毕业设计-基于单片机的交流调压调速系统设计-文库吧

【正文】 21 一一折算 到定子边的转子漏电抗 改变异变电动机定子电压的人为机械特性 从式中可知，当转差率 s一定时，转矩 T正比于 U１ 的平方，对应于不同 的定子电压，可以 得到一组不同的机械特性，如图 。 从图 ，在同一负载转矩下，如果改变电机的定子电压则必 然得到不同的转差率 s。因此，改变定子电压可以调节转速。但转速低于点 4的机械特性部分，对恒转矩负载不能稳定运转，因此不能用以调速，调速范围很小。 n0 A MZ MM 1 4 3 2 A180。 C180。 B B180。 C 7 0 a b c U1 1 U2 M U 转子电路电阻较高时 改变定子电压的人为机械特性 对于恒转矩调速，如果能增加异步发动机的转 子电阻（如绕线转子异步电动机或高转差率笼型异步电动机），则改变定子电压可得较宽的调速范围，如 。但此时特性太软，其静差率常不能满足生产机械的要求，而且低压时的过载能力较低，负载的波动稍大，电动机就有可能停转。 若采用闭环系统，则既能提高低速时的机械特性硬度，又能保证一定的过载能力。 图 ，目前都采用晶闸管等电力电子器件组成的交流调压装置。它可根据控制信号 e的大小将电源电压 U1改变为不同的可变电压 Ux180。控制信号为给定信号弹 e0与来自测速发电机的测速反馈信号 em之差。 由图 ，当输出电压 Ux180。=U1180。时（对应于某一控制信号 e），对应于额定负载 TN时的转速为 n2；当负载增至 TN后，如无反馈则转速将沿着对应于 U1有人为机械特性下降到 n2，转速下降极为严重。但在图 统中，负载稍有增加引起转速的下降，正比于转速的 en也将减小， e=e0en的数值自动变大，使输出电压 Ux180。增高，电动机将产生较大转矩以与负载转矩平衡。如负载增至 Tm180。， Ux180。增到 U1，则此时转速仅降到 n1，显然闭环系统中机械特性的硬度大大提高。为了调节转速，可改变给定信号 e0，得到一些基本平行 的特性族，如图 。 图 异步电动机改变定子电压调速的闭环系统 在闭环系统中，如能平滑的改变定子电压，就能平滑调节异步电动机的转速；低速的特性较硬，调整范围可较宽。 调压 装置 M TG U1 UX’ En e0 n 8 图 异步电动机改变定子电压调速的系统特性 由于 T 3I2180。2R2180。/s,为使调速时电动机能被充分利用，则 I2180。2=恒值， R2180。也为恒值。可见，这种调速方法是既非恒转矩又非恒功率的调速方法，显然最适用于 T随 n降低（ s增加）而降低的负载 （如通风机负载），对于恒功率最不适应，能勉强用于恒转矩负载，如纺织、印染及造纸等机械。 改变定子电压调速方法的缺点是，调速时的效率较低，功率因数比转子串联电阻是更低。 由于低速时消耗转子电路的功率很大，电动机发热严重。因此，改变定子电压的调速方法一般适用于高转差笼型异步电动机，也可用于绕线转子异步电动机，在其转子电路中可串联一段电阻。如果用于普通的笼型异步电动机，则必须在低速时欠载运行，或短时工作。在低速时可用他扇冷却方式，以改善电动机的发热情况。 调压调速也称为降压调 速，因为异步电动机的工作电压不 允许超过额定值，调节电压需在额定电压以下进行。其一般采用笼式交流 异步电动机，用晶闸管可控硅 调压电路调节其定子电压，从而实现调速。 基于单片机的的交流调压调速系统总体设计 单片机控制调压调速控制器应能实现如下功能 : 。能够在内部产生可由用户选择的理想速度指令曲线，以数字化方法实现速度给定； 。晶闸管触发； 。对起动加速和制动减速全过程进行闭环调压调速控制； 。对电机电机速度进行检测； 。提供必要的保护； 。使用单片机控制； 。具有显示转速的功能； 。具有良好的抗干扰性能。 基于 单片机 的具有以上功能的调 压调速控制器的功能结构应如图 。 TN T n 0 9 图 调压调速控制器的结构 380V 显示电路 MCS51 单片机 D/A转换器 速度给定 A/D 转换器 速度检测 电动机 触发电路 功放与隔离 过流信号电路 同步信号电路 稳压电源 10 3 交流调压主电路设计 主电路及其工作原理 主电路装置 [2] 需要调压调速的电动机可以利用三相自耦变压器供电，也可以采用晶闸管进行交流调压，但使用三相自耦变压器供电不利于实现自动调节电压。图 部分组成框图，其主回路由 6只普通晶闸管两两反并联 (或 3只双向晶闸管 )组成三相三线式，其优点是可适用于 Y或△接法的电机且谐波分量较少。 图 交流调压装置主框图 主电路原理 [3] 一般使用的异步电动机都是三相电机。供电电源直接取自工频 50Hz的三相 380V交流电网 , 它的电压是“不变”的。为了获得可以调压的三相交流电源 , 必须加上调压器。下面以晶闸管三相调压电路来分析三相调压工作原理。 三相接入反并联之晶闸管 VT(1,2,⋯,6)， 负载可以是 Y接 ,也可以是Δ接 ， 图示 Y接。 VT承受正向电压时 ， 其导通时刻受门极触发脉冲控制 ， 触发脉冲的触发时刻以相电压过零点时为 0176。算起 ， 相隔的电角度用 A表示 ， A称为控制角 ， A的范围为 0～ 180176。而且 A越大 ，说明 VT在承受正向半周内导通的时刻就越晚 ， 加在该相负载上的电压越小 ， 起到了降压的作用。为使三相电流形成通路 ， 在一相 VT导通时 ， 须有一个相邻的反向 VT导通。为了保证在电路起始工作时能有两个 VT同时导通 ， 以及在感性负载和控制角较大时仍能保证不同的正、反相两个 VT同时导通 ， 要求采用大于 60176。的宽脉冲 (也可以是脉冲列或双脉冲 )的触发电路。为保证输出三相对称电压 ， 且有一定的调节范围 ， 要求触发信号与交流电源有一致的相序和相位差。如图 a电路 ， 要求以电源频率和周期确定的电角度依次触发 VT1,VT2, ⋯， VT6， 互相间隔为 60176。电角度。若以相电压起点 ， A=0176。时触发 VT1导通 ， 而后相隔 60176。依次触发 VT2， VT3，⋯， VT6， VT1循环下去 。 如图 a所示 ， 这种情况相当于每个 VT在承受正电压瞬间即导通 ， 而承受负电压 (负半周反电压 )时自然关断 ， 使电源电压全部通过 VT加到负载上。可见 A= 0176。提供负载最高电压。图中电压波形与触发信号之间的数字是表示虚线区间导通的 VT号。当控制角R R R 4 5 1 2 VT 6 3 A B C 11 A=30176。时 ,见图 b， 每个 VT的导通都滞后 30176。 ， 输出给 A相负载的电压波形如阴影部分所示。 图 三相交流调压电路输出波形 波形中 Xt=0～ 30176。时没有电压输出 ； Xt=30～ 60176。时 ， VT1触发导通。与此同时三相都有 VT触发导通 ， A相输出为原电源电压波形。但在 Xt=60～ 90176。区间 ， 由于 VT5关断 ， 而 VT2尚未触发导通 ， 相当于 C相断电。因而 A相负载上的电压为 A、 B相电源线电压的一半 ， 所以电压波形出现缺口。当 Xt=90～ 120176。时 ， VT2触发导通 ， 负载又得到电源相电压。同理 ， 当 Xt=120～150176。区间 ， VT6关断 ， 负载上电压为 A、 C相线电压的一半 ， 所以输出波形升高一块 ， 输出电压为图中阴影所包面积。波形的其余部分依次类推。由以上波形分析可以看出 ， A= 0176。时 ，调压电路输出最大电压 ， A增大则输出电压减小。可以分析出 ， 当 A=150176。时输出电压为零。只要控制角 A由 0～ 150176。变化 ， 输出交流电压即可连续地由最大调到零 ， 实现了调压目的。 交流 调压调速控制主回路设计 图 。在反馈 速度 与给定 速度 不同时，即可改变晶 闸管的移相控制电压，从而改变晶闸管的触发角，达到调压调速目的。由 速度 负反馈构成闭环控制及软件 PID调节，可以改善调压调速特性。 5 5 6 6 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 1 2 3 4 5 6 1 (b) A=30186。 t B 0 C A ωt t 1 3 5 4 2 6 1 234 561 612 123 456 345 561 B 0 C A ωt (a) A=0186。 12 图 调压调速控制主回路的线路原理图 同步输入电路及移相触发脉冲的产生 T1T2T3UVWU1V1W1 图 同步信号输入电路 同步信号输入电路 过流、过压检测 同步信号 INT0 触发电路 控制电压 Uk M A C B 13 如图 ，电动机三相异步电压 U、 V、 W经图所示的同步变压器电路后变成 U VW1同步电压。 触发脉冲线路与驱动电路 [4] 考虑到实际系统的工作环境，提高运行稳定性与抗干扰能力， 晶问管采用单片机控制下的硬件触发。 本论文 采用的是 KC系列的 KCZ6集成化三相全控桥六脉冲触发组件。该组件采用三块 KC04移相触发器，一块 KC41六路双脉冲形成器，一块 KC42脉冲列调制形成器组成。 图 ，从图中可以看出触发线路主要由同步滤波环节、过零检测及锯齿波形成单元、脉冲形成 单元、脉冲发生器、双脉冲形成与分配环节、脉冲功放环节六部分 组成。 图 触发线路的结构及工作原理图 来自同步变压器的三相电压信号，经同步滤波环节滤去波形上叠加的高次谐波成分，并使同步电压过零点即为自然换流点 ，提供给过零检测及锯齿波形成单元，过零检测单元检测出每一相同步电 压正负半波的过零点，在相应的过零点经充电电源给锯齿波电容充 电，随着同步电压的周期性变化，便可在三路过零检测及锯齿波形成单元的输出得到三路 (每路内部为相差 180186。、各路彼此之间相差 120186。)周期性变化且线性度很好的锯齿波，该三路锯齿波提供 给脉冲形成单元与输入的移相电压控制信号比较，比较器输出控 制脉冲形成单元形成触发脉冲，并经脉冲形成环节内的调制器根据 脉冲发生器输出的高频脉冲频率 (15kHz)调制成脉冲列，该三路 脉冲列提供给双脉冲形成与分配环节形成 补脉冲，分配成六路彼此互差 60186。的双脉冲列，该六路脉冲列经脉冲功率放大电路进行功率 放大后输出，直接带动脉冲变压器来触发三相三线式交流调压电路 中的六个晶闸管。 a＋ c－ b＋ a－ c＋ b－ 过零检测及 锯齿波形成 脉冲形成电路 双窄脉冲形成分配 脉冲形成电路 脉冲形成电路 过零检测及 锯齿波形成 过零检测及 锯齿波形成 脉冲发生器 脉冲功率放大与隔离 同步滤波 同步滤波 同步滤波 ~A ~B ~C 14 图 过零检测与锯齿波形成线路基本单元