)磁電壓為 220V，電樞內(nèi)阻 aR =? ， aL =60mH , 2GD = 。 并且可以通過鍵盤輸入給定值，利用 LED 數(shù)碼管顯示電動(dòng)機(jī)的 給定 轉(zhuǎn)速 和實(shí)際測(cè)量轉(zhuǎn)速 。其硬件結(jié)構(gòu)如圖 所示。在動(dòng)態(tài)性能方面，雙閉環(huán)系統(tǒng)在起動(dòng)和升速過程中表現(xiàn)出很快的動(dòng)態(tài)跟隨性，在動(dòng)態(tài)抗擾性能上，表現(xiàn)在具有較強(qiáng)的抗負(fù)載擾動(dòng)，抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)。得到過電流的自動(dòng)保護(hù)。采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串級(jí)聯(lián)接，這樣就可以實(shí)現(xiàn)在起動(dòng)過程中只有電流負(fù)反饋，而它和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋不同時(shí)加到一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入端，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，只靠轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不靠電流負(fù)反饋發(fā)揮主要的作用， 6 這樣就能夠獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能。 整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 若采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和 PI 調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)雖然可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，不過當(dāng)對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如要求快速起制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)難 以滿足要求，因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來控制動(dòng)態(tài)過程的電流或轉(zhuǎn)矩，在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，只有電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的，但它只是在超過臨界電流值以后，靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，并不能很理想地控制電流的動(dòng)態(tài)波形，當(dāng)電流從最大值降低下來以后，電機(jī)轉(zhuǎn)矩也隨之減少，因而加速過程必然拖長(zhǎng)。同時(shí)，由于電機(jī)的容量較大，又要求電流的脈動(dòng)小。并且晶閘管可控整流裝置無噪聲、無磨損、響應(yīng)快、體積小、重量輕、投資省?？紤]使電路簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)且滿足性能要求，選擇晶閘管三相全控橋交流器供電方案。 在 VM 系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器給定電壓，即可移動(dòng)觸發(fā)裝置輸出脈沖的相位，從而方便的改變整流器的輸出，瞬時(shí) 負(fù)載 電壓。直流斬波器和脈寬調(diào)制交換器采用 PWM 受器件各量限制，適用于中、小功率的系 5 統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組簡(jiǎn)稱 GM 系統(tǒng)，適用于調(diào)速要求不高，要求可逆運(yùn)行的系統(tǒng)，但其設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低 、維護(hù)不便。因此，自動(dòng)控制的直流系統(tǒng)往往以變壓調(diào)速為主。 對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。 2） 減弱勵(lì)磁磁通 ? 。