礦山機(jī)電畢業(yè)論文（含外文翻譯）煤礦鏟車電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　煤礦鏟車電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　DESIGN OF ELECTRICAL CONTROL SYSTEM OF MINE FORKLIFT</p><p>　　所在學(xué)院

2、 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 礦山機(jī)電 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期

3、 年 月 </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共 49 頁（其中：外文文獻(xiàn)及譯文6頁） 圖紙共1張 </p><p><b>　　遼寧工程技術(shù)大學(xué)</b></p><p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）學(xué)生誠信承諾保證書</p><p>　　本人鄭重承諾：《煤礦鏟車電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)》畢業(yè)設(shè)計(jì)（

4、論文）的內(nèi)容真實(shí)、可靠，系本人在 指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立完成。如果存在弄虛作假、抄襲的情況，本人承擔(dān)全部責(zé)任。</p><p><b>　　學(xué)生簽名：</b></p><p>　　年 月 日</p><p><b>　　遼寧工程技術(shù)大學(xué)</b></p><p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

5、（論文）指導(dǎo)教師誠信承諾保證書</p><p>　　本人鄭重承諾：我已按學(xué)校相關(guān)規(guī)定對(duì) 同學(xué)的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的選題與內(nèi)容進(jìn)行了指導(dǎo)和審核，確認(rèn)由該生獨(dú)立完成。如果存在弄虛作假、抄襲的情況，本人承擔(dān)指導(dǎo)教師相關(guān)責(zé)任。</p><p><b>　　指導(dǎo)教師簽名：</b></p><p>　　年 月 日</p>

6、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　為了發(fā)展工業(yè)和提供充足的能源，必須大量開采煤炭，而露天開采發(fā)展迅速。開發(fā)和建設(shè)大型露天礦山，關(guān)鍵是發(fā)展大型露天礦成套設(shè)備，只有研制和使用先進(jìn)的技術(shù)裝備，才能充分發(fā)揮出露天礦經(jīng)濟(jì)效益高的優(yōu)勢(shì)。我國礦山主要采用的是間斷式開采，挖掘機(jī)是露天礦間斷式開采的主要設(shè)備。電氣系統(tǒng)作為機(jī)械式單斗挖掘機(jī)重要的配套設(shè)備，它的性能和功能對(duì)機(jī)械式單斗挖

7、掘機(jī)影響很大。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)以某種型號(hào)的機(jī)械式單斗挖掘機(jī)為背景，設(shè)計(jì)了基于直流脈寬調(diào)制（PWM）調(diào)速系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)。PWM是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。PWM信號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重

8、復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開的時(shí)候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼。脈寬調(diào)制(PWM:(Pulse Width Modulation)是利用微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。</p><p>　　PWM脈寬調(diào)制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)械式單斗挖掘機(jī)的直流行走電機(jī)的

9、速度控制，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)電鏟的前進(jìn)、后退和速度控制。</p><p>　　關(guān)鍵詞：露天礦；機(jī)械式單斗挖掘機(jī)；PWM脈寬調(diào)速；電氣系統(tǒng)控制</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In order to develop industry and provide sufficient energy, must pou

10、r out a large exploitation of coal, and strip mining is developing rapidly. Development and construction of large open-pit mine, the key is to develop complete sets of equipment, large open-pit mine only development and

11、use of advanced technology and equipment, in order to give full play to the advantages of high out of the open pit mine economic benefit. Our country mainly adopts the continuous mining in mines, main equipment o</p&g

12、t;<p>　　This design in a certain type of mechanical single bucket excavator as the background, design based on dc pulse width modulation (PWM) control system of electrical control system. PWM is an analog signal l

13、evel for digital encoding method. Through the use of high resolution counter, the duty cycle of square wave is modulated to encode a specific analog signal level. PWM signal is still digital, because in any given moment,

14、 full of amplitude of the dc power supply or completely (ON), or completely</p><p>　　PWM pulse width modulation system is realized with mechanical single bucket excavator in dc motor speed control, so as to

15、realize the forward and backward and speed control of excavator.</p><p>　　Key words: open pit; Mechanical single bucket excavator; PWM pulse width speed regulation; Electric control system</p><p&g

16、t;<b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 煤礦鏟車概述</p><p>　　煤礦鏟車即礦用挖掘機(jī)。礦用挖掘機(jī)主要用于露天礦的挖掘和裝載，工作對(duì)象如為表土則可直接挖取，如為礦石則需爆破后再用挖掘機(jī)挖取裝載。此種挖掘機(jī)一般只配有正鏟工作裝置。礦用挖掘機(jī)自行距離短，行速低，多用電力驅(qū)動(dòng)，故又叫電鏟車。</p><p>　　礦用挖掘

17、機(jī)多是大斗容的，大部分是單斗機(jī)械式，適用于開挖Ⅴ-Ⅵ級(jí)碎巖。挖掘機(jī)接地比壓要求不嚴(yán)格，由于運(yùn)行距離不長，工作場(chǎng)地多經(jīng)過平整，所以通過性也要求不嚴(yán)格。機(jī)械式正鏟單斗挖掘機(jī)是露天礦山用鏈鏟裝礦巖和表土的主要設(shè)備之一。機(jī)械式單斗挖掘機(jī)是挖掘機(jī)的一種，用一個(gè)鏟斗以間歇重復(fù)的工作循環(huán)進(jìn)行工作，即由挖掘、滿斗回轉(zhuǎn)至卸載點(diǎn)、卸載、空斗回轉(zhuǎn)至挖掘地點(diǎn)等四個(gè)工序構(gòu)成一個(gè)工作循環(huán)。在作業(yè)過程中，挖掘機(jī)是不移動(dòng)的，直到將一次停機(jī)范圍內(nèi)的土壤挖完，挖掘機(jī)才移動(dòng)

18、到新的作業(yè)地點(diǎn)。為了完成上述動(dòng)作，單斗挖掘機(jī)應(yīng)具有下列部分：工作裝置、回轉(zhuǎn)支撐裝置、行走裝置、動(dòng)力裝置和附屬設(shè)備。</p><p>　　機(jī)械式單斗挖掘機(jī)的特點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)緊湊、能在較大的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，操作簡單，易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化。本次設(shè)計(jì)以WK-10型機(jī)械式單斗挖掘機(jī)的行走機(jī)構(gòu)為例。</p><p>　　1.2 WK-10型電鏟行走機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)介紹</p>&

19、lt;p>　　行走機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，全部安裝在底座的一端，由雙電動(dòng)機(jī)通過帶制動(dòng)盤的柱銷聯(lián)軸節(jié)帶動(dòng)一個(gè)三級(jí)齒輪減速器。履帶架輸入軸與減速器輸出軸間安裝雙缸氣動(dòng)離合器，離合器是用來實(shí)現(xiàn)行走裝置的轉(zhuǎn)彎動(dòng)作的，離合器的撥叉由雙向氣缸帶動(dòng)，氣缸是由二位四通閥控制。圖1-1為WK-10型挖掘機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)圖。</p><p>　　減速器是三級(jí)齒輪減速器，型號(hào)為H2SH12，減速比i=248。</p><p

20、>　　履帶運(yùn)行裝置是挖掘機(jī)上部重量的支承基礎(chǔ)。這種運(yùn)行裝置的主要優(yōu)點(diǎn)是接地比壓力小，附著力大，可適用于道路凹凸不平的場(chǎng)地，如淺灘、溝或有其他障礙物，具有一定的機(jī)動(dòng)性，能通過陡坡和急彎而不需要太多時(shí)間。其缺點(diǎn)是運(yùn)行和轉(zhuǎn)彎功耗大，效率低，構(gòu)造復(fù)雜，造價(jià)高，零件易磨損，常需要更換等。WK-10型電鏟采用的是少支點(diǎn)的剛性的雙履帶行走裝置。剛性履帶行走裝置中，支承輪和履帶架或下支承架做剛性聯(lián)系，不用彈簧或鉸接，這是最普遍應(yīng)用的型式。<

21、/p><p>　　1—1WK-10型挖掘機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)圖</p><p>　　1-1 WK-10 excavator transmission Figure</p><p>　　1-2 WK-10型挖掘機(jī)履帶運(yùn)行裝置</p><p>　　1-2 WK-10 excavator crawler running gear</p><p

22、>　　1底架； 2履帶架； 3支承輪軸； 4支撐輪； 5；拉緊方軸； 6導(dǎo)向輪； 7驅(qū)動(dòng)輪軸；8驅(qū)動(dòng)輪；</p><p>　　9履帶板； 10銷軸； 11行走減速器； 12行走電動(dòng)機(jī)；13、19、20、21齒輪； 14、16、18、23軸； 15傘齒輪； 17撥叉離合器； 22行走制動(dòng)器； 24撥叉機(jī)構(gòu)氣缸； 25撥叉； 26卡箍； 27固定大齒輪； 28環(huán)形軌道； 29棍盤；30楔形塊； 31支架；32墊

23、片</p><p>　　1.3 WK-10型電鏟車主要參數(shù)</p><p><b>　　主要參數(shù)如下：</b></p><p>　　斗容 10

24、 </p><p>　　行走速度 0.69km/h</p><p>　　最大爬坡角度 13</p><p>　　比壓（平均） 0.23</p><p>　　減速比 248<

25、/p><p>　　循環(huán)時(shí)間（回轉(zhuǎn)90） 29s</p><p>　　理論生產(chǎn)率 1230/h</p><p>　　配重 350 kN</p><p>　　整機(jī)重力(整機(jī)重量) 440kN（440t）</p

26、><p>　　履帶寬度 7.10m</p><p>　　履帶長度 8.40m</p><p>　　轉(zhuǎn)彎半徑 7.35m</p><p>　　驅(qū)動(dòng)輪直徑 0.51m&l

27、t;/p><p>　　設(shè)計(jì)以土壤密度為2g/(2000kg/=2t/)的環(huán)境為背景，則電鏟滿載后的重力為：</p><p><b>　　N</b></p><p>　　1.4 WK-10型電鏟供電方式</p><p>　　電鏟車工作時(shí)接臨時(shí)電纜，三相交流電經(jīng)整流濾波變成電壓恒定的直流電壓,用此直流電壓給直流電動(dòng)機(jī)供電。步驟如

28、下：</p><p>　　⑴電源變壓器：將電網(wǎng)交流電壓380V變換成330V的交流電壓，這個(gè)變壓器是降壓變壓器。</p><p>　　⑵整流電路：利用具有單向?qū)щ娦阅艿恼髟?，把方向和大小都變化?0Hz交流電變換為方向不變但大小仍有脈動(dòng)的直流電，本設(shè)計(jì)使用二極管。 </p><p>　　⑶濾波電路：利用儲(chǔ)能元件電容器C兩端的電壓不能突變的性質(zhì)，把電容C與整流電路

29、的負(fù)載RL并聯(lián)，就可以將整流電路輸出中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電。</p><p>　　2 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算</p><p>　　2.1 履帶行走裝置的牽引力計(jì)算</p><p>　?。?）空載牽引力的計(jì)算。履帶行走裝置在行走時(shí)，必須克服以下一些阻力：土壤對(duì)履帶運(yùn)行的阻力；不穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的慣性阻力；坡道阻力；風(fēng)阻力；轉(zhuǎn)彎阻力；行走裝置的內(nèi)阻力等

30、。因此，鏟的牽引力須大于總的行走阻力。</p><p>　?、偻寥缹?duì)履帶運(yùn)行的阻力：履帶運(yùn)行時(shí)，迫使土壤受擠壓和變形而引起的運(yùn)行阻力為：</p><p>　　= （2—1）</p><p><b>　　式中:</b></p><p>　　—運(yùn)行比阻力系數(shù)，路面情況為堅(jiān)

31、實(shí)土路的比阻力系數(shù)為0.06～0.09，取0.06；</p><p>　　G—機(jī)器總重力，4316kN。</p><p><b>　　所以 =kN。</b></p><p>　?、诓环€(wěn)定運(yùn)行時(shí)的慣性阻力：</p><p>　　（2—2） 式中：</p&

32、gt;<p>　　—行走速度，0.1917m/s（0.69km/h）；</p><p>　　t—啟動(dòng)或制動(dòng)的時(shí)間，2s；</p><p>　　K—系數(shù)，多機(jī)驅(qū)動(dòng)取K=2。</p><p>　　不穩(wěn)定運(yùn)行是指啟動(dòng)或制動(dòng)狀態(tài)。則

33、 kN。</p><p><b>　?、燮碌雷枇Γ?lt;/b></p><p><b>　?。?—3）</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　—坡道傾角，13。</b></p><

34、;p><b>　　所以 。</b></p><p><b>　　④風(fēng)阻力：</b></p><p><b>　?。?—4）</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　A—鏟的迎風(fēng)面積，約50㎡</p>&

35、lt;p>　　—工作狀態(tài)時(shí)的風(fēng)壓，取=250。</p><p><b>　　所以 NkN。</b></p><p>　　⑤轉(zhuǎn)彎阻力：履帶轉(zhuǎn)彎時(shí)除了有沿直線運(yùn)行時(shí)的全部阻力外，還考慮轉(zhuǎn)彎時(shí)履帶支承面與土壤的摩擦阻力和履帶板側(cè)面剪碎和刮動(dòng)土壤所造成的阻力。雙履帶行走裝置轉(zhuǎn)彎時(shí)，假定兩條履帶分別繞著各自的支承面幾何中心轉(zhuǎn)動(dòng)，受到的轉(zhuǎn)彎阻力為：</p>

36、<p><b>　?。?—5）式中：</b></p><p>　　b—履帶寬度，7.10m；</p><p>　　L—履帶長度，8.40m；</p><p>　　r—轉(zhuǎn)彎半徑，7.35m；</p><p>　　—履帶板與地面的摩擦系數(shù)，堅(jiān)實(shí)的地面，取=0.4；</p><p>　　—作用

37、在履帶板上的平均負(fù)荷，其值可按計(jì)算。</p><p>　　把帶入公式，則，所以</p><p><b>　　所以 kN。</b></p><p>　?、扌凶哐b置內(nèi)阻力:在不作精確計(jì)算時(shí)，行走裝置的內(nèi)阻力可由簡易近似公式計(jì)算： </p><p><b>　　（2—6）</b></p>

38、<p><b>　　所以 kN。 </b></p><p>　?、郀恳Φ挠?jì)算：在實(shí)際計(jì)算履帶行走裝置的牽引力時(shí)，從下面兩種情況中選用大者。</p><p><b>　　在爬坡時(shí)：</b></p><p><b>　?。?—7）</b></p><p><b

39、>　　在轉(zhuǎn)彎時(shí)：</b></p><p><b>　?。?—8） </b></p><p>　　所以，空載時(shí)的牽引力</p><p>　　（2）滿載牽引力的計(jì)算。</p><p>　　滿載牽引力的計(jì)算同空載牽引力的計(jì)算，所以各阻力計(jì)算如下：</p><p>　?、偻寥缹?duì)履帶運(yùn)行的

40、阻力</p><p>　?、诓环€(wěn)定運(yùn)行時(shí)的慣性阻力</p><p><b>　　③坡道阻力</b></p><p><b>　?、茱L(fēng)阻力</b></p><p><b>　?、蒉D(zhuǎn)彎阻力</b></p><p><b>　　⑥行走裝置內(nèi)阻力<

41、;/b></p><p>　　⑦牽引力的計(jì)算：在實(shí)際計(jì)算履帶行走裝置的牽引力時(shí)，從下面兩種情況中選用大者。</p><p><b>　　在爬坡時(shí)：</b></p><p><b>　　（2—9）</b></p><p><b>　　在轉(zhuǎn)彎時(shí)：</b></p>

42、<p><b>　?。?—10）</b></p><p>　　所以，滿載時(shí)的牽引力</p><p>　　2.2 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算</p><p>　?。?）空載時(shí)電動(dòng)機(jī)需提供的轉(zhuǎn)矩：</p><p>　　（2）滿載時(shí)電動(dòng)機(jī)需提供的轉(zhuǎn)矩：</p><p>　　3 煤礦鏟車驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)選型設(shè)

43、計(jì)</p><p>　　3.1 電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算</p><p>　　在實(shí)際計(jì)算履帶行走裝置的牽引力時(shí)，從中取大者，即</p><p><b>　　（3—1）</b></p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率。</b&

44、gt;</p><p><b>　　（3—2）</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　—牽引力，1500000N；</p><p>　　—運(yùn)行速度，0.69km/h。</p><p>　　所以 N==287.5 kW。</p>

45、<p>　　要保證鏟在車道上運(yùn)行，還應(yīng)驗(yàn)算其附著力，使?fàn)恳Ρ仨毿∮诼膸c地面間的附著力。</p><p>　　＝G （3－3）</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　附著系數(shù)，因?yàn)橥寥罏閳?jiān)實(shí)的土路，所以取0.5。</p><p>&l

46、t;b>　　所以 成立。</b></p><p>　　3.2 電動(dòng)機(jī)型號(hào)選擇</p><p>　　單斗挖掘機(jī)是以間歇重復(fù)的方式進(jìn)行工作的，這種重型機(jī)械的工作特點(diǎn)是：①工作狀態(tài)變化，不穩(wěn)定，負(fù)載變化大，容易過載；②各機(jī)構(gòu)經(jīng)常性的結(jié)合、脫開聯(lián)合或單獨(dú)運(yùn)動(dòng)，啟動(dòng)和停止動(dòng)作非常頻繁；③正、反轉(zhuǎn)要求迅速，速度變化大且要求制動(dòng)靈活。若用普通的交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)就不能滿足這些工作特點(diǎn)和

47、要求，直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)則可以滿足這些工作特性要求。所以，大、中型電鏟的主要機(jī)構(gòu)，如提升、推壓、回轉(zhuǎn)、開斗和行走五個(gè)機(jī)構(gòu)均采用直流電動(dòng)機(jī)作驅(qū)動(dòng)器。所以電鏟車的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)選擇直流電動(dòng)機(jī)。工作時(shí)接臨時(shí)電纜，三相交流電經(jīng)整流濾波變成電壓恒定的直流電壓,用此直流電壓給驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)供電。</p><p>　　因?yàn)轵?qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的總功率須大于287.5 kW，設(shè)計(jì)為兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)各驅(qū)動(dòng)一條履帶，且兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)型號(hào)一樣，所以選擇型號(hào)為Z-

48、315-2A的直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)，額定功率為152kW。參數(shù)如下：</p><p><b>　　額定電壓330 V</b></p><p>　　額定功率152 kW</p><p><b>　　額定電流504 A</b></p><p>　　額定轉(zhuǎn)速945 r/min</p><p&

49、gt;<b>　　效率89.8%</b></p><p>　　最大轉(zhuǎn)速1800 r/min</p><p>　　勵(lì)磁功率3.1 kW</p><p><b>　　轉(zhuǎn)動(dòng)慣量5.5 </b></p><p><b>　　風(fēng)量1.0 </b></p><p>

50、<b>　　風(fēng)壓1010 </b></p><p>　　電樞回路電壓降21.9V</p><p><b>　　電感0.33mH</b></p><p>　　3.3 直流他勵(lì)電機(jī)的特性</p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的一般表達(dá)式為：</p><p><b>　

51、　(3—4)</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　—理想空載轉(zhuǎn)速。</b></p><p>　　圖3—1他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性圖</p><p>　　Figure3-1 separately excited motor mechanical ch

52、aracteristic diagram</p><p>　　3.3.1 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性</p><p><b>　　1）估算電樞電阻：</b></p><p><b>　　（3—5）</b></p><p><b>　　式中：</b></p>&l

53、t;p>　　—額定運(yùn)行條件下電動(dòng)機(jī)的效率，</p><p><b>　　。</b></p><p>　　所以 0.03382。</p><p><b>　　2）求:</b></p><p><b>　　(3—6)</b></p><p><

54、b>　　所以 。</b></p><p>　　3）求理想空載轉(zhuǎn)速：</p><p><b>　　（3—7）</b></p><p>　　所以 r/min。</p><p><b>　　4）求額定轉(zhuǎn)矩:</b></p><p><b>　?。?

55、—8）</b></p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　因?yàn)?所以所選Z-315-2A型直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)滿足驅(qū)動(dòng)要求。</p><p>　　根據(jù)點(diǎn)（0，）、（，）即（0，）（）繪制Z-315-2A直流他勵(lì)電機(jī)的固有機(jī)械特性曲線如圖所示：</p><p>　　圖3—2他勵(lì)電機(jī)的固有機(jī)械特

56、性曲線</p><p>　　Figure 3-2 separately excited motor inherent physical characteristics curve</p><p>　　3.3.2 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性（降壓啟動(dòng)）</p><p>　　電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)是指施電于電動(dòng)機(jī)，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)起來，達(dá)到所要求的轉(zhuǎn)速后正常運(yùn)轉(zhuǎn)的過程。對(duì)直流電動(dòng)機(jī)

57、而言，電動(dòng)機(jī)在未啟動(dòng)之前n=0，E=0，而很小，所以，將電動(dòng)機(jī)直接接入電網(wǎng)并施加額定電壓時(shí)，啟動(dòng)電流</p><p>　　將很大，一般情況下能達(dá)到其額定值的10-20倍。這樣大的啟動(dòng)電流會(huì)使電動(dòng)機(jī)在換向過程中產(chǎn)生危險(xiǎn)的火花，甚至燒壞整流子。而且過大的電樞電流產(chǎn)生過大的電動(dòng)應(yīng)力，可能引起繞組的損壞。同時(shí)，產(chǎn)生與啟動(dòng)電流成正比例的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，會(huì)在機(jī)械系統(tǒng)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中產(chǎn)生過大的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩沖擊，使機(jī)械傳動(dòng)部件損壞。對(duì)由電網(wǎng)供

58、電的電動(dòng)機(jī)來說，過大的啟動(dòng)電流將使保護(hù)裝置動(dòng)作，從而切斷電源，使得生產(chǎn)機(jī)械停止工作，或者引起電網(wǎng)電壓的下降，影響其他負(fù)載的正常運(yùn)行。因此，直流電動(dòng)機(jī)是不允許直接啟動(dòng)的，即在啟動(dòng)時(shí)必須設(shè)法限制電樞電流，例如，對(duì)于普通的Z型直流電動(dòng)機(jī)，規(guī)定電樞的瞬時(shí)電流不得大于額定電流的2倍，即啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不得大于額定轉(zhuǎn)矩的2倍，即。設(shè)最大可以為1.7倍的額定轉(zhuǎn)矩，即</p><p><b>　　(3—9)</b>

59、</p><p>　　降壓啟動(dòng)。在啟動(dòng)瞬間，降低供電電壓。隨著轉(zhuǎn)速n的升高，反電動(dòng)勢(shì)E增大，再逐步提高供電電壓，最后達(dá)到額定電壓時(shí)，電動(dòng)機(jī)達(dá)到所要求的轉(zhuǎn)速。啟動(dòng)特性圖如下：</p><p>　　圖3—3直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)特性圖</p><p>　　Figure 3-3 DC separately excited motor starting characterist

60、ic diagram</p><p>　　根據(jù)式(3—4)知：</p><p>　　把,,, 帶入上式得 ：</p><p>　　所以 （3—10）</p><p>　　把（0，）帶入（3—10）得</p><p>　　因?yàn)?，所?/p>

61、降壓啟動(dòng)過程可以為：首先把電動(dòng)機(jī)供電電壓降到，待其轉(zhuǎn)矩達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩后將供電電壓升為100V，此時(shí)其轉(zhuǎn)速不能突變，轉(zhuǎn)矩突增，待其轉(zhuǎn)矩再次達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩后將供電電壓升為200V，依此類推，直至電壓達(dá)到額定值，轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)過程。</p><p>　　3.3.3 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性（調(diào)壓調(diào)速）</p><p>　　改變電樞供電電壓U可得到人為機(jī)械特性（見圖3-4），從圖中可看

62、出，在一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下，加上不同的電壓、、、，可以得到不同的轉(zhuǎn)速、、、，即改變電樞電壓可以達(dá)到調(diào)速的目的。</p><p>　　現(xiàn)以電壓由突然升高至為例，說明其升速的機(jī)電過程。電壓為時(shí)，電動(dòng)機(jī)工作在特性的點(diǎn)b，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速為，當(dāng)電壓突然上升為的一瞬間，由于系統(tǒng)機(jī)械慣性的作用，轉(zhuǎn)速n不能突變，相應(yīng)的反電動(dòng)勢(shì)也不能突變，仍為和。在不考慮電樞電路的電感時(shí)，電樞電流將隨U的突然上升由突然增至，則電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩也由突然增至,即在U

63、突增的這一瞬間，電動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)由特性的點(diǎn)b過度到特性的點(diǎn)g（實(shí)際上平滑調(diào)節(jié)時(shí)，是不大的）。由于，所以系統(tǒng)開始加速，反電動(dòng)勢(shì)E也隨轉(zhuǎn)速n的上升而增大，電樞電流則逐漸減小，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)減小，電動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)將沿特性由點(diǎn)g向點(diǎn)a移動(dòng)，直到時(shí)T又下降到，此時(shí)電動(dòng)機(jī)已工作在一個(gè)新的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。</p><p>　　由于調(diào)壓調(diào)速過程中為常數(shù)，所以，當(dāng)為常數(shù)時(shí)，穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下的電樞電流也是一個(gè)常數(shù)，而與電樞電壓U的大小無關(guān)。&

64、lt;/p><p>　　這種調(diào)速方法的特點(diǎn)是：</p><p>　?。?）當(dāng)電源電壓連續(xù)變化時(shí)，轉(zhuǎn)速可以平滑無級(jí)調(diào)節(jié)，一般只能在額定轉(zhuǎn)速以下調(diào)節(jié)；</p><p>　?。?）調(diào)速特性與固有特性互相平行，機(jī)械特性硬度不變，調(diào)速的穩(wěn)定度較高，調(diào)速范圍較大；</p><p>　?。?）調(diào)速時(shí)，因電樞電流與電壓U無關(guān)，且，故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩不變，屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，

65、適合于對(duì)恒轉(zhuǎn)矩型負(fù)載進(jìn)行調(diào)速；</p><p>　?。?）可以靠調(diào)節(jié)電樞電壓而不用啟動(dòng)設(shè)備來啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　圖3-4改變電樞供電電壓調(diào)速的特性</p><p>　　Figure 3-4 change the characteristics of the armature supply voltage speed control</p>

66、<p><b>　　因?yàn)?lt;/b></p><p>　　所以 </p><p><b>　?。?—11）</b></p><p>　　可見，鏟車的速度與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電壓和負(fù)載轉(zhuǎn)矩有關(guān)，若無論鏟車空載或者滿載，都希望速度范圍可以在0.1m/s—0.1917m/s之間調(diào)節(jié)，那么電壓變化范

67、圍為：</p><p><b>　　空載時(shí)： </b></p><p><b>　　滿載時(shí)： </b></p><p>　　3.3.4 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性</p><p>　　電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)是與啟動(dòng)相對(duì)的一種工作狀態(tài)，啟動(dòng)是從靜止加速到某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的一種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，而制動(dòng)則是從某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速減速到

68、停止或是限制位能負(fù)載下降速度的一種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。</p><p>　　注意，電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)與自然停車是兩個(gè)不同的概念。自然停車是電動(dòng)機(jī)脫離電源，靠很小的摩擦阻轉(zhuǎn)矩消耗機(jī)械能，使轉(zhuǎn)速慢慢下降，直到轉(zhuǎn)速為零而停車。這種停車過程需時(shí)較長，不能滿足生產(chǎn)機(jī)械的要求。為了提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)機(jī)械需要加快停車過程，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確停車等，從而要求電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在制動(dòng)狀態(tài)。這個(gè)過程簡稱為電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)了。</p><

69、p><b>　　（1）反饋制動(dòng)</b></p><p>　　若電動(dòng)機(jī)為正常接線，在外部條件作用下，電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n大于其理想空載轉(zhuǎn)速，此時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于反饋制動(dòng)狀態(tài)。</p><p><b>　　（2）反接制動(dòng)</b></p><p>　　當(dāng)他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的電樞電壓U或電樞電動(dòng)勢(shì)E中的任一個(gè)在外部條件作用下改變了方向，即

70、二者由方向相反變?yōu)榉较蛞恢聲r(shí)，電動(dòng)機(jī)都將運(yùn)行于反接制動(dòng)狀態(tài)。</p><p><b>　?。?）能耗制動(dòng)</b></p><p>　　電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，若把外加電樞電壓U突然降為零，而將電樞串接一個(gè)附加電阻短接起來，便能進(jìn)入能耗制動(dòng)狀。</p><p>　　4 直流調(diào)速系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 直

71、流電機(jī)調(diào)速方案的選定</p><p>　　1）直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有三種：</p><p>　?。?）調(diào)節(jié)電樞供電電壓U。改變電樞電壓主要是從額定電壓往下降低電樞電壓，從電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速向下變速，屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法。對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，這種方法最好。aI變化遇到的時(shí)間常數(shù)較小，能快速響應(yīng)，但是需要大容量可調(diào)直流電源。 </p><p>

72、　?。?）改變電動(dòng)機(jī)主磁通?。改變磁通可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)平滑調(diào)速，但只能減弱磁通進(jìn)行調(diào)速（簡稱弱磁調(diào)速），從電機(jī)額定轉(zhuǎn)速向上調(diào)速，屬恒功率調(diào)速方法。fI變化時(shí)間遇到的時(shí)間常數(shù)同aI變化遇到的相比要大得多，響應(yīng)速度較慢，但所需電源容量小。 </p><p>　?。?）改變電樞回路電阻R。在電動(dòng)機(jī)電樞回路外串電阻進(jìn)行調(diào)速的方法，設(shè)備簡單，操作方便。但是只能進(jìn)行有級(jí)調(diào)速，調(diào)速平滑性差，機(jī)械特性較軟；空載時(shí)幾乎沒什么

73、調(diào)速作用；還會(huì)在調(diào)速電阻上消耗大量電能。 </p><p>　　改變電阻調(diào)速缺點(diǎn)很多，目前很少采用，僅在有些起重機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)及電車等調(diào)速性能要求不高或低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間不長的傳動(dòng)系統(tǒng)中采用。弱磁調(diào)速范圍不大，往往是和調(diào)壓調(diào)速配合使用，在額定轉(zhuǎn)速以上作小范圍的升速。對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。因此，自動(dòng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主。</p>&

74、lt;p>　　圖4—1 改變電樞供電電壓調(diào)速的特性</p><p>　　Figure 4-1 change the characteristics of the armature supply voltage speed control

75、 </p><p>　　2）改變電樞電壓調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)采用的主要方法，調(diào)節(jié)電樞供電電壓需要有專門的可控直流電源，常用的可控直流電源有以下三種： </p><p>　?。?）旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組。用交流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)組成機(jī)組，以獲得可調(diào)的直流電壓。 </p><p>　　（2）靜止可控整流器。用靜止的可控整流器，如汞弧整流器和晶

76、閘管整流裝置，產(chǎn)生可調(diào)的直流電壓。 </p><p>　?。?）直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器。用恒定直流電源或不可控整流電源供電，利用直流斬波或脈寬調(diào)制的方法產(chǎn)生可調(diào)的直流平均電壓。 </p><p>　　由于旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組缺點(diǎn)太多，采用汞弧整流器和閘流管這樣的靜止變流裝置來代替旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，形成所謂的離子拖動(dòng)系統(tǒng)。離子拖動(dòng)系統(tǒng)克服旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組的許多缺點(diǎn)，而且縮短了響應(yīng)時(shí)間

77、，但是由于汞弧整流器造價(jià)較高，體積仍然很大，維護(hù)麻煩，尤其是水銀如果泄漏，將會(huì)污染環(huán)境，嚴(yán)重危害身體健康。目前，采用晶閘管整流供電的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（即晶閘管－電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，簡稱V-M系統(tǒng)，又稱靜止Ward-Leonard系統(tǒng)）已經(jīng)成為直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。但是，晶閘管整流器也有它的缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)在以下方面： </p><p>　?、倬чl管一般是單向?qū)щ娫?，晶閘管整流器的電流是不允許反向的，這給

78、電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)可逆運(yùn)行造成困難。必須實(shí)現(xiàn)四象限可逆運(yùn)行時(shí)，只好采用開關(guān)切換或正、反兩組全控型整流電路，構(gòu)成V-M可逆調(diào)速系統(tǒng)，后者所用變流設(shè)備要增多一倍。 </p><p>　?、诰чl管元件對(duì)于過電壓、過電流以及過高的du/dt和di/dt十分敏感，其中任意指標(biāo)超過允許值都可能在很短時(shí)間內(nèi)元件損壞，因此必須有可靠的保護(hù)裝置和符合要求的散熱條件，而且在選擇元件時(shí)還應(yīng)保留足夠的余量，以保證晶閘管裝置的可靠運(yùn)行。

79、 </p><p>　　③晶閘管的控制原理決定了只能滯后觸發(fā)，因此，晶閘管可控制整流器對(duì)交流電源來說相當(dāng)于一個(gè)感性負(fù)載，吸取滯后的無功電流，因此功率因素低，特別是在深調(diào)速狀態(tài)，即系統(tǒng)在較低速運(yùn)行時(shí)，晶閘管的導(dǎo)通角很小，使得系統(tǒng)的</p><p>　　功率因數(shù)很低，并產(chǎn)生較大的高次諧波電流，引起電網(wǎng)電壓波形畸變，殃及附近的用電設(shè)備。如果采用晶閘管整流裝置的調(diào)速系統(tǒng)在電網(wǎng)中所占容量比

80、重較大，將造成所謂的“電力公害”。為此，應(yīng)采取相應(yīng)的無功補(bǔ)償、濾波和高次諧波的抑制措施。 </p><p>　?、芫чl管整流裝置的輸出電壓是脈動(dòng)的，而且脈波數(shù)總是有限的。如果主電路電感不是非常大，則輸出電流總存在連續(xù)和斷續(xù)兩種情況，因而機(jī)械特性也有連續(xù)和斷續(xù)兩段，連續(xù)段特性比較硬，基本上還是直線；斷續(xù)段特性則很軟，而且呈現(xiàn)出顯著的非線性。 </p><p>　　由于以上

81、種種原因，所以選擇了脈寬調(diào)制變換器進(jìn)行改變電樞電壓的直流調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　4.2 選擇PWM控制系統(tǒng)的理由</p><p>　　脈寬調(diào)制器UPW采用美國硅通用公司（Silicon General）的第二代產(chǎn)品SG3525，這是一種性能優(yōu)良，功能全、通用性強(qiáng)的單片集成PWM控制器。由于它簡單、可靠及使用方便靈活，大大簡化了脈寬調(diào)制器的設(shè)計(jì)及調(diào)試，故獲得廣泛使用。<

82、;/p><p>　　PWM系統(tǒng)在很多方面具有較大的優(yōu)越性：</p><p>　　1）PWM調(diào)速系統(tǒng)主電路線路簡單，需用的功率器件少。</p><p>　　2）開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗及發(fā)熱都較小。</p><p>　　3）低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍廣，可達(dá)到1：10000左右。</p><p>　　

83、4）如果可以與快速響應(yīng)的電動(dòng)機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)。</p><p>　　5）功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開關(guān)頻率適當(dāng)時(shí)，開關(guān)損耗也不大，因而裝置效率較高。</p><p>　　6）直流電源采用不可控整流時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。</p><p>　　所以，選擇PWM調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　

84、　4.3 選擇IGBT的H橋型主電路的理由</p><p><b>　　IGBT的優(yōu)點(diǎn)： </b></p><p>　　1）IGBT的開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小。 </p><p>　　2）在相同電壓和電流定額的情況下，IGBT的安全工作區(qū)比GTR大，而且具有耐</p><p>　　脈沖電流沖擊的能力。&

85、#160;</p><p>　　3）IGBT的通態(tài)壓降比VDMOSFET低，特別是在電流較大的區(qū)域。 </p><p>　　4）IGBT的輸入阻抗高，其輸入特性與電力MOSFET類似。 </p><p>　　5）與電力MOSFET和GTR相比，IGBT的耐壓和通流能力還可以進(jìn)一步提高，同時(shí)可保持開關(guān)頻率高的特點(diǎn)。 </p>

86、<p>　　在眾多PWM變換器實(shí)現(xiàn)方法中，又以H型PWM變換器更為多見。這種電路具備電流連續(xù)、電動(dòng)機(jī)四象限運(yùn)行、無摩擦死區(qū)、低速平穩(wěn)性好等優(yōu)點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)以H型PWM直流控制器為主要研究對(duì)象。</p><p>　　圖4—2 IGBT的H橋型主電路</p><p>　　Figure4-2 H-bridge of the main circuit IGBT</p>&l

87、t;p>　　4.4 采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)的理由 </p><p>　　1）同開環(huán)控制系統(tǒng)相比，閉環(huán)控制具有一系列優(yōu)點(diǎn)。在反饋控制系統(tǒng)中，不管出于什么原因（外部擾動(dòng)或系統(tǒng)內(nèi)部變化），只要被控制量偏離規(guī)定值，就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的控制作用去消除偏差。因此，它具有抑制干擾的能力，對(duì)元件特性變化不敏感，并能改善系統(tǒng)的響應(yīng)特性。由于閉環(huán)系統(tǒng)的這些優(yōu)點(diǎn)因此選用閉環(huán)系統(tǒng)。 </p><p&g

88、t;　　2）單閉環(huán)速度反饋調(diào)速系統(tǒng)，采用PI控制器時(shí)，可以保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)速度誤差為零。但是如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，如果要求快速起制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。這主要是因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照要求來控制動(dòng)態(tài)過程的電流或轉(zhuǎn)矩。另外，單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗干擾性較差，當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，必須待轉(zhuǎn)速發(fā)生變化后，調(diào)節(jié)作用才能產(chǎn)生，因此動(dòng)態(tài)誤差較大。 </p><p>　　在要求較高

89、的調(diào)速系統(tǒng)中，一般有兩個(gè)基本要求：一是能夠快速啟動(dòng)制動(dòng)；二是能夠快速克服負(fù)載、電網(wǎng)等干擾。通過分析發(fā)現(xiàn)，如果要求快速起動(dòng)，必須使直流電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過程中輸出最大的恒定允許電磁轉(zhuǎn)矩，即最大的恒定允許電樞電流，當(dāng)電樞電流保持最大允許值時(shí)，電動(dòng)機(jī)以恒加速度升速至給定轉(zhuǎn)速，然后電樞電流立即降至負(fù)載電流值。如果要求快速克服電網(wǎng)的干擾，必須對(duì)電樞電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。 </p><p>　　以上兩點(diǎn)都涉及電樞電流的控制，所以

90、自然考慮到將電樞電流也作為被控量，組成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　5 PWM調(diào)速系統(tǒng)的工作原理和組成</p><p>　　5.1 PWM調(diào)速系統(tǒng)的工作原理</p><p>　　目前，應(yīng)用較廣的一種PWM調(diào)速系統(tǒng)的基本電路如圖所示5—1所示。三相交流電源經(jīng)整流濾波變成電壓恒定的直流電壓，VT1～VT4為四只IGBT，工作在開關(guān)狀態(tài)，其中，處于對(duì)角線

91、上的一對(duì)開關(guān)管的柵級(jí)因接受同一控制信號(hào)而同時(shí)導(dǎo)通或截至。若VT1和VT4導(dǎo)通，則電動(dòng)機(jī)電樞上加正向電壓；若VT2和VT3導(dǎo)通，則電動(dòng)機(jī)電樞上加反向電壓。當(dāng)它們以較高的頻率（一般為2000Hz）交替導(dǎo)通時(shí)，電樞兩端的電壓波形如圖4—2所示。由于機(jī)械慣性的作用，決定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速的僅為此電壓的平均值。</p><p>　　圖5—1 PWM調(diào)速系統(tǒng)的基本主電路</p><p>　　Basic

92、primary circuit of Figure 5-1 PWM speed control system</p><p>　　圖5—2 電動(dòng)機(jī)電樞電壓的波形</p><p>　　Motor armature voltage waveform of Figure 5-2</p><p>　　設(shè)矩形波的周期為T,正向脈沖寬度為，并設(shè)導(dǎo)通占空比為D，則</p&g

93、t;<p><b>　　(5—1)</b></p><p>　　由圖5—2可求出電樞電壓的平均值為:</p><p><b>　?。?—2）</b></p><p>　　由式(5—1)可知，在T為常數(shù)時(shí)，人為地改變正脈沖的寬度以改變導(dǎo)通占空比，即可改變，達(dá)到調(diào)速的目的。當(dāng)時(shí)，，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為零；當(dāng)時(shí)，為正，電動(dòng)

94、機(jī)正轉(zhuǎn)，且在時(shí)，=,正向轉(zhuǎn)速最高；當(dāng)時(shí)，為負(fù)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，且在時(shí)，，反向轉(zhuǎn)速最高。連續(xù)地改變正脈沖的寬度，即可實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的無級(jí)調(diào)速。</p><p>　　5.2 PWM調(diào)速系統(tǒng)的組成</p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用了MCS-51系列單片機(jī)控制PWM信號(hào)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制的方法。設(shè)計(jì)中采用了專門的芯片組成了PWM信號(hào)的發(fā)生系統(tǒng)，此外，設(shè)計(jì)中還采用了芯片IR2110作為直流電

95、機(jī)調(diào)速功率放大電路的驅(qū)動(dòng)模塊，并且把它與延時(shí)電路相結(jié)合完成了在主電路中對(duì)直流電機(jī)的控制。另外，本系統(tǒng)中使用了測(cè)速發(fā)電機(jī)對(duì)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)過濾波電路后，將測(cè)量值送到A/D轉(zhuǎn)換器，并且最終作為反饋值輸入到單片機(jī)進(jìn)行PI運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)直流電機(jī)速度的控制。</p><p><b>　　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖：</b></p><p>　　圖5—3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖&l

96、t;/p><p>　　Figure 5-3 overall system design diagram</p><p>　　5.2.1 控制電路組成</p><p>　　1）8051單片機(jī)的組成</p><p>　?。?）8051單片機(jī)由CPU和8個(gè)部件組成，它們都通過片內(nèi)單一總線連接，其基本結(jié)構(gòu)依然是通用CPU加上外圍芯片的結(jié)構(gòu)模式，但在功能單

97、元的控制上采用了特殊功能寄存器的集中控制方法。其基本組成如下圖所示：</p><p>　　圖5—4 8051單片機(jī)的基本組成圖</p><p>　　Figure 5-4 8051 basic composition diagram</p><p>　?。?）CPU及8個(gè)部件的作用功能介紹如下：</p><p>　　中央處理器CPU：它是單片機(jī)

98、的核心，完成運(yùn)算和控制功能。</p><p>　　內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：8051芯片中共有256個(gè)RAM單元，能作為存儲(chǔ)器使用的只是前128個(gè)單元，其地址為00H—7FH。通常說的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器就是指這前128個(gè)單元，簡稱內(nèi)部RAM。</p><p>　　特殊功能寄存器：是用來對(duì)片內(nèi)各部件進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視的控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個(gè)特殊功能的RAM區(qū)，位于內(nèi)部RAM的高128個(gè)單元，其地

99、址為80H—FFH。</p><p>　　內(nèi)部程序存儲(chǔ)器：8051芯片內(nèi)部共有4K個(gè)單元，用于存儲(chǔ)程序、原始數(shù)據(jù)或表格，簡稱內(nèi)部ROM。</p><p>　　并行I/O口：8051芯片內(nèi)部有4個(gè)8位的I/O口（P0，P1，P2，P3），以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入輸出。</p><p>　　串行口：它是用來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其他設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。</p>&l

100、t;p>　　定時(shí)器：8051片內(nèi)有2個(gè)16位的定時(shí)器，用來實(shí)現(xiàn)定時(shí)或者計(jì)數(shù)功能，并且以其定時(shí)或計(jì)數(shù)結(jié)果對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。</p><p>　　中斷控制系統(tǒng)：該芯片共有5個(gè)中斷源，即外部中斷2個(gè)，定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷2個(gè)和串行中斷1個(gè)。</p><p>　　振蕩電路：它外接石英晶體和微調(diào)電容即可構(gòu)成8051單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列的時(shí)鐘電路。系統(tǒng)允許的最高晶振頻率為12MHz。</p&g

101、t;<p>　?。?）8051單片機(jī)引腳圖</p><p>　　圖5—5 單片機(jī)引腳圖</p><p>　　Figure 5-5 microcontroller pin map</p><p>　　2）單片機(jī)系統(tǒng)中所用其他芯片簡介</p><p>　?。?）地址鎖存器74LS373</p><p>　　7

102、4LS373片內(nèi)是8個(gè)輸出帶三態(tài)門的D鎖存器。其結(jié)構(gòu)如下圖所示：</p><p>　　圖5—6 74LS373芯片內(nèi)結(jié)構(gòu)</p><p>　　5-6 74LS373 chip Chart</p><p>　　當(dāng)使能端G呈高電平時(shí)，鎖存器中的內(nèi)容可以更新，而在返回低電平的瞬間實(shí)現(xiàn)</p><p>　　鎖存。如果此時(shí)芯片的輸出控制端OE為低，也即

103、是輸出三態(tài)門打開，鎖存器中的地址信息便可以通過三態(tài)門輸出。以下是其引腳圖：</p><p>　　圖5—7 74LS373芯片引腳圖</p><p>　　Figure 5-7 74LS373 chip pin map</p><p>　?。?）程序存儲(chǔ)器27128</p><p><b>　?、傩酒_</b></p

104、><p>　　圖5—8 27128芯片引腳圖</p><p>　　Figure 5-827128 chip pin map</p><p><b>　?、诠δ鼙?lt;/b></p><p>　?。?）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6264</p><p><b>　　①芯片引腳</b></p>

105、;<p>　　圖5—9 6264芯片引腳圖</p><p>　　Figure 5-96264 chip pin map</p><p><b>　　②芯片功能表</b></p><p>　　3）8051單片機(jī)擴(kuò)展電路及分析</p><p>　　圖5—10 8051單片機(jī)擴(kuò)展電路</p><

106、;p>　　Figure 5-10 8051 expansion circuit</p><p><b>　　接線分析</b></p><p>　　a.P0.7---P0.0：這8個(gè)引腳共有兩種不同的功能，分別使用于兩種不同的情況：</p><p>　?。?）8051不帶片外存儲(chǔ)器，P0口可以作為通用I/O口使用，P0.7---P0.0用于

107、傳送CPU的I/O數(shù)據(jù)。</p><p>　　（2）8051帶片外存儲(chǔ)器，P0.7---P0.0在CPU訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)先是用于傳送片外存儲(chǔ)器的低8位地址，然后傳送CPU對(duì)片外存儲(chǔ)器的讀寫數(shù)據(jù)。</p><p>　　b.P2.7---P2.0：這組引腳的第一功能可以作為通用的I/O使用。它的第二功能和P0口引腳的第二功能相配合，用于輸出片外存儲(chǔ)器的高8位地址，共同選中片外存儲(chǔ)器單元，但是并

108、不能像P0口那樣還可以傳送存儲(chǔ)器的讀寫數(shù)據(jù)。</p><p>　　c.P3.7---P3.0：這組引腳的第一功能為傳送用戶的輸入/輸出數(shù)據(jù)。它的第二功能作為控制用，每個(gè)引腳不盡相同，如下表所示：</p><p>　　VCC為+5V電源線，VSS為接地線。</p><p>　　ALE/：地址鎖存允許/編程線，配合P0口引腳的第二功能使用，在訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，8051C

109、PU在P0.7---P0.0引腳線上輸出片外存儲(chǔ)器低8位地址的同時(shí)還在ALE/線上輸出一個(gè)高電位脈沖，其下降沿用于把這個(gè)片外存儲(chǔ)器低8位地址鎖存到外部專用地址鎖存器，以便空出P0.7---P0.0引腳線去傳送隨后而來的片外存儲(chǔ)器的讀寫數(shù)據(jù)。在不訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，8051自動(dòng)在ALE/線上輸出頻率為1/6 fOSC的脈沖序列。該脈沖序列可以用作外部時(shí)鐘源或者作為定時(shí)脈沖源使用。</p><p>　　/ VPP：允許

110、訪問片外存儲(chǔ)器/編程電源線，可以控制8051使用片內(nèi)ROM還是片外ROM。如果=1，那么允許使用片內(nèi)ROM；如果=0，那么允許使用片外ROM。</p><p>　?。浩釸OM選通線，在執(zhí)行訪問片外ROM的指令MOVC時(shí)，8051自動(dòng)在線上產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖，用于片外ROM芯片的選通。其他情況下， 線均為高電平封鎖狀態(tài)。</p><p>　　RST/VPD：復(fù)位備用電源線，可以使80

111、51處于復(fù)位工作狀態(tài)。</p><p>　　XTAL1和XTAL2：片內(nèi)振蕩電路輸入線，這兩個(gè)端子用來外接石英晶體和微調(diào)電容，即用來連接8051片內(nèi)OSC的定時(shí)反饋電路。石英晶振起振后，應(yīng)能在XTAL2線上輸出一個(gè)3V左右的正弦波，以便于8051片內(nèi)的OSC電路按石英晶振相同頻率自激振蕩，電容C1、C2可以幫助起振，調(diào)節(jié)它們可以達(dá)到微調(diào)fOSC的目的。</p><p>　　5.2.2 PW

112、M信號(hào)發(fā)生電路設(shè)計(jì)</p><p>　　1）PWM信號(hào)發(fā)生電路設(shè)計(jì)</p><p>　　圖5—11 PWM信號(hào)發(fā)生電路</p><p>　　Figure 5-11 PWM signal generating circuit</p><p>　　PWM波可以由具有PWM輸出的單片機(jī)通過編程來得以產(chǎn)生，也可以采用PWM專用芯片來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)PWM波的

113、頻率太高時(shí)，它對(duì)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的功率管要求太高，而當(dāng)它的頻率太低時(shí)，其產(chǎn)生的電磁噪聲就比較大，在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)PWM波的頻率在18KHz左右時(shí)，效果最好。在本系統(tǒng)內(nèi)，采用了兩片4位數(shù)值比較器4585和一片12位串行計(jì)數(shù)器4040組成了PWM信號(hào)發(fā)生電路。</p><p>　?。?）兩片數(shù)值比較器4585，即圖上U2、U3的A組接12位串行4040計(jì)數(shù)輸出端Q2—Q9，而U2、U3的B組接到單片機(jī)的P1端口。只要改變

114、P1端口的輸出值，那么就可以使得PWM信號(hào)的占空比發(fā)生變化，從而進(jìn)行調(diào)速控制。</p><p>　?。?）12位串行計(jì)數(shù)器4040的計(jì)數(shù)輸入端CLK接到單片機(jī)C51晶振的振蕩輸出XTAL2。計(jì)數(shù)器4040每來8個(gè)脈沖，其輸出Q2—Q9加1，當(dāng)計(jì)數(shù)值小于或者等于單片機(jī)P1端口輸出值X時(shí)，圖中U2的（A>B）輸出端保持為低電平，而當(dāng)計(jì)數(shù)值大于單片機(jī)P1端口輸出值X時(shí)，圖中U2的（A>B）輸出端為高電平。隨

115、著計(jì)數(shù)值的增加，Q2—Q9由全“1”變?yōu)槿?”時(shí)，圖中U2的（A>B）輸出端又變?yōu)榈碗娖?，這樣就在U2的（A>B）端得到了PWM的信號(hào)，</p><p><b>　　它的占空比為：</b></p><p><b>　　(5—3)</b></p><p>　　那么只要改變X的數(shù)值，就可以相應(yīng)的改變PWM信號(hào)的占

116、空比，又根據(jù)</p><p><b>　　式(5—3)</b></p><p><b>　　式(3—4)</b></p><p>　　知改變占空比，可以改變電動(dòng)機(jī)電樞電壓的平均電壓，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。</p><p>　　使用這個(gè)方法時(shí)，單片機(jī)只需要根據(jù)調(diào)整量輸出X的值，而PWM信號(hào)由

117、三片通用數(shù)字電路生成，這樣可以使得軟件大大簡化，同時(shí)也有利于單片機(jī)系統(tǒng)的正常工作。由于單片機(jī)上電復(fù)位時(shí)P1端口輸出全為“1”，使用數(shù)值比較器4585的B組與P1端口相連，升速時(shí)P0端口輸出X按一定規(guī)律減少，而降速時(shí)按一定規(guī)律增大。</p><p>　　2）PWM發(fā)生電路主要芯片的工作原理</p><p><b>　　a.芯片4585</b></p>&l

118、t;p>　?。?）芯片4585的用途：</p><p>　　對(duì)于A和B兩組4位并行數(shù)值進(jìn)行比較，來判斷它們之間的大小是否相等。</p><p>　?。?）芯片4585的功能表：</p><p>　　（3）芯片4585的引腳圖：</p><p>　　圖5—12 芯片4858引腳圖</p><p>　　Figure