畢業(yè)設(shè)計(jì)---提升機(jī)的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　提升機(jī)的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　礦井提升機(jī)是采礦工業(yè)中聯(lián)系井下與地面的主要運(yùn)輸工具。用于豎井和斜井提升煤炭、礦石、矸石以及升降人員、材料、工具和設(shè)備等。主軸裝置采用剖分式、整體式彈性結(jié)構(gòu)卷筒，卷筒受力均勻、強(qiáng)度大、盤式制動器為油缸后置式，動作靈活，無油污制動盤，安全可靠；具有電氣延時二級制

2、動性能，并可在井口時自動解除；雙筒提升機(jī)設(shè)有徑向齒塊式調(diào)繩離合器；傳動部位可配置行星減速器或平行軸圓弧齒輪減速器。電氣具有必須的各種電器保護(hù)和連鎖裝置，根據(jù)要求提供動力制動。提升機(jī)在提升和下降的過程中一直伴隨著電動機(jī)的轉(zhuǎn)速變化，其轉(zhuǎn)速的變化主要依靠電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。可以說電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在整個提升機(jī)系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。</p><p><b>　　目 錄</b></p><

3、;p>　　概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4</p><p>　　第二章 提升機(jī)的交流調(diào)速</p><p>　　2．1 提升機(jī)交流調(diào)速的現(xiàn)狀．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5</p><p>　　2、2 用單片機(jī)控制的交流調(diào)速的原理．．．．．．．．．．．7</p><p>　　第三章

4、 提升機(jī)交流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 調(diào)速系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15</p><p>　　3.2 提升機(jī)系統(tǒng)主回路的設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．16</p><p>　　3.3 元器件的選擇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16</p><p>　　3

5、.4 轉(zhuǎn)差頻率控制原理及調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．17</p><p>　　3.5 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19</p><p>　　第四章 PWM控制信號的產(chǎn)生及變換器的設(shè)計(jì)．．．．．．．．．24</p><p>　　五 結(jié)束語．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26&l

6、t;/p><p>　　參考文獻(xiàn)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27</p><p>　　致謝．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28</p><p><b>　　第一章 概述</b></p><p>　　礦井提升機(jī)是礦井井下和地面的工

7、作機(jī)械，是一種大型絞車。用鋼絲繩帶動容器（罐籠或箕斗）在井筒中升降，完成輸送物料和人員的任務(wù)。礦井提升機(jī)是由原始的提水工具逐步發(fā)展演變而來?，F(xiàn)代的礦井提升機(jī)提升量大、速度高，已發(fā)展成為電子計(jì)算機(jī)控制的全自動重型礦山機(jī)械。 礦井提升機(jī)主要由電動機(jī)、減速器、卷筒（或摩擦輪）、制動系統(tǒng)、深度指示系統(tǒng)、測速限速系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)等組成，采用交流或直流電機(jī)驅(qū)動。按提升鋼絲繩的工作原理分纏繞式礦井提升機(jī)和摩擦式礦井提升機(jī)。纏繞式礦井提升機(jī)有單卷

8、筒和雙卷筒兩種，鋼絲繩在卷筒上的纏繞方式與一般絞車類似。單筒大多只有一根鋼絲繩，連接一個容器。雙筒的每個卷筒各配一根鋼絲繩，連接兩個容器，運(yùn)轉(zhuǎn)時一個容器上升，另一個容器下降。纏繞式礦井提升機(jī)大多用于年產(chǎn)量在120萬噸以下、井深小于400米的礦井中。摩擦式礦井提升機(jī)的提升繩搭掛在摩擦輪上，利用與摩擦輪襯墊的摩擦力使容器上升。提升繩的兩端各連接一個容器，或一端連接容器，另一端連接平衡重。摩擦式礦井提升機(jī)根據(jù)布置方式分為塔式摩擦式礦井提升機(jī)（

9、機(jī)房設(shè)在井筒頂部塔架上）和落地摩擦式礦井提升機(jī)（機(jī)房直接設(shè)在地面上）兩種。按提升繩的數(shù)量又</p><p>　　提升機(jī)無論正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，其工作過程是相同的，都有加速、穩(wěn)定運(yùn)行、減速、爬行、制動停車五個階段。每一個提升循環(huán)運(yùn)行的時間，與系統(tǒng)的運(yùn)行速度、加速度及井深有關(guān)。各段加速度的大小根據(jù)工藝情況決定，運(yùn)行的時間由操作工人根據(jù)現(xiàn)場的狀況自定。</p><p>　?。?）第一階段t1：車廂在井底

10、工作面裝滿煤后，由井底信號工發(fā)一個提升聯(lián)絡(luò)信號給地面井口信號操作工人，井口信號工再向車房操作工發(fā)出開車信號，然后將提升機(jī)司機(jī)根據(jù)相應(yīng)的信號開機(jī)提升。重車啟動后，加速運(yùn)行，在加速時間內(nèi)，設(shè)備如果沒有問題，則再加速到正常運(yùn)行速度。 （2）第二階段t2：重車以最大速度穩(wěn)定運(yùn)行，一般這段時間最長。 （3）第三階段t3：提升機(jī)司機(jī)根據(jù)提升容器的深度指示，到減速段時減速，如減速時間設(shè)置較短時，變頻器制動單元和制動電阻起作用，不致因減

11、速過快而跳閘。 （4）第四階段t4：車減速到低速爬行，便于在規(guī)定的位置停車。 （5）第五階段t5：到停車位置時，變頻器立即停車，車減速到零，井口信號工向車房發(fā)一個停車聯(lián)絡(luò)信號，整個提升過程結(jié)束。</p><p>　　第二章 提升機(jī)的交流調(diào)速</p><p>　　2.1 提升機(jī)交流調(diào)速的現(xiàn)狀</p><p>　　隨著電力電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和

12、電力電子器件的更新?lián)Q代，變頻調(diào)速技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。據(jù)資料顯示，現(xiàn)在有90%以上的動力源來自電動機(jī)。我國生產(chǎn)的電能60%用于電動機(jī)，電動機(jī)與人們的生活息息相關(guān)，密不可分，所以要對電動機(jī)的調(diào)速有足夠的重視。我們都知道，動力和運(yùn)動是可以相互轉(zhuǎn)化的，從這個意義上說電動機(jī)也是最常見的運(yùn)動源，對運(yùn)動控制的最有效方式是對運(yùn)動源的控制。因此，常常通過對電動機(jī)的控制來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動控制。實(shí)際上國外已將電動機(jī)的控制改名為運(yùn)動控制。</p>&l

13、t;p>　　對電動機(jī)的控制可以分為簡單控制和復(fù)雜控制兩大類。簡單控制是指對電動機(jī)進(jìn)行啟動、制動、正反轉(zhuǎn)控制和順序控制。這類控制可以通過繼電器、可編程器件和開關(guān)元件來實(shí)現(xiàn)。復(fù)雜控制是指對電動機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)距、電壓、電流等物理量進(jìn)行控制。而且有時往往需要非常精確的控制。以前，對電動機(jī)的簡單控制的應(yīng)用較多，但是，隨著現(xiàn)代化步伐的前進(jìn)，人民對自動化的需求也越來越高，使電動機(jī)的復(fù)雜控制逐漸成為主流，其應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛。在軍事和雷達(dá)天線、

14、火炮瞄準(zhǔn)、慣性導(dǎo)航、衛(wèi)星姿態(tài)、飛船光電池對太陽的控制等。工業(yè)方面的各種加工中心、專用加工設(shè)備、數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、塑料機(jī)械、繞線機(jī)、泵和壓縮機(jī)、軋機(jī)主傳動等設(shè)備的控制。計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備和辦公設(shè)備中的各種磁盤驅(qū)動器、繪圖儀、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)等的控制；音像設(shè)備和家用電器中的錄音機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、洗衣機(jī)、冰箱空調(diào)、電扇等的控制，我們統(tǒng)統(tǒng)稱其為電動機(jī)的控制。</p><p>　　交流調(diào)速控制作為對電動機(jī)控制的一種手段。作用相當(dāng)

15、明顯，這里就不再多做介紹，就交流調(diào)速系統(tǒng)目前的發(fā)展水平而言，可概括的如下：</p><p>　?。?）已從中容量等級發(fā)展到了大容量、特大容量等級。并解決了交流調(diào)速的性能指標(biāo)問題，填補(bǔ)了直流調(diào)速系統(tǒng)在特大容量調(diào)速的空白。</p><p>　?。?）可以使交流調(diào)速系統(tǒng)具有高的可靠性和長期的連續(xù)運(yùn)行能力，從而滿足有些場合不停機(jī)檢修的要求或?qū)煽啃缘奶厥庖蟆?lt;/p><p&g

16、t;　?。?）可以使交流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高性能、高精度的轉(zhuǎn)速控制。除了控制部分可以得到和直流調(diào)速控制同樣良好的性能外，異步電動機(jī)本身固有的優(yōu)點(diǎn)，又使整個系統(tǒng)得到更好的動態(tài)性能。采用數(shù)字鎖相控制的異步電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)，調(diào)速精度可達(dá)到0.002%。</p><p>　　2、2用單片機(jī)控制的交流調(diào)速的原理</p><p>　　一、 微處理器（單片機(jī)）取代模擬電路作為電動機(jī)的控制器，具有如下特點(diǎn)：&

17、lt;/p><p>　?。?）使電路更簡單。模擬電路為了實(shí)現(xiàn)控制邏輯需要許多電子元件，使電路更復(fù)雜，采用微處理器后，絕大多數(shù)控制邏輯可通過軟件來實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　（2）可以實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的控制。微處理器具有更強(qiáng)的邏輯功能，運(yùn)算速度快、精度高，有大容量的存儲單元。因此，有能力實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制。</p><p>　?。?）靈活性和適應(yīng)性。微處理器的控制方式是有軟件來實(shí)

18、現(xiàn)的，如果需要修改控制規(guī)律，一般不必改變系統(tǒng)的硬件電路，只須修改程序即可，在系統(tǒng)調(diào)試和升級時，可以不斷嘗試選擇最優(yōu)參數(shù)，非常方便。 </p><p>　　( 4 ) 無零點(diǎn)漂移，控制精度高。數(shù)字控制不會出現(xiàn)模擬電路中經(jīng)常遇見的零點(diǎn)漂移問題，無論被控量是大還是小，都可以保證足夠的控制精度。</p><p>　?。?）可以提供人機(jī)界面，多機(jī)連網(wǎng)工作。</p><p>　

19、　用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)可謂功能強(qiáng)大，它有極高的速度，很強(qiáng)的運(yùn)算能力和接口功能，方便的軟件功能，但是由于成本高，體積過大，所以只用于大型的控制系統(tǒng)，可編程控制器則恰好相反，它只能完成邏輯判斷、定時、記數(shù)和簡單的運(yùn)算，由于功能太弱，所以它只能用于簡單的電動機(jī)控制。在民用生產(chǎn)中，通常用介于工控機(jī)和可編程控制器之間的單片機(jī)作為微處理器。本次設(shè)計(jì)就是用單片機(jī)作為電動機(jī)的控制器。</p><p>　　在設(shè)計(jì)中用單片機(jī)作為電動機(jī)的

20、核心控制元件來取代模擬電路，就可以將傳統(tǒng)的調(diào)速方案中的一些缺點(diǎn)避免，達(dá)到提高控制精度的目的。在本次設(shè)計(jì)中所用到的控制方式是用轉(zhuǎn)差頻率閉環(huán)控制。</p><p>　　轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比調(diào)速系統(tǒng)雖然結(jié)構(gòu)簡單，異步電動機(jī)在不同的頻率下都能夠獲得較硬的機(jī)械特性曲線，但是不能保證必要的調(diào)速精度；而且在動態(tài)過程中由于不能保持所需要的轉(zhuǎn)距，動態(tài)性能也很差，它只能用于對調(diào)速系統(tǒng)的動靜態(tài)性能要求都不高的場合。如果異步電動機(jī)能像直流電

21、動機(jī)一樣，用控制電樞電流的方法來控制轉(zhuǎn)距，那么就能夠得到和直流電動機(jī)一樣的動靜態(tài)性能。轉(zhuǎn)差頻率控制是一種解決異步電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)距控制問題的方法，采用這種控制方案的調(diào)速系統(tǒng)，可以獲得與直流電動機(jī)恒磁通調(diào)速相似的性能。</p><p>　　轉(zhuǎn)差頻率控制的基本概念，原理</p><p>　　由式 可以得出異步電動機(jī)的機(jī)械特性方程式 令式中 ，它是轉(zhuǎn)差頻率。 又由式 即： 所以： 式中

22、 </p><p>　　由于異步電動機(jī)機(jī)械特性曲線上有一最大值，當(dāng)轉(zhuǎn)差頻率小于臨界轉(zhuǎn)差頻率（對應(yīng)于電磁轉(zhuǎn)距最大的轉(zhuǎn)差率）時，電動機(jī)運(yùn)行在穩(wěn)定工作區(qū)，電動機(jī)的電流比較小；當(dāng)轉(zhuǎn)差率大于臨界轉(zhuǎn)差率時，電動機(jī)進(jìn)入不穩(wěn)定工作區(qū)，電動機(jī)的電流增大，轉(zhuǎn)距減小。所以在調(diào)速過程中要使電動機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率小于臨界轉(zhuǎn)差率。也就是說，異步電動機(jī)穩(wěn)定工作時的轉(zhuǎn)差率很小，從而 也很小，可以認(rèn)為 ， ，所以可近似寫成。此式表明，在轉(zhuǎn)差頻率很小的范

23、圍內(nèi)，只要能夠保持氣隙磁通 不變，異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)距就近似與轉(zhuǎn)差頻率成正比，這就是說，在異步電動機(jī)中控制，就能和直流電動機(jī)中控制電流一樣，能夠達(dá)到控制轉(zhuǎn)距的目的?？刂妻D(zhuǎn)差頻率就代表了控制轉(zhuǎn)距，這就是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理。</p><p>　　轉(zhuǎn)差頻率控制的基本規(guī)律</p><p>　　上面只是近似找到了轉(zhuǎn)距與轉(zhuǎn)差頻率的正比關(guān)系，可以用它表明轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理，但是這一正比關(guān)系必須有兩個

24、條件才能成立。首先轉(zhuǎn)差頻率必須較小，即控制系統(tǒng)必須對限幅，使其滿足；其中，對應(yīng)于最大轉(zhuǎn)距時的轉(zhuǎn)差頻率。這就是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本規(guī)律之一。對限幅的功能由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器來實(shí)現(xiàn)。上述的第二個條件是氣隙磁通必須保持恒定。異步電動機(jī)可以控制的量是定子電流，而中包括勵磁電流分量和負(fù)載電流分量，只有保持勵磁電流分量恒定，才能使氣隙磁通 恒定，而和 均難以直接測量，若能找到，和 之間的函數(shù)關(guān)系。當(dāng)負(fù)載改變引起變化時，只要調(diào)節(jié)，使保持不變，問題就解決了。&l

25、t;/p><p>　　圖1 轉(zhuǎn)差頻率控制的基本規(guī)律</p><p>　　根據(jù)并聯(lián)支路的分流公式</p><p>　　取等式兩側(cè)向量的副值相等，得：</p><p>　　令常數(shù)，可以看出圖1，它具有如下性質(zhì)：（1），當(dāng)=0時，，在理想空載時定子電流等于勵磁電流；（2），若值增大，定子電流也相應(yīng)增大；（3），當(dāng)時， ，這是曲線的漸近線；（4），為正

26、負(fù)值時，的對應(yīng)值不變，左右對稱。上述關(guān)系表明：只要對定子電流和 的關(guān)系符合圖1或符合 的規(guī)律，就能保持氣隙磁通 恒定，這就是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本規(guī)律之二，它有函數(shù)電流發(fā)生器來實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　總結(jié)起來，轉(zhuǎn)差頻率控制的基本規(guī)律是：</p><p>　　（1）在的范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)距基本上與成正比，條件是氣隙磁通 恒定。</p><p>　?。?）定子電流和 的關(guān)系符

27、合圖1或式子 的規(guī)律，就能夠保證氣隙磁通 恒定。</p><p>　　轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上述轉(zhuǎn)差頻率控制的轉(zhuǎn)速閉環(huán)變頻調(diào)速結(jié)構(gòu)原理圖如圖2所示，可以看出該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：</p><p>　?。╝）采用電流源變頻器，使控制對象具有較好的動態(tài)響應(yīng)，而且便于回饋制動，這是提高系統(tǒng)動態(tài)性能的基礎(chǔ)。</p><p>　?。╞）和直流電動機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)一樣，外

28、環(huán)是轉(zhuǎn)速環(huán)，內(nèi)環(huán)是電流環(huán)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出是轉(zhuǎn)差頻率給定值，代表轉(zhuǎn)距給定。</p><p>　　（c）轉(zhuǎn)差頻率的控制作用分兩路，分別作用在可控整流器和逆變器上。前者通過函數(shù)發(fā)生器，按的大小產(chǎn)生相應(yīng)的信號，再通</p><p>　　過電流調(diào)節(jié)器控制定子電流，以保持恒定，另一路按產(chǎn)生對于于定子頻率的控制電壓，決定逆變器的輸出頻率。</p><p>　?。╠）轉(zhuǎn)速給定信號

29、，，都反向，相序鑒別器判斷的極性以決定環(huán)形分配器的輸出相序，而信號本身則經(jīng)過絕對值變換器決定輸出頻率的大小，這樣就很方便的實(shí)現(xiàn)了異步電動機(jī)的可逆運(yùn)行。</p><p>　　二、調(diào)速系統(tǒng)的工作原理</p><p>　?。?）起動過程 起動過程如圖2所示。首先說明起動過程是一個恒定子電流，恒轉(zhuǎn)差角頻率起動的過程，轉(zhuǎn)速給定信號由電位器設(shè)定，作為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸入信號，在起動瞬間（對應(yīng)于圖中的A點(diǎn)

30、電動機(jī)的轉(zhuǎn)速），而測速發(fā)電機(jī)TG輸出信號， </p><p>　　圖2 調(diào)速系統(tǒng)的工作原理圖</p><p>　　轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸入信號最大，其輸出最大達(dá)到限幅值而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出信號送給了電流函數(shù)發(fā)生器，所以此時函數(shù)發(fā)生器的輸出達(dá)到最大值，因而其輸出也達(dá)到最大給定值，接下去的電流調(diào)節(jié)環(huán)的速度比轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)的速度快得多，可以認(rèn)為，轉(zhuǎn)速過度過程中實(shí)際定子電流始終跟蹤了，而在起動過程中由于電動機(jī)

31、轉(zhuǎn)速還沒有達(dá)到給定值，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出不會從限幅值退下來，轉(zhuǎn)差頻率給頂值一直保持不變，也一直保持不變。所以可以認(rèn)為起動過程是一個恒定子電流，恒轉(zhuǎn)差頻</p><p><b>　　率驅(qū)動過程。</b></p><p>　　由式子 可知，定子電流，轉(zhuǎn)差頻率恒定，則勵磁電流也恒定，因此氣隙磁通 恒定。圖三中，A點(diǎn)對應(yīng)于起動瞬間，由于電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為0（W=0），所以按產(chǎn)生的對應(yīng)

32、于頂子額定電流為，記為，如果逆變器輸出頻率保持不變，則電動機(jī)的工作點(diǎn)將沿著這條曲線達(dá)到B點(diǎn)，記此時的異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為，假如控制系統(tǒng)此時對其進(jìn)行采樣，按產(chǎn)生的定子頻率為，由于電動機(jī)的轉(zhuǎn)速不能突變，因此電動機(jī)的工作點(diǎn)移到了這條曲線上的C點(diǎn)。按以上的方法分析下去，可以知道異步電動機(jī)的工作點(diǎn)將沿著ABCD……移動，最終達(dá)到穩(wěn)定工作點(diǎn)N。</p><p>　　以上分析中，控制系統(tǒng)對轉(zhuǎn)速進(jìn)行采樣的時刻時間斷的，如果控制采用

33、連續(xù)系統(tǒng)方法，則電動機(jī)的轉(zhuǎn)速變化將立即通過控制系統(tǒng)改變控制器的輸出頻率。這樣，沿著ABCD……的連線將趨向于沿著A C E G……這條曲線，而這條曲線說明在異步電動機(jī)起動過程中，電磁轉(zhuǎn)距保持不變，這一結(jié)論可以從上面的定子電流，轉(zhuǎn)角頻率，氣隙磁通恒定。</p><p><b>　　負(fù)載變化</b></p><p><b>　　圖3 負(fù)載變化圖</b&g

34、t;</p><p>　　負(fù)載變化如圖3所示，負(fù)載變化時，若轉(zhuǎn)速給定信號為，電動機(jī)工作點(diǎn)為N，當(dāng)負(fù)載變化從增加為時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速W將逐漸降低，測速發(fā)電機(jī)輸出信號減少，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器增大，按產(chǎn)生的對應(yīng)于定子頻率由于增大而增大，控制電壓增大，決定了逆變器的輸出頻率增加，電動機(jī)的機(jī)械特性曲線上移，最終電動機(jī)在新的工作點(diǎn)處穩(wěn)定工作。</p><p><b>　　（2）、調(diào)速過程</b&

35、gt;</p><p>　　如果不改變，但轉(zhuǎn)速給頂信號從增大到時，速度調(diào)節(jié)器的輸入為正值，其輸出將增大，按產(chǎn)生的對應(yīng)于定子頻率，由于增大而增大，控制電壓增大，決定了逆變器的輸出頻率增加，電動機(jī)的機(jī)械曲線上移，當(dāng)增大時，電動機(jī)的工作點(diǎn)將瞬間地從點(diǎn)轉(zhuǎn)到對應(yīng)的特性曲線上的A點(diǎn)，在A點(diǎn)電磁轉(zhuǎn)距，因而電動機(jī)將加速，轉(zhuǎn)速上升，按產(chǎn)生的對應(yīng)于定子頻率由于增大而增大，逆變器的輸出頻率增加，電動機(jī)的機(jī)械特性曲線上移，只要，定子頻率

36、將不斷增大，電動機(jī)的工作點(diǎn)將沿著圖中的A到曲線運(yùn)動，到了點(diǎn)時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，電磁轉(zhuǎn)距，電動機(jī)將在點(diǎn)上穩(wěn)定運(yùn)行，這就完成了電動機(jī)的加速過程。</p><p><b>　?。?）、電動機(jī)反轉(zhuǎn)</b></p><p>　　當(dāng)轉(zhuǎn)速給定信號反相時，速度調(diào)節(jié)器輸出負(fù)限幅值，，按產(chǎn)生的對應(yīng)于定子頻率由于變負(fù)而減小逆變器的輸出頻率降低，電動機(jī)的機(jī)械特性曲線下移，電動機(jī)以最大制動轉(zhuǎn)距減

37、少到零。當(dāng)轉(zhuǎn)速接近于零時，按產(chǎn)生的對應(yīng)的由正值變負(fù)時，通過相序鑒別器使環(huán)形分配器的相序改變，電動機(jī)實(shí)現(xiàn)反向運(yùn)行。</p><p>　?。?）、近似動態(tài)結(jié)構(gòu)</p><p>　　轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的動態(tài)性能雖比轉(zhuǎn)速開環(huán)系統(tǒng)有較大提高，但是在采用經(jīng)典線性控制理論和工程設(shè)計(jì)方法分析和設(shè)計(jì)，仍要作較大的近似處理。在建立轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖時，仍做如下處理：</p><p&

38、gt;　?。╝）忽略異步電動機(jī)的鐵損。</p><p>　?。╞）忽略異步電動機(jī)旋轉(zhuǎn)電動勢對系統(tǒng)動態(tài)過程的影響，或者說，忽略哦率和轉(zhuǎn)速對電壓控制系統(tǒng)的影響。</p><p>　?。╟）認(rèn)為組成系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)的輸入輸出關(guān)系都是線性的。</p><p>　　（d）認(rèn)為磁通在動態(tài)過程中保持不變。</p><p>　　參照轉(zhuǎn)速開環(huán)的變頻調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)

39、構(gòu)圖，可以畫出轉(zhuǎn)差控制系統(tǒng)的近似動態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如圖4所</p><p>　　圖4 近似動態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　以上就本次變頻設(shè)計(jì)的控制方法規(guī)律等做了介紹，它就是本次設(shè)計(jì)的理論部分。</p><p>　　第三章 提升機(jī)交流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 調(diào)速系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　圖5

40、 調(diào)速系統(tǒng)總體方框圖</p><p>　　轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比的調(diào)速系統(tǒng)，雖然結(jié)構(gòu)簡單，異步電動機(jī)在不同頻率小都能獲得較硬的機(jī)械特性但不能保證必要的調(diào)速精度，而且在動態(tài)過程中由于不能保持所需的轉(zhuǎn)速，動態(tài)性能也很差，它只能用于對調(diào)速系統(tǒng)的靜，動態(tài)性能要求不高的場合。如果異步電動機(jī)能象直流電動機(jī)一樣，用控制電樞電流的方法來控制轉(zhuǎn)矩，那么就可能得到和直流電動機(jī)一樣的較為理想的靜，動態(tài)特性。轉(zhuǎn)差頻率控制是一種解決異步電動機(jī)電

41、磁轉(zhuǎn)矩控制問題的方法，采用這種控制方案的調(diào)速系統(tǒng)，可以獲得與直流電動機(jī)恒磁通調(diào)速系統(tǒng)相似的性能。</p><p>　　為了使系統(tǒng)具有較好的動靜態(tài)性能，滿足設(shè)計(jì)要求，可將整個系統(tǒng)設(shè)計(jì)為轉(zhuǎn)速單閉環(huán)控制系統(tǒng)，采用轉(zhuǎn)差頻率調(diào)節(jié)方式，對轉(zhuǎn)速進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)，考慮電動機(jī)負(fù)載為恒轉(zhuǎn)距負(fù)載，在高頻段，采用恒比例控制方式來做近似恒磁通控制方式；在低頻段，采用恒磁通補(bǔ)償方法來維持磁通的恒定，實(shí)現(xiàn)恒磁通變頻調(diào)速。當(dāng)頻率高于額定轉(zhuǎn)速時，維持

42、，實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)節(jié)。選用大規(guī)模集成電路HEF4752來產(chǎn)生PWM控制信號，以減輕單片機(jī)的負(fù)擔(dān)，使它能夠有足夠的時間來完成閉環(huán)控制，系統(tǒng)檢測和保護(hù)等任務(wù)。</p><p>　　3.2 提升機(jī)系統(tǒng)主回路的設(shè)計(jì)</p><p>　　系統(tǒng)主回路是交—直—交電壓型變頻電路</p><p>　　圖6 系統(tǒng)主回路電路圖</p><p>　　整流采用三相橋式

43、不可控整流器，，，組成濾波電路，，，三個元件和 一起構(gòu)成尖峰電壓吸收電路（又稱直流側(cè)阻容吸收電路），用以削弱因逆變器換流而引起的尖峰電壓，采用的是GRT三相橋式PWM逆變器。</p><p>　　3.3 元器件的選擇</p><p>　　大功率開關(guān)管 SPWM正弦脈寬調(diào)制方法</p><p>　　三相整流橋 選用MDS型三相整

44、流橋模塊</p><p>　　LC濾波器 濾波電感在這里主要用來限制電流脈動（PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)不存在電流不連續(xù)問題）和短路電流上升率</p><p>　　直流側(cè)阻容吸收電路 大功率晶體管阻容吸收電路</p><p>　　3.4轉(zhuǎn)差頻率控制原理及調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)</p><p>　　（1）轉(zhuǎn)差頻率控制

45、原理</p><p>　　由電機(jī)學(xué)的知識可知： 其中：</p><p>　　圖7 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　電動機(jī)正常運(yùn)行時，，這時有。 所以：</p><p>　　當(dāng)采用恒磁通控制方式進(jìn)行變頻調(diào)速時，近似恒定，近似恒定，這時有，其中近似為一常數(shù)，T近似的正比于轉(zhuǎn)差頻率。 因此，通過對轉(zhuǎn)差頻率控制，就可以達(dá)到控制電動機(jī)轉(zhuǎn)距的目的，從

46、而調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。</p><p><b>　?。?）調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本系統(tǒng)采用增量式轉(zhuǎn)差頻率調(diào)節(jié)方式，轉(zhuǎn)差調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)為帶有死區(qū)的調(diào)節(jié)器，即： 因，所以與之和反映了頻率，即為頻率指令信號?？刂平Y(jié)構(gòu)框圖和控制曲線如下圖所示。為死區(qū)，它是為了避免因量化誤差，舍入誤差引起系統(tǒng)運(yùn)行不平衡而引起的。ΔUnAΔUnB(–ΔUnA –ΔUnB)為線性

47、調(diào)節(jié)區(qū)，當(dāng)∣ΔUn（K）∣>ΔUnB時，輸出限幅，用以現(xiàn)在轉(zhuǎn)差頻率的最大增量，亦即限制的最大增量，亦即限制的最大增量，防止系統(tǒng)過沖，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。Δ決定系統(tǒng)的積分系數(shù)（）,它由電位器給定，通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后輸入。當(dāng)ΔUnB確定后，通過調(diào)節(jié)電位器，就能改變積分系數(shù)，整定方便。ΔUnA的值根據(jù)靜態(tài)精度要求和實(shí)際系統(tǒng)工作時的最低轉(zhuǎn)速來確定，ΔUnB、ΔUsM通過實(shí)驗(yàn)確定。</p><p>　　圖8 控制

48、結(jié)構(gòu)框圖和曲線圖</p><p>　　a) 控制結(jié)構(gòu)框圖 b） 控制曲線</p><p>　　3.5 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)</p><p>　　1、 程序框圖及其介紹</p><p>　?。?） 系統(tǒng)主程序</p><p>　　主程序框圖如圖9所示。先進(jìn)行芯片初始化，然后，清系統(tǒng)工作區(qū)，開放8051外部中斷，啟

49、動軟件定時器10ms(采樣周期)。所以，系統(tǒng)初始化完畢，進(jìn)入控制循環(huán)：顯示轉(zhuǎn)速→中斷服務(wù)（和運(yùn)算，查表求出）→可逆切換程序→輸出控制量→顯示轉(zhuǎn)速。 </p><p>　　圖9 系統(tǒng)主程序框圖</p><p>　　（2） 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)程序</p><p>　　轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)程序即為軟件定時器O的中斷服務(wù)程序，其程序框圖如圖10所示。在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)程序中，完成轉(zhuǎn)速、的采樣，進(jìn)行PI

50、運(yùn)算，求出頻率指令信號，然后查表求得分頻系數(shù)。</p><p>　　圖10 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)程序框圖</p><p>　　（3） 增量式PI運(yùn)算子程序</p><p>　　增量式PI運(yùn)算子程序框圖如圖11所示，它包括按圖所示控制曲線計(jì)算轉(zhuǎn)差頻率增量, 由求出轉(zhuǎn)差頻率控制量，再由求出頻率指令信號。</p><p>　　圖11 增量式PI運(yùn)算子程序框圖

51、</p><p>　　（4） 可逆切換程序</p><p>　　可逆切換程序由停車控制和可逆切換控制兩部分組成，其程序框圖如圖12所示。系統(tǒng)的停車與工作由工作/停車控制開關(guān)控制，其開關(guān)狀態(tài)由PC6輸入。在可逆切換程序中，先對PC6進(jìn)行判斷。若PC6 = 0，表示命令停車，這時接下來判斷轉(zhuǎn)速是否為0。若不為0，則經(jīng)PC2輸出“1”電平，使HEF4752的L端為0，封鎖其輸出信號，使逆變器輸出

52、為0，電動機(jī)轉(zhuǎn)速下降。當(dāng)轉(zhuǎn)速已降到0時，經(jīng)PC3輸出“1”電平信號，切換主回路電源，然后顯示停車標(biāo)志“0000”。若PC6 = 1，則表示繼續(xù)工作，于是轉(zhuǎn)去檢測正/反開關(guān)狀態(tài)，進(jìn)入可逆切換部分。</p><p>　　電動機(jī)的轉(zhuǎn)向由正/反控制開關(guān)控制，其開關(guān)狀態(tài)由PC7輸入?，F(xiàn)以正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)為例說明切換過程。當(dāng)正/反轉(zhuǎn)開關(guān)由“正”轉(zhuǎn)到“反”時，PC7輸入0電平，表示反轉(zhuǎn)，接下來判斷當(dāng)前轉(zhuǎn)向是正（CW = 1）還是反（

53、CW = 0），若轉(zhuǎn)向?yàn)檎?，表示與給定轉(zhuǎn)向不一致，需進(jìn)行切換，于是經(jīng)PC2輸出1電平，使HEF4752的L端為0，封鎖其輸出信號，使逆變器輸出為0，電動機(jī)轉(zhuǎn)速下降。然后判斷電動機(jī)轉(zhuǎn)速是否為0。當(dāng)轉(zhuǎn)速未降到0時，不開放L端，電動機(jī)轉(zhuǎn)速繼續(xù)下降。一旦轉(zhuǎn)速降到0，則經(jīng)PC1輸出0電平至CW端，經(jīng)PC2輸出0電平，開放L端，于是HEF4752輸出相序?yàn)閁、W、V的PWM控制信號，逆變器重新開始工作，輸出相序?yàn)閁、W、V，使電動機(jī)反向啟動，至此，

54、切換過程結(jié)束。從反轉(zhuǎn)到正轉(zhuǎn)的切換過程與上述過程相仿，不再贅述。</p><p>　　圖12 可逆切換程序</p><p><b>　?。?）故障處理程序</b></p><p>　　故障處理程序即為8051外部中斷服務(wù)程序，其程序框圖如圖13所示。</p><p>　　圖13 故障處理程序</p>&l

55、t;p>　　第四章 PWM控制信號的產(chǎn)生及變換器的設(shè)計(jì)</p><p>　　在系統(tǒng)中，控制信號用大規(guī)模集成塊來產(chǎn)生。要使它 正常工作，必須提供時鐘信號和開關(guān)信號。將它的Ⅰ端接地，使其工作在晶體管模塊式，使每兩路互補(bǔ)信號之間有較大的輸出延遲，逆變器的輸出頻率和電壓就是通過控制著兩個端輸入的方波信號頻率來控制的。而電動機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)是通過調(diào)頻，調(diào)壓實(shí)現(xiàn)的。所以，必須在轉(zhuǎn)差調(diào)節(jié)器與其大規(guī)模集成塊之間正比的方波信號為

56、時鐘信號。</p><p>　　1、與的關(guān)系及低頻補(bǔ)償</p><p>　　考慮到單片機(jī)中轉(zhuǎn)換器分辨率，所以頻率指令信號用10位二進(jìn)制數(shù)來表示。</p><p>　　在f1不變范圍內(nèi)，維持 不變，這樣可自動維持U1/f1=常數(shù)。在小范圍內(nèi)，引入低頻補(bǔ)償，以維持磁通恒定。低頻補(bǔ)償?shù)乃枷胧牵涸诘皖l段，按一定規(guī)律減少，使比值增大，從而使U1=K相對增大，以補(bǔ)償定子繞組電阻

57、上的壓降，維持磁通恒定。低頻補(bǔ)償曲線如圖14所示，</p><p>　　圖14 低頻補(bǔ)償曲線圖</p><p><b>　　2、變換器的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　以上找出了低頻補(bǔ)償曲線的關(guān)系，剩下的就是怎樣按照關(guān)系式產(chǎn)生方波信號。</p><p>　　分頻系數(shù)變化范圍較大，需采用16位分頻器，所以可通過擴(kuò)展一片

58、可編程定時/計(jì)數(shù)器來完成整數(shù)分頻?？删幊潭〞r/計(jì)數(shù)器完全可滿足設(shè)計(jì)要求。由于Pf、Pv都不是一個純整數(shù)，為了保證系統(tǒng)的精度，可擴(kuò)展2片比例乘法器，用它進(jìn)行比例分頻。二進(jìn)制碼/方波信號變換器硬件連線圖如圖15所示。</p><p>　　圖15 變換器硬件連接圖</p><p>　　采用一級變換器硬件，只能獲得小數(shù)點(diǎn)后一位的乘法系數(shù)，為了獲得小數(shù)點(diǎn)后兩位的乘法系數(shù)，本系統(tǒng)中采用級聯(lián)的方法進(jìn)行加

59、法運(yùn)算，對φ進(jìn)行比例分頻，連接圖如圖所示。 </p><p><b>　　五 結(jié) 束 語</b></p><p>　　經(jīng)過改造的設(shè)備更能適應(yīng)生產(chǎn)的具體要求.降低生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備的故障率,發(fā)揮設(shè)備最大潛能,滿足生產(chǎn)的需求。我礦就是始終抓住技術(shù)改造這根弦,以科技創(chuàng)新為先導(dǎo),不斷提高技術(shù)，使生產(chǎn)效益達(dá)到更好。 通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，真正的學(xué)習(xí)到了不少東西，特別是對于自己動腦思考問題，

60、動手解決問題的能力無疑是上了一個臺階，讓自己知道了從事技術(shù)方面的學(xué)生扎實(shí)的基本功是必不可少的，對于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和加強(qiáng)更應(yīng)引起高度的重視，只憑課堂的學(xué)習(xí)是不夠的，通過自學(xué)是提高的一個途徑，能夠?qū)⑺鶎W(xué)到的知識和自學(xué)的知識柔和在一起，才能證明我們具有一定的能力。當(dāng)然了，方案肯定能再次得到優(yōu)化，這是以后在工作中需要考慮的問題。畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生綜合學(xué)習(xí)的一個難得的機(jī)會，同時它也是檢驗(yàn)這幾年學(xué)習(xí)水平的一個機(jī)會。在設(shè)計(jì)中涉及到的知識面很廣，它需要我們

61、查閱大量的資料，從中吸取對設(shè)計(jì)有幫助的東西來達(dá)到一個優(yōu)化的目的。在設(shè)計(jì)過程中肯定有我們以前沒有學(xué)習(xí)過的新知識需要我們自學(xué)，這就需要耐心，需要刻苦的鉆研和推敲，特別是對于各部分的銜接是經(jīng)過論證后才能得出的。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 王曉明.電氣傳動的微機(jī)控制.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,1999</p>

62、<p>　　[2] 張毅剛 彭喜元.MCS—51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì).哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2001</p><p>　　[3] 黃俊.電力電子技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997</p><p>　　[4] 天津電氣傳動設(shè)計(jì)研究所.電氣傳動自動化手冊. 天津，2001</p><p>　　[5] 西安電力電子技術(shù)研究所 2003</p>

63、<p>　　[6] 電力電子應(yīng)用技術(shù)第3版 機(jī)械工業(yè)出版社 </p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本人在研究學(xué)習(xí)和課題設(shè)計(jì)期間，xx老師的悉心指導(dǎo)和耐心啟發(fā)，學(xué)習(xí)到了設(shè)計(jì)課題的基本方法，具備了將一定的理論知識用于實(shí)踐的能力，提高了自學(xué)水平，基本上達(dá)到了學(xué)以致用。xx老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，淵博的知識，和諧的為人及忘我的工作精神讓我欽佩不

64、已，這不但使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利的完成，還在為人做事方面給我做了一個好的榜樣。我真誠的感謝我的指導(dǎo)老師xx和各位老師。</p><p>　　非常感謝學(xué)院及系給我提供這個自我總結(jié)的機(jī)會，也非常感謝帶領(lǐng)我的指導(dǎo)老師，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的編制中，給予了耐心的指導(dǎo)，并講解了各項(xiàng)設(shè)計(jì)要領(lǐng)，提出了寶貴的意見，使我的設(shè)計(jì)有了良好的開端，為我更好的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)奠定了良好的基礎(chǔ)。另外，也非常感謝各科老師的指導(dǎo)和各位同學(xué)們的幫助，使我在規(guī)定

65、時間內(nèi)完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我重新復(fù)習(xí)了所學(xué)習(xí)到的各種知識，并使我把這幾年所學(xué)的知識得以綜合的運(yùn)用，讓我在一定的條件下使自身的價(jià)值得到提高。</p><p>　　謹(jǐn)向所有在本文的完成中給予我關(guān)懷和幫助而在此無法一一提及的老師、同學(xué)和朋友致以誠摯的謝意！</p><p>　　再次表示衷心的感謝！同時，希望各位尊敬的老師對此文的不足給予指導(dǎo)并提出寶貴的意見和建議。</p>