基于单片机26kw的直流电动机毕业论文(编辑修改稿)

基于单片机26kw的直流电动机毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

.25 0.5 1 2 电阻 /Ω 100 80 40 20 10 5 2 抑制晶闸管关断过电压一般采用在晶闸管两端并联阻容保护电路方法。 电容耐压可选加在晶闸管两端工作电压峰值 mU 的 ～ 倍。 得 C=， R=100Ω，选 R 为 的 CZJD2 型金属化纸介质电容器。 PR=fCUm2 106=50 106 ( 2 120)2106= 106W，选 R 为 20Ω普通金属膜电阻器，。 西南科技大学本科生毕业论文 14 电流保护 快速熔断器的断流时间短，保护性能较好，是目前应用最普遍的保护措施。 快速熔断器可以安装在直流侧、交流侧和直接与晶闸管串联。 电压上升率 dtdu/ ：正相电压上升率 dtdu/ 较大时，会使晶闸管误导通。 因此作用于晶闸管的正相电压上升率应有一定的限制。 造成电压上升率 dtdu/ 过大的原因一般有两点：由电网侵入的过电压；由于晶闸管换相时相当于线电压短路，换相结束后线电压有升高，每一次换相都可能造成 dtdu/ 过大。 限制 dtdu/ 过大可在电源输入端串联电感和在晶闸管每个桥臂上串联电感，利用电感的滤波特性，使 dtdu/ 降低。 电流上升率 dtdi/ ：导通时电流上升率太大，则可能引起门极附近过热，造成晶闸管损坏。 因此对晶闸管的电流上升率dtdi/ 必须有所限制。 产生 dtdi/ 过大的原因，一般有：晶闸管导通时，与晶闸管并联的阻容保护中的电容突然向晶闸管放电；交流电源通过晶闸管向直流侧保护电容充电；直流侧负载突然短路等等。 限制 dtdi/ ，除在阻 容保护中选择合适的电阻外，也可采用与限制dtdu/ 相同的措施，即在每个桥臂上串联一个电感。 限制 dtdu/ 和dtdi/ 的电感，可采用空心电抗器，要求 L≥（ 20～ 30）μ H；也可采用铁心电抗器， L 值可偏大些。 在容量较小系统中，也可把接晶闸管的导线绕上一定圈数，或在导线上套上一个或几个磁环来代替桥臂电抗器。 所以为了防止 dtdi/ 和 dtdu/ ，每个桥臂上串联一个 30μH的电感。 平波电抗器的计算 为了使直流负载得到平滑的直流电流，通常在整流输出电路中西南科技大学本科生毕业论文 15 串入带有气隙的铁心电抗器 dL ，称平波电抗器。 其主要参数有流过电抗器的电流一般是已知的，因此电抗器参数计算主要是电感量的计算。 1）算出电流连续的临界电感量 1L 可用下式计算，单位 mH。 2）限制输出电流脉动的电感量 2L 由于晶闸管整流装置的输出电压是脉动的，因此输出电流波形也是脉动的。 该脉动电流可以看成一个恒定直流分量和一个交流分量组成。 通常负载需要的只是直流分量，对电动机负载来说，过大的交流分量 会使电动机换向恶化和铁耗增加，引起过热。 因此，应在直流侧串入平波电抗器，用来限制输出电流的脉动量。 3）电动机电感量 DL 和变压器漏电感量 TL 电动机电感量 DL （单位为 mH）可按下式计算 4）实际串入电抗器的电感量 如上述条件均需满足时，应取 1dL 和 2dL 中较大者作为串入平波电抗器的电感值，所以本电路选取 2dL =6 mH 作为平波电抗器的电感值。 可逆系统中限制环流电抗器（又称均衡电抗器），电感量 TL （单位为 mH）的计算公式为：一般说来，均衡电抗器 raL 和平波电抗器 DL分设的方案比较经济，故采用较为普遍。 励磁电路元件的选择 整流二极管耐压与主电路晶闸管相同，故取 700V。 额定电流可查得 K=， ID(AV)=(~2)K Ii .5~2)**= 可选用 ZP 型 3A、 700V 的二极管。 RPL 为与电动机配套的磁场变阻器，用来调节励磁电流。 为实现弱磁保护，在磁场回路中串入了欠电流继电器 KA ，动西南科技大学本科生毕业论文 16 作电流通过 RPI 调整。 根据额定励磁电流 Iex =，可选用吸引线圈电流为 的 JL1411ZQ 直流欠电流继电器。 主电路及保护电路原理图 图 31 主电路及保护电路原理图 西南科技大学本科生毕业论文 17 第 4 章 控制电路与单片机系统设计 晶闸管触发控制电路设计 晶闸管触发方法 晶闸管三相全控桥式整流电路简图如图 41 所示。 图 41 三相全控桥式整流电路 图 42 三相电压曲线 三相全控桥式整流电路共有六个晶闸管，它们分为共阴极和共阳极两组。 在触发时，采用双脉冲触发方式，每次两组各有一个晶闸管导通。 六个晶闸管的导通顺序为 SCR SCR SCR SCR SCRSCR6，如图 42 所示。 相电压曲线的交点 t1～ t6,就是晶闸管 SCR1～SCR6 的控制角起点。 取线电压 Uac 从负半波的过零点 G（ t1）作为同步基准点，则应触发导通的第一对晶闸管为 SCR1 、 SCR6。 单片机在触发晶闸管时 ,根据电流控制器的输出控制值 uk，以同步基 准点位参考点，算出晶闸管控制角α的大小，再通过定时器按控制角的大小以及触发顺序，准确地向各个晶闸管发出触发脉冲。 在控制触发时，有两种触发方法：绝对触发方法和相对触发方西南科技大学本科生毕业论文 18 法。 所谓绝对触发方法就是指触发脉冲形成的时刻都直接取决于基准时刻点。 对三相全控桥式整流电路，在交流电的一个周期内需要6个（或者 3 个）基准点。 相对触发方式是以前一触发脉冲为基准来确定后一触发脉冲时刻，它用加长或缩短相邻两次触发脉冲之间的间距来改变控制角，在稳态时，这个间距等于 600，控制角α改变时，该间距应相应改变。 但由于电网频率的波动以及计算 机定时器的误差，会使控制角偏离要求值。 因此，在相对触发方式时，应在一个周期内用同步脉冲信号进行一次校正，以避免误差的积累。 对于单相电路，均使用绝对触发方式。 在三相全控桥式整流电路中，一般则常使用相对触发方式。 综上本次设计使用相对触发的触发控制方法。 控制算法 设相邻控硅之间触发脉冲间距角为Δ。 在稳定情况下，Δ =600。 当α由α k1 变为α k 时，应有：Δ =α kα k1+600 在控制时，一般均使用单片机的定时器来完成触发脉冲输出。 这样，须把角度转换成时间值。 交流电的一个周期（对频率为 50Hz为 20ms）对应于 3600，故 600 对应于 10/3 ms。 为了避免触发错误，必须加入同步校正。 每隔 3600 来一个同步脉冲（取自线电压 uac 的过零点），以此为基准点，校正触发第一对晶闸管 的控制角。 这可采用在每个周期用定时器计数同步脉冲发生时刻与实际同步脉冲发生时刻之差 Te，然后在计算第一对晶闸管的控制时刻时，按以下公式进行计算： 控制角的计算 对于数字调节器，要求对象为线性系统。 如果控制角α与控制输出 uk 为线性关系，则输出电压 ud 与控制输出 Uk 之间为非线性关系（余弦关系），这是我们所 不希望的。 如要求触发整流环节为一个西南科技大学本科生毕业论文 19 放大系数为 Ks 的线性环节。 脉冲分配表 在触发六个晶闸管时，要按照图 43 的顺序，依次发出控制信号。 为了方便起见，可建立一个脉冲分配表，如表 41，它放于程序存储器中。 每当触发时间到，按指针从表中取出一个数据从单片机的 I/O 口输出，经光电隔离去触发晶闸管。 表 41 脉冲分配表（ 0 有效） 单元地址 数据（由 I/O 口输出） 被触发晶闸管 M M+1 M+2 M+3 M+4 M+5 X X 0 1 1 1 1 0 X X 1 1 1 1 0 0 X X 1 1 1 0 0 1 X X 1 1 0 0 1 1 X X 1 0 0 1 1 1 X X 0 0 1 1 1 1 SCR6,1 SCR1,2 SCR2,3 SCR3,4 SCR4,5 SCR5,6 单片机系统设计 双闭环数字直流调速控制系统得采样周期比较快，计算和控制任务也比较繁忙，因此需要使用高性能的单片机。 西南科技大学本科生毕业论文 20 对于用于轧机传动等要求响应快、精度高的调速系统，一般需要使用 16位的单片机，如 Inter的 MCS96或者 Motorola 的 M68HC16等。 它们能在几微秒内完成 16 位加法和乘法，并且有 10 位 A/D 转换器、 16 位高性能多功能定时器系统，可完成调速系统所需的数据采集、数据计算、控制输出等功能。 对于快速性和控制精度要求较低的调速系统，可选用高性能 8位单片机，如 Inter 的 MCS51 或者 Motorola 的 M68HC0 M68HC11，其中后者有 16 位运算功能，并有片内 8 位高速 A/D 和 16 位多功能定时器系统，还有 Watchdog 等各种其他外用功能，非常适合于调速控制系统。 综上，本系统采用 Inter 的 MCS51 中的 80C31 单片机。 80C31 单片机简介 80C31 单片机属于基本型的 51 系列单片机，它采用 HMOS 工艺，片内集成有 8 位 CPU；片内驻留 128 字节的 RAM 以及 21 个特殊功能寄存器；片内还包括两个 16 位定时器 /计数器、一个全双工串行 I/O口（ UART）、 32 条 I/O 线、 5 个中断源和两级中断，寻址能力达 128K字节（其中程序存储器 ROM 和数据存储器 RAM 各 64K 字节）。 指令系统中设置了乘、除运算指令、数据查找指令和位处理指令等。 主时钟频率为 12MHz，大部分指令周期只需 1μ s，乘除指令也仅需 4μ s。 单片机系统基本结构 80C31 外接 27128EPROM 作为 16K 程序存储器，存放全部控制软件。 用两片 74LS374 和四个 PNP 中功率三极管以动态扫描方式驱动四位 LED 数字，以显示转速、设定速度、电流等数据，两片 74LS374采用线选法与 80C31 接口，地址分别为 0DFFFH 和 0BFFFH。 在 80C31的 P3 口上外接三个按键，一个为启动 /停止键，用于启动或停止电机运转；另两个为显示选择键，一个用于控制显示速度设定值，另西南科技大学本科生毕业论文 21 一个用于控制显示电流值，不按这两个键时，显示实际电机转速。 另外利用一片 74LS374 的多余输出线，外接两个 LED 发光管，一 个用于显示工作正常与否，它每隔 1 秒 闪亮一次；另一个用于显示是否处于运行状态。 使用 80C31 的双闭环数字直流调速控制系统的硬件电路图见附页 1 所示。 电流测量和速度给定值输入 本系统使用 ADC0808 8 路 8 位 A/D 转换器，它的地址为 7FFFH。 写入该地址，启动 A/D 转换器，通道地址由 A A A0 决定。 A/D转换完成，产生 EOC 脉冲和 1INT 中断。 这时， MCU 可读入转换结果。 对于需要较高精度的调速控制系统，可采用 10 位或者更高分辨率的A/D 转换芯片。 但这时，一方面成本将较高，另一方面计算将大大复杂，因为必须采用 16 位计算，所以在选型时应该多方面考虑。 速度测量 速度检测有模拟和数字两种检测方法。 模拟测速一般采用测速发电机，其输出电压不仅表示了转速的大小，还包含了转速的方向，在调速系统中，转速的方向也是不可缺少的。 不过模拟测速方法的精度不够高，在低速时更为严重。 对于要求精度高、调速范围大的系统，往往需要采用旋转编码器测速，即数字测速。 光电式旋转编码器是转速或转角的检测元件，旋转编码器与电动机相连，当电动机转动时，带动码盘旋转，便发出转速或转角信号。 旋转编码器可分为绝对式和增量式两种。 绝对式编码器在码盘上 分层刻上表示角度的二进制数码或循环码，通过接受器将该数码送入计算机。 绝对式编码器常用于检测转角，若需得到转速信号，必须对转角进行微分处理。 增量式编码器在码盘上均匀地刻制一定数量的光栅，如图西南科技大学本科生毕业论文 22 43 所示，当电动机旋转时，码盘随之一起转动。 通过光栅的作用，持续不断地开发或封闭光通路。