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單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì)-在線瀏覽

2024-09-13 19:58本頁(yè)面
  

【正文】 電壓的 大小,所以可控整流技術(shù)是實(shí)現(xiàn)從交流電源到直流可調(diào)電源 的理想方法 。它的 工 作原理可以用兩個(gè)條件加以說(shuō)明 :導(dǎo) 通條件和關(guān)斷條件。晶閘管一旦導(dǎo)通,門極就失去控制作用。 在晶閘管的陽(yáng)極施加交流電壓,只是電壓在正半 波時(shí),晶閘管才有可能導(dǎo)通 ; 而電壓在負(fù)半波時(shí),晶閘管就會(huì)關(guān)斷。 二、 晶閘管的特性 晶閘管相當(dāng)于一個(gè)由門極電壓控制的無(wú)觸點(diǎn)單向開(kāi)關(guān)。如不在門極施加正向電壓,只讓晶閘管承受正向陽(yáng)極電壓 UA,則晶閘管處于正向阻斷狀態(tài),只流過(guò)很小的正向漏電流。 只是當(dāng) UA超過(guò)臨界極限即正向轉(zhuǎn)折電壓 UBO 時(shí),則漏電流急劇上升,晶閘管由關(guān)斷變成導(dǎo)通。 晶閘管導(dǎo)通后的伏安特性與二極管的 正 向特性相似,即通過(guò)較大的陽(yáng)極電流,晶閘管本身的壓降卻很小。 當(dāng)晶閘管加反向陽(yáng)極電壓時(shí),其伏安特性與一般二極管的反向特性相似。反向電壓增加時(shí),反向漏電流略有增加,但是總的來(lái)說(shuō) 很小。 第二節(jié) 可控整流電路簡(jiǎn)介 一、 三相橋式全控整流電路簡(jiǎn)介 可控整流電路基本可分為單相可控整流電路、三相可控整流電路以及由此發(fā)展來(lái)的大功率 6相、 12 相整流電路等幾類。當(dāng)負(fù)載功率較大時(shí),考慮到三相負(fù)載的平衡,應(yīng)采用三相可控整流電路。 三 相半控整流電路一般 只采用三個(gè)晶閘管,只需要三套觸發(fā)電路,不需要寬脈沖或雙脈沖觸發(fā),因此在要求不高的場(chǎng)合中,可采用三相半控整流電路。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 8 圖 21 三相橋式全控整流電路 如圖 所示,三相橋式全控整流電路是由一組共陰極的三相半波可控整流電路與一組共陽(yáng)極的三相半波可控整流電路串連而成,控制角 ? 完全相同。 通過(guò)改變晶閘管的控制角 ? , 可以獲得 ? 2U? 的直流電壓。 直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載除了本身的感性阻抗外,還有一個(gè)反電動(dòng)勢(shì) E。在整流情況下,電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì) E 的極性與整流電壓 Ud的極性相反 。 由于整流電路輸出電壓的波形是脈動(dòng)的,所以輸出電流的波形也是脈動(dòng)的,可以看成一個(gè)恒定的直流分量和一個(gè)包含高頻成分的交流分量組合。對(duì)于廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 9 直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載,過(guò)大的交流分量會(huì)使電機(jī)的換相惡化和損耗增大,因此應(yīng)該在直流側(cè)串聯(lián)平波電抗器,使輸出電流的波形比較光滑。 在整流電路中,變壓器原邊的電流在大多數(shù)情況下,即使在最理想的情況下也是一定形狀的方波或階梯波,電流的波形和幅值取決于整流電路的形式和負(fù)載電流的平均值,也與控制角 ? 有關(guān)。 抑制諧波措施大致有以下幾種方法 : 增加整流電路的相 數(shù),可知諧波中最低次的頻率在不斷增高,其幅值也越來(lái)越小,能夠顯著減少諧波的影響 ; 在整流裝置輸入端使用 LC 濾波器進(jìn)行濾波 ; 減小控制角 ? 。原邊的電壓也基本不變,表明整流裝置的視在功率基本不變。由此可以得出,電網(wǎng)電壓的波動(dòng)可以近似地認(rèn)為是無(wú)功功率的變化。 各種晶閘管和其它電力電子器件的迅速發(fā)展與廣泛應(yīng)用,對(duì)于各個(gè)工業(yè)部門提高生產(chǎn)技術(shù)水平、改善生產(chǎn)過(guò)程和提高經(jīng)濟(jì)效益都有很大的作用。電力電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用,使電網(wǎng)中諧波的含量大大增加,造成了電力系統(tǒng)的污染。兩個(gè)結(jié)果相互作用,變流裝置兩端的高次諧波就是在這種情況下產(chǎn)生的。 AVR 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)采取 8 位機(jī)與 16 位機(jī)的折中策略,即采用局部寄存器存堆( 32 個(gè)寄存器文件)和單體高速輸入 /輸出 的方案(即輸入捕獲寄存器、輸出比較匹配寄存器及相應(yīng)控制邏輯)。 二、 ATmega16 單片機(jī) 圖 22 ATmega16 引腳圖 ATmega16 是基于增強(qiáng)的 AVR RISC 結(jié)構(gòu)的低功耗 8 位 CMOS 微控制器。 ATmega16 有如下特點(diǎn) :16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash(具有同時(shí)讀寫的能力,即 RWW), 512 字節(jié) EEPROM, 1K 字節(jié) SRAM, 32 個(gè)通用 I/O 口線, 32 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 11 個(gè)通用工作寄存器,用于邊界掃描的 JTAG 接口,支持片內(nèi)調(diào)試與編程,三個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器 (T/C),片內(nèi) /外中斷,可編程串行USART,有起始條件檢測(cè)器的通用串行接口, 8路 10位具有可選差分輸入級(jí)可編程增益 (TQFP 封裝 ) 的 ADC ,具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器,一個(gè) SPI 串行端口,以及六個(gè)可以通過(guò)軟件進(jìn)行選擇的省電模式。 ATmega16 具有一整套的編程與系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具,包括: C 語(yǔ)言 編譯器、宏匯編、 程序調(diào)試器 / 軟件仿真器、仿真器及評(píng)估板 。本章將簡(jiǎn)單介紹 直 流調(diào)速原理和雙閉環(huán) 調(diào) 速 , 然后就系統(tǒng)各組成部分,如速度環(huán)、電流環(huán)和晶 閘管脈沖觸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)分析,最后研究 雙閉環(huán)直 流 調(diào) 速系統(tǒng)實(shí)際運(yùn) 行 效 果及 存在的 問(wèn)題。直 流調(diào)速系統(tǒng)就是采用了 晶閘管調(diào)壓 原理, 調(diào)壓調(diào) 速 在 整個(gè)調(diào)速范 圍 內(nèi)有較 大 硬度且調(diào)速范圍很寬 。糖 分離機(jī)使 用 的 直 流 電動(dòng)機(jī)工作在一、二象限。這部分原理在以后會(huì)詳細(xì)論述。當(dāng)控 制角〔 ? 〕 改變時(shí), 三 相橋式全控整流電路輸出的平均電壓 (Ud)也隨之變化 。其 工作方式也將在后文給出詳細(xì)論述 第二節(jié) 雙閉環(huán)調(diào)速原理 如圖 3 1 為 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖。用于串聯(lián)較正和改變系統(tǒng)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性以及綜合輸入和反饋信號(hào) 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 13 A S R A CR電流檢測(cè)器速度檢測(cè)器U*n△ U UnfUn UifUi*Uk=ΠGTUdS D R三 相 電 源 圖 31 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)圖 上圖中, ASR代表速度調(diào) 節(jié) 器, ACR代表電流 調(diào)節(jié) 器, GT代表 晶閘管 觸發(fā)裝 置 , SDR代表 晶閘 管橋 組。 例如提高 U*n, 則有較 大 ?Un加到 ASR輸入 端, ASR自 動(dòng) 調(diào) 節(jié)GT, 使觸發(fā)脈沖前移 (? 減小 ),整 流電 壓 Ud提高, 電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn) 速上升,與 此 同時(shí), Unf也 相 應(yīng)增加 。 如果電動(dòng)機(jī)負(fù)載或交流電壓發(fā)生變化或其它擾動(dòng),則經(jīng)過(guò)速度反饋后,系統(tǒng)能起到 自 動(dòng)調(diào) 節(jié) 和穩(wěn)定 作用。當(dāng)其恢復(fù)到原來(lái)數(shù)值時(shí), Unf又等于給定電壓,系統(tǒng)又達(dá)到平衡狀態(tài)。同樣道理,當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載 下 降,或交流電壓提高時(shí),系統(tǒng)將按與上述相反過(guò)程進(jìn)行調(diào) 節(jié), 最后仍能維持電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速近似不變。一個(gè)是速度調(diào)節(jié)器輸出反映偏差 大 小的主控信號(hào) nU , 一 個(gè)是由 電 流互感器測(cè)出的反映主回路電流反饋信號(hào) nfU , 當(dāng)突加速度給定個(gè)很大的輸入值,其輸出整定在最 大 飽和值上,與此同時(shí)電樞電流為最 大 值,從而電動(dòng)機(jī)在加速過(guò)程中始終保持在最 大 轉(zhuǎn)矩和最大加速度,使起、制動(dòng)過(guò)渡時(shí)間最短。 也就是說(shuō),在電網(wǎng)電壓變化時(shí),在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化之前,電流的變化首先被抑制了。 其 中 電 流調(diào)節(jié) 器的 作 用 : 1) 對(duì)電 網(wǎng) 電壓波動(dòng)起抗干擾作 用 2) 啟動(dòng) 時(shí)保證獲 得允許的最大電流了 Idm 3) 在轉(zhuǎn)速 調(diào)節(jié) 過(guò)程中,使電樞電流跟隨給定電壓變化 4)當(dāng) 電機(jī)過(guò)載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí), 可 以 限制電樞電流的最 大 值,從 而 起到快速的過(guò)流安全保護(hù),如 故障消失 ,系統(tǒng)能 自 動(dòng)恢復(fù) 工 作。 PID調(diào)節(jié)器 的實(shí)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(yùn)算, 其 運(yùn) 算結(jié) 果用以輸出控制 。取其中的一部分環(huán) 節(jié) 構(gòu)成 控 制規(guī)定 。 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(jì) 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(hào) Kp— 調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) TI — 調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間 TD— 調(diào)節(jié)器的微分時(shí)間 PID 中 , KI, KP , KD系數(shù)作用如 下: (1)比例系數(shù) KP越大 , 則過(guò)渡過(guò)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。 (2)從積分系數(shù)部分可知,如 KI小 (積分時(shí)間大 ),積分作用較弱,積分速度慢。當(dāng) KI較 大 ,積分作用強(qiáng),這時(shí)系統(tǒng)過(guò)渡時(shí)間中也可能產(chǎn)生振蕩,且會(huì)使動(dòng)態(tài)性能變差,不過(guò)消除偏差所需的時(shí)間較短 。 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(cè)裝置。 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(cè)速裝置、速 度 調(diào) 節(jié)器 直 流 電動(dòng) 機(jī) 。 測(cè)速 裝 置 直流調(diào)速系統(tǒng)采用與動(dòng)力電動(dòng)機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)的 直 流發(fā)電機(jī)做為測(cè)速電機(jī)。 其通過(guò)雙同軸 電纜 將其連 接 到調(diào) 節(jié) 板 上 做為速度反饋信 號(hào)。 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(cè)電路、電流調(diào) 節(jié) 器、電動(dòng)機(jī)部分,這樣也構(gòu)成了一個(gè)閉環(huán)反饋系統(tǒng)。 下 面 主 要分析電流檢測(cè)電路及電流調(diào) 節(jié) 器。經(jīng)過(guò)整流橋進(jìn)行整流經(jīng)過(guò) C1, D7, C2濾波, R R3分壓后,經(jīng)過(guò)運(yùn)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(cè)值 。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 。 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(lái)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(hào)的極性和主電路的情況來(lái)決定哪廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(shí)候進(jìn)行切換 。電平檢測(cè)電路又可分為 : 零電流檢測(cè)器和轉(zhuǎn)矩極性鑒別器。 一、觸發(fā)器原理 根據(jù)三相橋式全控整流電路對(duì)觸發(fā)電路的要求,采用同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路,電路原理圖如圖 35 所示。 左右。此外,還有雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)。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(hào)與主回路的相位關(guān)系 同步問(wèn)題是指觸發(fā)脈沖與主回路電源同步。 同步脈沖產(chǎn)生電路作用是: 1)檢測(cè)電源電壓過(guò)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(guò)零時(shí)向單片機(jī)申請(qǐng)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(shí)器初值,然后再根據(jù)控制角的分區(qū)和電源狀態(tài),定時(shí)定相觸發(fā)脈沖。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(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 19 接組。 表 1 晶閘管三相全控橋中晶閘管的同步信號(hào)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(hào)電壓 uTa +uTc uTb +uTa uTc +uTb 同步電壓經(jīng)過(guò)電壓比較器變成 180176。 (3) 移相控制環(huán)節(jié) 控制信號(hào) ku 經(jīng) R偏移信號(hào) up經(jīng) R鋸齒波同步信號(hào)經(jīng) R6在 T4基極進(jìn)行疊加,并對(duì)鋸齒波同步信號(hào)進(jìn)行垂直控制。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。 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(shí),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
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