单相斩控式交流调压电路课程设计.doc

河南机电高等专科学校 课程设计 单相斩控式交流调压电路 系 部: 自动控制系 专 业: 生产过程自动化 班 级: 过 131 姓 名: 学 号: 131416140 指导老师: 成 绩: 二零一五年七月 编编 号号 摘摘 要要 调速系统是当今电力拖动自动控制系统中应用最广泛的一中系统。目前对调 速性能要求较高的各类生产机械大多采用直流传动，简称为直流调速。早在 20 世纪 40 年代采用的是发电机电动机系统，又称放大机控制的发电机电动机 组系统。这种系统在 40 年代广泛应用，但是它的缺点是占地大，效率低，运行 费用昂贵，维护不方便等，特别是至少要包含两台与被调速电机容量相同的电机。 为了克服这些缺点，50 年代开始使用水银整流器作为可控变流装置。这种系统缺 点也很明显，主要是污染环境，危害人体健康。50 年代末晶闸管出现，晶闸管变 流技术日益成熟，使直流调速系统更加完善。晶闸管电动机调速系统已经成为 当今主要的直流调速系统，广泛应用于世界各国。 近几年，交流调速飞速发展， 逐渐有赶超并代替直流调速的趋势。直流调速理论基础是经典控制理论，而交流 调速主要依靠现代控制理论。不过最近研制成功的直流调速器，具有和交流变频 器同等性能的高精度、高稳定性、高可靠性、高智能化特点。同时直流电机的低 速特性，大大优于交流鼠笼式异步电机，为直流调速系统展现了无限前景。单闭 环直流调速系统对于运行性能要求很高的机床还存在着很多不足，快速性还不够 好。而基于电流和转速的双闭环直流调速系统静动态特性都很理想。 关键字：调速系统 直流调速器 晶闸管 晶闸管电动机调速系统 abstract this paper proposes the use of a chopper-type mosfet ac voltage regulator. so that the regulator can regulate convenient, fast dynamic response, the harmonic less pollution, higher unit power factor and so on. for regulating and controlling the ac voltage, better performance and prospects. ac voltage ac refers to one kind into another with the same frequency, different voltage ac conversion. chopper control regulator - the switch in a power-off cycle times, cut into several small pieces of the input voltage, change the width or switch off the cycle segment to regulate the output voltage. that is to regulate the quality and impact of the output voltage through the power supply voltage regulator circuit cut control. chopping frequency, the higher the output voltage of the voltage harmonic frequency, the filter easier. when the chopper frequency is not an integer multiple of the frequency of the input power, the output voltage will produce harmonics. when low chopper frequency, harmonic content of more adverse impact on the load. ac chopper technology as a high-performance ac voltage regulator technology, in line with the high frequency power electronics technology, efficient and low-pollution trends, will gradually replace the phase control thyristor ac voltage regulator, the development of new devices will accelerate this process. keywords: chopping ac; regulator; chopping frequency; 目目 录录 第 1 章 绪论.1 1.1 直流电动机的调速方法.2 1.2 直流调速系统控制电源方式.2 1.2.1 pwm 变换器介绍2 1.3 选择 pwm 控制系统的理由.4 1.4 双闭环调速系统及静特性.5 1.4.1 双闭环调速系统的组成图5 1.4.2 稳态结构图和静特性5 1.4.3 控制系统动态性能分析7 1.5.系统的动态校正 9 第二章 相关参数计算10 2.1 设计参数准备10 2.2 asr 设计 .11 第三章 硬件设计12 3.1 双闭环直流脉宽调速系统的主电路设计13 3.1.1pwm 变换器.13 3.1.2 选择 igbt 的 h 桥型主电路的理由14 3.1.3 整流电路设计14 第四章 总结与心得体会18 第五章 参考文献19 致 谢.20 河南机电高等专科学校课程设计 1 第一章第一章 绪论绪论 在现代科学技术革命过程中，电气自动化在 20 世纪的后四十年曾进行了两 次重大的技术更新。一次是元器件的更新，即以大功率半导体器件晶闸管取代传 统的变流机组，以线形组件运算放大器取代电磁放大器件。后一次技术更新主要 是把现代控制理论和计算机技术用于电气工程，控制器由模拟式进入了数字式。 在前一次技术更新中，电气系统的动态设计仍采用经典控制理论的方法。而后一 次技术更新是设计思想和理论概念上的一个飞跃和质变，电气系统的结构和性能 亦随之改观。在整个电气自动化系统中，电力拖动及调速系统是其中的核心部分。 现代的电力拖动控制系统都是由惯性很小的晶闸管、电力晶体管或其他电力电 子器件以及集成电路调节器等组成的。经过合理的简化处理，整个系统一般都可 以用低阶近似。而以运算放大器为核心的有源校正网络（调节器），和由 r、c 等元件构成的无源校正网络相比,又可以实现更为精确的比例、微分、积分控制规 律,于是就有可能将各种各样的控制系统简化和近似成少数典型的低阶系统结构。 目前，随着大功率电力电子器件的迅速发展，交流变频调速技术已日臻成 熟并日渐成为实际应用的主流，但这并不意味着传统的直流调速技术已经完全退 出了实际应用的舞台。相反，近几年交流变频调速在控制精度的提高上遇到了瓶 颈，于是直流调速的优势就显现了出来。直流调速仍然是目前最可靠，精度最高 的调速方法。譬如在对控制精度有较高要求的造纸，转台，轮机定位等系统中仍 离不开直流调速装置，因此加强对直流调速系统的研究还是很有必要的。电动机 作为最主要的动力源和运动源之一，在生产和生活中占有十分重要的地位。电动 机的调速控制方法过去多用模拟法，随着单片机的产生和发展以及新型自关断元 器件的不断涌现，电动机的控制也发生了深刻的变化1。直流电动机控制技术是 一项以直流电动机作为机械本体，融入了电力电子技术、微电子技术、单片机控 制技术和传感器技术的多学科交叉机电一体化技术。单片机在电动机控制中的应 用使调速系统具有了数值运算、逻辑判断及信息处理的功能。 河南机电高等专科学校课程设计 2 1.11.1 直流电动机的调速方法介绍直流电动机的调速方法介绍 直流电动机的调速方法有三种： （1）改变电枢电阻（r）调速。 （2）改变电枢电压（u）调速。 （3）改变主磁通调速。 前两种调速方法主要适用于恒转矩负载，后一种调速方法适用于恒功率负载。 串电阻调速为有级调速，调速平滑性比较差，机械特性斜率增大，速度稳定性比 较差，受静差率的限制，调速范围比较小。改变电枢电压调速为无级调速，机械 特性斜率不变，速度稳定性好，调速范围比较大。改变主磁通调速，控制方便， 能量损耗比较小，调速平滑，但受最高转速限制，调速范围不大2。 对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以改变电枢电压调速方式 为最好。因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主要调节方式。 1.21.2 直流调速系统控制电源方式直流调速系统控制电源方式 比较常用的可以控制直流电源有以下三个： （1）静态控制整流器。使用静态可控整流得到一个可调的直流电压。 （2）直流斩波器或脉宽调制转换器。用不变的直流电源或者不可以控制的整流 电源提供能， 使用电力电子开关器件斩波器或脉宽调制，从而产生可以变化的直流电压。 （3）旋转变流机组。由交流电机和直流发电机组成单位，获得可调的直流电压。 旋转变流机组需要的设备多，体积大，费用高，效率低，安装需打地基，运行有 噪声，维护不方便。静止式可控整流器虽然克服了旋转变流机组的许多缺点，而 且还大大缩短了响应时间，但闸流管容量小，汞弧整流器造价较高，体积仍然很 大，维护麻烦，万一水银泄漏，将会污染环境，危害身体健康3。目前，采用晶 闸管整流供电的直流电动机调速系统，由于晶闸管的单向导电性，它不允许电流 反向，给系统的可逆运行造成困难。同时，其对过电压、过电流都十分敏感，容 易损坏器件。 由于以上种种原因，所以选择了脉宽调制变换器进行改变电枢电压的直流调速系 统。 1.2.1 pwm 变换器介绍变换器介绍 脉宽调速系统的主要电路采用脉宽调制式变换器，简称 pwm 变换器。pwm 变换器有不可逆和可逆两类。 河南机电高等专科学校课程设计 3 t 型电路由两个可控电力电子器件和与两个续流二极管组成，所用元件少， 线路简单，构成系统时便于引出反馈，适用于作为电压低于 50v 的电动机的可控 电压源；但是 t 型电路需要正负对称的双极性直流电源，电路中的电力电子器件 要求承受两倍的电源电压，在相同的直流电源电压下，其输出电压的幅值为 h 型 电路的一半。h 型电路是实际上广泛应用的可逆 pwm 变换器电路，它由四个可 控电力电子器件和四个续流二极管组成的桥式电路。如图 1-1 1-1 h 型电路 四个电力晶体管分为两组，vt1和 vt4为一组，vt2和 vt3为一组。同一组 中两个电力晶体管的基极驱动电压波形相同，即 ub1=ub4，vt1和 vt4同时导通 和关断；ub2=ub3，vt2和 vt3同时导通和关断。而且 ub1，ub4和 ub2，ub3相 位相反，在一个开关周期内 vt1vt4和 vt2，vt3两组晶体管交替地导通和关断， 变换器输出电压 uab 在一个周期内有正负极性变化。 由于电压 uab 极性的变化，使得电枢回路电流的变化存在两种情况，其电压、 电流波形如图1-2所示。 河南机电高等专科学校课程设计 4 图 1-2 由于本次设计要求电机能实现启动、制动、正反转，并且能进行无极调速等。 又根据双极式 h 型可逆 pwm 变换器具有的优点：电流一定连续，可以使电动机 实现四象限动行；电动机停止时的微振交变电流可以消除静摩擦死区；低速时由 于每个电力电子器件的驱动脉冲仍较宽而有利于折可靠导通；低速平稳性好，可 达到很宽的调速范围。 1.3 选择选择 pwm 控制系统的理由控制系统的理由 自从全控型电力电子器件问世以后，就出现了采用全控型的开关功率元件进 行脉宽调制的控制方式，形成了脉宽调制变换器-直流电动机调速系统，直流脉宽 调速系统，或直流 pwm 调速系统4。pwm 系统在很多方面有较大的优越性： （1）主电路线路非常简单，需要用到的功率器件比较少。 （2）开关频率比较高，电机损耗及发热都比较少，电流很容易连续，并且谐波 少。 （3）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗比较小，装置效率比较高。 （4）低速性能比较好，调速范围比较宽，稳速精度比较高。 （5）若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应比较快，动态抗干 扰能力强。 （6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。 由于有上述优点，直流 pwm 调速系统的应用日益广泛，特别是在中、小容 量的高动态性能系统中已经完全取代了其他调速系统，这是我们选取它作为研究 对象的重要原因。 河南机电高等专科学校课程设计 5 1.41.4 双闭环调速系统及其静态特性双闭环调速系统及其静态特性 1.4.11.4.1 双闭环调速系统的组成图双闭环调速系统的组成图 图 1-3 是转速、电流双闭环直流调速系统电路原理图。在此系统中设置了两 个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈，这是为 了实现转速和电流两种负反馈分别起作用。二者之间实行嵌套联接，或称串级联 接。 图 1-3 双闭环直流调速系统电路原理图 从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。这 就形成了转速、电流双闭环调速系统。 1.4.2 稳态结构图和静态特性稳态结构图和静态特性 由双闭环直流调速系统电路原理图可以很方便地画出稳态结构框图，如图 1- 4。 河南机电高等专科学校课程设计 6 图 1-4 双闭环调速系统静态结构图 这种 pi 调节器的稳态特征，一般存在两种状况：饱和和不饱和。输出如果达 到限幅值就是饱和，输出如果没有达到限幅值就是不饱和5。当输出为恒值，输 入量的变化不会再影响输出时，调节器处于饱和状态。当 pi 的作用使输入偏差电 压 u 在稳态时总是等于零时，调节器处于不饱和状态。 实际上，在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的因此，对于静特 性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况。如图 1-5。 河南机电高等专科学校课程设计 7 图 1-5 双闭环直流调速系统的静特性 1.4.3 控制系统动态性能分析控制系统动态性能分析 由于在起动过程中转速调节器 asr 经历了不饱和、饱和、退饱和三种情况， 整个动态过程就分成图中标明的、三个阶段：第一阶段是电流上升阶段， 第二阶段是恒流升速阶段，第三阶段是转速调节阶段。如图 1-6。 河南机电高等专科学校课程设计 8 图 1-6 启动过程电流转速波形 动态抗干扰性分析:一般来说，双闭环调速系统具有比较满意的动态性能， 对于调速系统，最重要的动态性能是抗扰性能。主要是抗负载扰动和抗电网电压 扰动。 1.抗负载扰动由双闭环直流调速系统的动态结构图上可以看出，负载扰动作 用在电流环之后，因此，只能靠转速调节器 asr 来产生抗负载扰动的作用。在 设计 asr 时，应要求有较好的抗扰性能指标。 2.抗电网电压扰动电网电压变化对调速系统也产生扰动作用。在双闭环系统 中，由于增设了电流内环，电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节，不 必等它影响到转速以后才能反馈回来，抗扰性能大有改善。因此，在双闭环系统 中由电网电波动引起的转速动态变化会小得多. 双闭环调速系统的静特性在负载电流小于 1dm 时，转速负反馈起主要调节作 河南机电高等专科学校课程设计 9 用，此时，系统表现为转速无静差。当转速调节器处于饱和输出时，负载电流达 到最大电流，电流调节器起主要调节作用，此时，系统表现为电流无静差6。 这就是采用了两个 pi 调节器分别形成内、外两个闭环的效果。这样的静特性 显然比带电流截止负反馈的单闭环系统静特性要好得多。 1.5 系统的动态校正系统的动态校正 pi 调节器设计转速、电流双闭环调速系统的动态结构图如图 1-7 所示： 1-7 双闭环直流调速系统的动态结构图 在设计闭环调速系统时，常常会遇到动态稳定性与稳态性能指标发生矛盾的 情况。为了使系统同时满足动态稳定和稳态指标两方面的要求，必须设计合适的 动态校正装置。在此调速系统中，由于其传递函数的阶次不是很高，采用 pid 调 节器的串联校正方案就可以完成动态校正的任务。由 pd 调节器构成的超前校正， 可提高系统的稳定裕度，并且具有足够的快速性，可是稳态精度却不高；由 pi 调 节器构成的滞后校正，可以保证稳态精度，但是快速性却不高；用 pid 调节器实 现的滞后超前校正则兼有二者的优点，可以全面提高系统的控制性能，但具体 的操作和调试却非常复杂7。一般的调速系统要求以动态稳定和稳态精度为主， 对快速性的要求可以差一些，所以主要采用 pi 调节器。系统设计的一般原则是： 先设计内环，后设计外环。在这里，首先设计电流调节器，然后把整个电流环看 作是转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器。 河南机电高等专科学校课程设计 10 第二章第二章 相关参数计算相关参数计算 2.1 设计参数准备设计参数准备 本次课程设计给出的初始条件： 直流电机参数：240v,37.5kw,1750r/min,点数电阻 ra=0.1113，电机过载倍 数 =1.5，lt=0.025s, t=0.15s。 主电路采用三相全控桥，进线交流电源：三相 380v。 河南机电高等专科学校课程设计 11 表 2-1 典型 i 型系统动态跟随性能指标和频域指标与参数的关系 2.2 asr 设计设计 按跟随和抗扰性能都能较好的原则,在负载扰动点后已经有了一个积分环节, 为了实现转速无静差,还必须在扰动作用点以前设置一个积分环节,因此需要由 设计要求，转速调节器必须含有积分环节，故按典型型系统选用设计 pi 调 节器。 选择 igbt 的 h 桥型主电路的理由 igbt 的优点： （1)igbt 的开关速度高，开关损耗小。 （2)在相同电压和电流定额的情况下，igbt 的安全工作区比 gtr 大，而且具有 耐脉冲电流冲击的能力。 （3)igbt 的通态压降比 vdmosfet 低，特别是在电流较大的区域。 （4)igbt 的输入阻抗高，其输入特性与电力 mosfet 类似。 （5)与电力 mosfet 和 gtr 相比，igbt 的耐压和通流能力还可以进一步提高， 同时可保持开关频率高的特点。 在众多 pwm 变换器实现方法中，又以 h 型 pwm 变换器更为多见。这种电路具备电流连续、电动机四象限运行、无摩擦死区、低 速平稳性好等优点。本次设计以 h 型 pwm 直流控制器为主要研究对象。 igbt 管的参数 igbt（insulated gate bipolor transistor）叫做绝缘栅极双极晶体管。这种器 件具有 mos 门极的高速开关性能和双极动作的高耐压、大电流容量的两种特点。 其开关速度可达 1ms，额定电流密度 100a/cm2，电压驱动，自身损耗小。其符 号和波形图如图 2.5 所示。设计中选的 igbt 管的型号是 irgpc50u,它的参数如 参数关系 kt 0.250.390.500.691.0 阻尼比 1.00.80.7070.60.5 超调量 0%1.5%4.3%9.5%16.3% 上升时间 ty 6.6t4.7t3.3t2.4t 峰值时间 tp 8.3t6.2t4.7t3.6t 相角稳定裕 度 y 76.369.965.559.251.8 截止频率 c 0.243/t0.367/t0.445/t0.596/t0.786/t 河南机电高等专科学校课程设计 12 下： 管子类型：nmos 场效应管 极限电压 vm：600v 第三章第三章 硬件设计硬件设计 本系统采用一个 8 位单片机 c8051f005 做主控制器。以 h 型双极性可逆 pwm 变换器为主回路核心，采用典型的双闭环调速原理组成 pwm 调速系统。 c8051f005 的 pca 提供 pwm 脉冲，给定的速度值、速度反馈值和电流反馈值可 以控制 pwm 脉冲。改变 pwm 脉冲的占空比可以改变 igbt 的输出电压，以此来改 变直流电动机的速度。由于 c8051f005 单片机内部有模/数、数/模转换模块，所 以直流测速机将速度值转化为电压值，然后直接由 a/d 转换通道变成数字量送入 单片机，从而实现转速检测。电流检测是通过霍尔效应电流传感器由 a/d 转换通 道变成数字量送入单片机。整流电路采用三相桥式全控整流电路。 当脉宽调速系统的电动机转速由高变低时（减速或者停车），储存在电动机 和负载转动部分的动能将变成电能，并通过 pwm 变换器回馈给直流电源。当直流 电源功率二极管整流器供电时，不能将这部分能量回馈给电网，只能对整流器输 出端的滤波电容器充电而使电源电压升高，称作“泵升电压”。过高的泵升电压 会损坏元器件，因此必须采取预防措施，防止过高的泵升电压出现。可以采用由 分流电阻 r 和开关元件（电力电子器件）vt 组成的泵升电压限制电路，如图 3-1 所示。 图 3-1 泵升电压限制电路 河南机电高等专科学校课程设计 13 当滤波电容器 c 两端的电压超过规定的泵升电压允许数值时，vt 导通，将 回馈能量的一部分消耗在分流电阻 r 上。这种办法简单实用，但能量有损失，且 会使分流电阻 r 发。 如图 3-1 所示，泵升电路由一个电容量大的电解电容、一个电阻和一个 vt 组 成。 泵升电路中电解电容选取 c=2000f；电压 u=450v；vt 选取 irgpc50u 型 号的 igbt 管；电阻选取 r=20 3.1 双闭环直流脉宽调速系统的主电路设计双闭环直流脉宽调速系统的主电路设计 3.1.1 pwmpwm 变换器变换器 脉宽调速系统的主要电路采用脉宽调制式变换器，简称 pwm 变换器。直流电 动机 pwm 控制系统分为不可逆和可逆系统。不可逆系统是指电动机只能单向旋转； 可逆系统是指电动机可以正反两个方向旋转。对于可逆系统，又可以分为单极性 驱动和双极性驱动两种方式。单极性驱动是指在一个 pwm 周期里，作用在电枢两 端的脉冲电压是单一极性的；双极性驱动是指在一个 pwm 周期里，作用在电枢两 端的脉冲电压是正负交替的。本设计采用双极性驱动可逆 pwm 变换器。 图 3-2 是 h 型双极性可逆 pwm 变换器原理图。它包含有 4 个 igbt 管和 4 个续流二极管。4 个 igbt 管分成两组，vt1，vt4 为一组；vt2，vt3 为另一组。 同一组的 igbt 管同时导通或截止，不同组的 igbt 管的导通与截止是不相同的。 图 3-2 h 型双极性可逆 pwm 变换器原理图 在每一个 pwm 周期里，当 p3.0 的控制信号为高电平时，开关管 vt1、vt4 导通，此时 p3.1 的控制信号为低电平，因此 vt2、vt3 截止；当 p3.0 的控制信 河南机电高等专科学校课程设计 14 号为低电平时，开关管 vt1、vt4 截止，此时 p3.1 的控制信号为高电平，因此 vt2、vt3 导通。 当直流电动机正转工作时，在每一个 pwm 周期的正脉冲区间，vt1、vt4 导 通，vt2、vt3 截止。在每一个 pwm 周期的负脉冲区间，vt2、vt3 导通， vt1、vt4 截止，电流的方向仍然不变，只不过电流幅值的下降速率比不可逆控 制系统的要大，因此电流的波动较大。 h 型双极式可逆 pwm 变换器的优点如下： （1）电流一定连续； （2）可使电动机在四象限运行； （3）电动机停止时有微振电流，从而可以消除静摩擦死区； （4）低速时，每个开关器件的驱动脉冲仍然比较宽，可以充分保证器件的可靠 导通； （5）低速时，平稳性好，系统的调速范围可达 1：20000 左右。 3.1.2 选择选择 igbt 的的 h 桥型主电路的理由桥型主电路的理由 绝缘栅双极晶体管（igbt）是由 mosfet 和 gtr 技术结合而成的复合型开 关器件。它也是三端器件，具有栅极 g、集电极 c 和发射极 e。选用 igbt 的理 由： （1）igbt 的开关速度高，开关损耗小。 （2）在相同电压和电流定额的情况下，igbt 的安全工作区比 gtr 大，而且具 有耐脉冲电流冲击的能力。 本设计中选用的 igbt 管的型号是 irgpc50u，它的参数如下： 管子类型：nmos 场效应管 极限电压 vm：600v 极限电流 im：27 a 耗散功率 p：200 w 额定电压 u：220v 额定电流 i：1.2a 3.1.33.1.3 整流电路设计整流电路设计 整流电路是电力电子电路中出现最早的一种，它将交流电变为直流电。本设 计采用三相桥全控整流电路，其原理图如图 3-3 所示，阴极连接在一起的 3 个晶 闸管（vt1、vt3、vt5）称为共阴极组；阳极连接在一起的 3 个晶闸管 （vt4、vt6、vt2）称为共阳极组。 河南机电高等专科学校课程设计 15 图 3-3 三相桥式全控整流电路原理图 这种整流电路的输出电压一周期脉动 6 次，每次脉动的波形完全相同，故该 电路为 6 脉动整流电路。 双极型 pwm 的实现 基于 c8051f005 单片机的 pwm 软件实现的重要硬件支撑是该单片机内部的 16 位可编程定时器/计数器阵列（pca）。在 c8051f005 内实现 pwm 的基本过程： 首先，由控制信号的变化范围和设定的脉冲频率 t，求出 t 时刻通过控制信号 v（t）的对应正、负脉冲的持续时间。通过给定时器赋与相应的初值从而得到正、 负脉冲在单片机里的时间长度，在机器周期的同步下，定时器会从这个初值的基 础上加 1 计数，如果产生了溢出中断就代表定时器已满，单片机上某一引脚相应 的正、负电平极性的持续时间就是由这个中断所响应的服务程序所控制的。只要 上述过程是持续进行的，就可以在这个引脚上获得宽度随控制信号 v（t）大小变 化的 pwm 方波信号。 通常单片机是单极型的，实际电平 0v 对应单片机的逻辑 0，实际电平+5 v 对应单片机的逻辑 1。一般来说，只能够将单极型的 pwm 脉冲信号从这种单片机 上输出。采用 c8051f005 结合软件编程实现双极型 pwm 控制的设计思想是这样 的：从 c8051f005 的一个引脚（p3.0） 得到正的单极型 pwm 信号输出，对另一个引脚（p3.1）做相应的设计和定 义，让它承担对应的负的单极型 pwm 信号的输出。即当调制 pwm 脉宽的误差信 号（这个信号是由电传感器及测速发电机采集后经过相关处理后得到的误差信号） 为正时，对应的 pwm 信号就从 c8051f005 单片机的一个引脚（p3.0）输出；当 河南机电高等专科学校课程设计 16 误差信号为负时，对应的 pwm 信号就从 c8051f005 单片机的另外一个引脚 （p3.1）输出，虽然这个输出信号的模拟电平也是正的，但是它反映的是负值的 误差信号所产生的 pwm 输出；当这两个引脚都没有输出时，表示误差信号是零。 通过对误差信号正负的定义和判别，再利用 c8051f005 单片机的两个引脚就实现 了双极型的 pwm。 直流测速发电机的输出是一个模拟量，当它与单片机接口时，必须经过 a/d 转换。由于 c8051f005 单片机内部集成了 a/d 转换器，它具有 812 位的转换精 度，因此，a/d 转换可以全部在片内完成，没有必要再外接 a/d 转换器。 直流测速发电机安装在被测电动机轴上，以与被测电动机相同的转速旋转。 测速发电机的输出电压通过 r2 和 c1 组成的滤波环节后，滤去测速发电机输出的 纹波，使之电位器 rw 两端的电压是稳定的直流电压。调整 rw 的位置，使测速 发电机在最大转速时，抽头所获得的电压为 2.4v，r1 用于限流。如图 3-4. 图 3-4 在直流电源的正极引线上安装有霍尔电流传感器 chb-50p，它由 15v 电源供 电，二次电流通过测量电阻形成电流反馈信号，霍尔电流传感器的另一端连接单 片机的 ain1 引脚。霍尔电流传感器 chb-50p 是磁平衡式电流传感器，即原边电 流在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈电流所产生的磁场进行补偿，其补 偿电流精确的反映原边电流，从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态。 系统调试 速度调节器(asr)和电流调节器(acr)的调零 把调节器的输入端 1、2、3 全部接地，4、5 之间接 50k 电阻，调节电位器 rp3，使 7 端输出绝对值小于 1mv。 河南机电高等专科学校课程设计 17 速度调节器(asr)和电流调节器(acr)的输出限幅值的整定 在调节器的 3 个输入中的其中任一个输入接给定，在 4.、5 之间接 50k 电阻、 1uf 电容，调节给定电位器，使调节器的输入为-1v，调节电位器 rp1，使调节器 的输出 7 为+4v（输出正限幅值）；同样把给定调节为+1v，调节 rp2，把负限 幅值调节为-4v。 零速度封锁器（dzs）观测 首先把零速封锁器的输入悬空，开关 s1 拨至“封锁”状态，输出接速度或 者电流调节器的零速封锁端 6，无论调节器的输入如何调节，输出 7 始终为零。 把面板上的给定输出接至零速封锁单元其中一路，另一路悬空，增大给定，测量 零速封锁单元输出端 3：给定的绝对值大于 0.26v 左右时，封锁端 3 输出-15v； 减小给定，给定的绝对值小于 0.17v 左右时，封锁端 3 输出+15v。把给定加到另 一路进行同样的操作。 转速反馈调节器、电流反馈调节器的整定 把电机、220v 直流电源接入系统， 系统接成开环。把正给定接入脉宽发生单元，调节给定，使转速稳定在 1600rpm，调节转速反馈调节器中的 rp1，使 3 端输出的