【正文】 ③關(guān)鍵、重大設(shè)備，電流裕量可適當(dāng)選大些。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。電壓比K=U1/U2=380/120=。時(shí)整流電壓Ud0與二次電壓U2之比，即A=Ud0/U2；B延遲角為α?xí)r輸出電壓Ud與Ud0之比，即B=Ud/Ud0；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：由表查得 A=；取ε=；α角考慮10176。一般可按下式計(jì)算，即：式中Udmax 整流電路輸出電壓最大值；nUT 主電路電流回路n個(gè)晶閘管正向壓降；C 線路接線方式系數(shù)；Usk 變壓器的短路比，對(duì)10～100KVA，Usk =～；I2/I2N變壓器二次實(shí)際工作電流與額定之比，應(yīng)取最大值。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。晶閘管正反組切換由數(shù)字邏輯切換單元來(lái)完成。其硬件結(jié)構(gòu)如圖21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(guò)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(guò)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(guò)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，這樣就能夠獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能。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(wú)靜差，不過(guò)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(lái)控制動(dòng)態(tài)過(guò)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(mén)用來(lái)控制電流的，但它只是在超過(guò)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(lái)以后，電機(jī)轉(zhuǎn)矩也隨之減少，因而加速過(guò)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(wú)噪聲、無(wú)磨損、響應(yīng)快、體積小、重量輕、投資省。考慮使電路簡(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GT輸出脈沖的相位，從而方便的改變整流器的輸出，瞬時(shí)電壓Ud。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。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 雙閉環(huán) 直流調(diào)速系統(tǒng) 數(shù)字方式目錄第1章 緒論………………………………………………1第二章 方案論證………………………………………..3第三章 直流調(diào)速控制系統(tǒng)…………………………….5………………………………………………………...5………………………………………………………….7………………………………………………………….8……………………………………………………………….8 ………………………………………………………….9 …………………………………………………….11 單片機(jī)的擴(kuò)展………………………………………………………………….12………………………………………………..13………………………………………………..14…………………………………………16………………………………………….24 ………………………………………………………..28第四章PID的控制算法………………………………….32…………………………………………………...32………………………………………………………………..33第五章直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路設(shè)計(jì)…………………...36……………………………………………………….36………………………………………………………………………..37………………………………………………………………………..38第六章軟件設(shè)計(jì)………………………………………42 系統(tǒng)仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析 49第七章系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)………………………………46第八章直流調(diào)速系統(tǒng)的保護(hù)……………………………49總結(jié)……………………………………………………….51辭謝……………………………………………………….53參考文獻(xiàn)………………………………………………….第2章 系統(tǒng)方案選擇和總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)選用的電動(dòng)機(jī)型號(hào)Z232型，額定電壓230V，,額定轉(zhuǎn)速1000r/min, 勵(lì)磁電壓220V,運(yùn)轉(zhuǎn)方式連續(xù)。最后進(jìn)行軟件編程、調(diào)試以及計(jì)算機(jī)仿真。本文介紹的是用一臺(tái)26KW的直流電動(dòng)機(jī)，8051單片機(jī)構(gòu)成的數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)。其控制軟件能夠進(jìn)行邏輯判斷和復(fù)雜運(yùn)算，可以實(shí)現(xiàn)不同于一般線性調(diào)節(jié)的最優(yōu)化、自適應(yīng)、非線性、智能化等控制規(guī)律。廈門(mén)南洋職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文廈門(mén)南洋職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)基于單片機(jī)控制直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)歷層次大專 教學(xué)院名稱機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)名稱機(jī)電一體化技術(shù)學(xué)生姓名褚斌斌指導(dǎo)教師陳清泉 侯紅科機(jī)電工程學(xué)院 機(jī)電一體化技術(shù) 專業(yè) 2 班學(xué)生姓名（學(xué)號(hào)） 褚斌斌 10580201084 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間：自 2012 年 12 月 11日至 2013 年 3 月 29 日答辯時(shí)間： 年 月 日 成績(jī) 指導(dǎo)教師： 摘 要近年來(lái)由于微型機(jī)的快速發(fā)展，國(guó)外交直流系統(tǒng)數(shù)字化已經(jīng)達(dá)到實(shí)用階段。由于以微處理器為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)硬件電路的標(biāo)準(zhǔn)化程度高，制作成本低，且不受器件溫度漂移的影響。所以微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)在各個(gè)方面的性能都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于模擬控制系統(tǒng)且應(yīng)用越來(lái)越廣泛。特點(diǎn)是用單片機(jī)取代模擬觸發(fā)器、電流調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器及邏輯切換等硬件設(shè)備。實(shí)時(shí)控制結(jié)果表明，本數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了電流和轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)的恒速調(diào)節(jié)，并具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制精度高，成本低，易推廣等特點(diǎn)，而且各項(xiàng)性能指標(biāo)優(yōu)于模擬直流調(diào)速系統(tǒng)，從而能夠?qū)嶋H的應(yīng)用到生產(chǎn)生活中，滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。變壓器調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)用的主要方法，調(diào)節(jié)電樞供電電壓所需的可控制電源通常有3種：旋轉(zhuǎn)電流機(jī)組，靜止可控整流器，直流斬波器和脈寬調(diào)制變換器。靜止可控整流器又稱VM系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓來(lái)移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，即可改變Ud，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，且控制作用快速性能好，提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。根據(jù)本此設(shè)計(jì)的技術(shù)要求和特點(diǎn)選VM系統(tǒng)。由于要求直流電壓脈動(dòng)較小，故采用三相整流電路。因三相橋式全控整流電壓的脈動(dòng)頻率比三相半波高，因而所需的平波電抗器的電感量可相應(yīng)減少約一半，這是三相橋式整流電路的一大優(yōu)點(diǎn)。而且工作可靠，能耗小，效率高。綜上選晶閘管三相全控橋整流電路供電方案。若采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，則可以近似在電機(jī)最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下，充分利用電機(jī)的允許過(guò)載能力，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又可以讓電流迅速降低下來(lái)，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，此時(shí)起動(dòng)電流近似呈方形波，而轉(zhuǎn)速近似是線性增長(zhǎng)的，這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受到限制的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動(dòng)過(guò)程。與帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)相比，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于Idm時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，這時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主調(diào)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無(wú)靜差。顯然靜特性優(yōu)于單閉環(huán)系統(tǒng)。綜上所述，本系統(tǒng)用一臺(tái)單片機(jī)及外部擴(kuò)展設(shè)備代替原模擬系統(tǒng)中速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、觸發(fā)器、邏輯切換單元、電壓記憶環(huán)節(jié)、鎖零單元和電流自適應(yīng)調(diào)節(jié)器等，從而使直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化。圖21 單片機(jī)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖在此單片機(jī)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)中，速度給定、速度反饋和電流反饋信號(hào)是通過(guò)模擬光電隔離器、A/D轉(zhuǎn)換器送入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)按照已定的控制算法計(jì)算產(chǎn)生雙脈沖，經(jīng)并行口、數(shù)字光電隔離器、功率放大器送到晶閘管的控制級(jí)，以控制晶閘管輸出整流電壓的大小，平穩(wěn)的調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的速度。第3章 主電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算電動(dòng)機(jī)的額定電壓為230V，為保證供電質(zhì)量，應(yīng)采用三相減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，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)。選擇過(guò)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。在要求不高場(chǎng)合或近似估算時(shí)，可用下式計(jì)算，即：式中A理想情況下，α=0176。裕量，則 B=cosα=取U2=120V。 一次、二次相電流II2的計(jì)算由表查得 KI1=, KI2=考慮變壓器勵(lì)磁電流得：S1=m1U1I1；S2=m2U2I2；S=1/2(S1+S2)；式中mm2 一次側(cè)與二次側(cè)繞組的相數(shù)；由表查得m1=3，m2=3S1=m1U1I1=3380= KVAS2=m2U2I2=3120= KVAS=1/2(S1+S2)=1/2（+）= KVA晶閘管實(shí)際承受的最大峰值電壓UTm，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UTN，即UTN=（2～3）UTm整流電路形式為三相全控橋，查表得，則取選擇晶閘管額定電流的原則是必須使管子允許通過(guò)的額定電流有效值大于實(shí)際流過(guò)管子電流最大有效值，即 = 或 ==K考慮（～2）倍的裕量=（～2）K式中K=/（）電流計(jì)算系數(shù)。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。由表查得 K=，~2倍的裕量 取。晶閘管有換相方便，無(wú)噪音的優(yōu)點(diǎn)。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。1）交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)錯(cuò)誤！未找到引用源。對(duì)于三相電路，Ｒ和Ｃ的值可按下表?yè)Q算。S=， U2=120V Iem取值：當(dāng) S=1~10KVA時(shí)，對(duì)應(yīng)的Iem=4~1，所以Iem取3。F的鋁電解電容器。錯(cuò)誤！未找到引用源。選MY31220/5型壓敏電阻。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)相同保護(hù)相同的方法，可采用阻容保護(hù)和壓敏電阻保護(hù)。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)。允許偏差+10％（484V）?！?。 電流保護(hù)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。1） 交流側(cè)快速熔斷器的選擇I2= 選取RLS10快速熔斷器，熔體額定電流6A。3）電壓和電流上升率的限制電壓上升率：正相電壓上升率較大時(shí)，會(huì)使晶閘管誤導(dǎo)通。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。電流上升率：導(dǎo)通時(shí)電流上