毕业设计（论文）-阻转矩负载计算机速度调节拖动系统软件设计.doc

阻转矩负载计算机速度调节拖动系统软件设计2010年6月摘 要本文是以阻转矩负载计算机速度调节拖动系统为研究对象,依据电机与电力拖动系统的基本理论，最终能够实现正向与反向分别平滑起动、提速、减速、停车的控制，并且能够应对紧急意外情况，实现过压停车、过热停车、堵转停车以及越限停车等。本设计应用三相异步电动机的机械特性中各种运转状态，并且采用转子电路内串联对称电阻进行调速和能耗制动的方法；其中主电路选用三相桥式全控整流电路。在本文的软件设计中应用C语言和Keil软件进行编程，并给出相应的程序流程图；在硬件的使用方面最大限度的使硬件结构达到最简，并且使软件功能实现最大化，因此系统的可靠性大大提高。关键词：阻转矩负载；计算机调速；转子串电阻；能耗制动AbstractThis paper is resistance torque load computer speed regulation system as the research object, motor and power system based on the basic theory, and finally to achieve positive and reverse respectively, speed reducer, smooth start-up and shutdown control, and can achieve unexpected emergency parking, overheating, over-voltage and parking, blocked the limited parking parking, etc.The design of the three-phase asynchronous motor used in the mechanical properties of operation condition, and adopts the rotor circuit are connected symmetric resistance within the speed and braking energy method, Among them main circuit choose three-phase bridge type all controlled rectifier circuit. In this paper the design of software application Keil software C language and programming, and gives the corresponding program flowchart, In the hardware using maximum to reach the hardware structure and software functions, Jane, thus realizing the maximization of system reliability greatly improved.Keywords: Group of torque; Computer control; The rotor string resistance; Breaking目 录第一章 绪论11.1 课题背景11.2 阻转矩的概述11.3 电力拖动技术的发展概况21.4 课题任务及要求4第二章 方案论证62.1整流电路62.1.1单向可控整流电路的工作原理62.1.2三相桥式全控整流电路82.2电机方案论证112.2.1 直流电动机的电力拖动分析112.2.2三相异步电动机的机械特性分析14第三章 电机调速系统软件设计263.1程序设计流程26第四章 软件的使用与介绍334.1软件编程介绍334.2 C语言的介绍与使用334.3 Keil软件的开发与介绍34第五章 结论36致 谢37参考文献38附录 程序清单39III第一章 绪论1.1 课题背景“拖动”就是应用各种原动机使生产机械特产生运动，以完成一定的生产任务。而用各种电动机作为原动机的拖动方式称为“电力拖动”。在运动方程式中，阻转矩与转速n的关系=f（n）即为生产机械的负载转矩特性。负载转矩的大小和多种因素有关。以车床主轴为例，当车床切削工作时，主轴转矩与切削速度、切削量的大小、工作直径、工作材料以及刀具类型等都有密切关系。根据统计，大多数生产机械的负载转矩特性可归纳为三种类型即恒转矩负载特性、通风机负载特性、恒功率负载特性。发电机在电路中用字母“G”表示。它的主要作用是利用机械能转化为电能，目前最常用的是，利用热能、水能等推动发电机转子来发电，随着风力发电技术的日趋成熟，风电也慢慢走进我们的生活。 变压器在有的书上称之为静止的电机。从电机的定义发现，这么说也有它的道理的。电机按工作电源种类划分可分为直流电机和交流电机；按工作原理划分可分为直流电动机、异步电机、同步电机；也可按运转速度划分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。异步电动机的转子转速总是略低于旋转磁场的同步转速，同步电动机的转子转速与负载大小无关而始终保持为同步转速。1.2 阻转矩的概述阻转矩又称“反抗性”转矩。大多数生产机械的负载转矩特性可归纳为三种类型即恒转矩负载特性、通风机负载特性、恒功率负载特性。所谓恒转矩负载，就是指负载转矩与转速n无关的特性，即当转速变化时，负载转矩保持常值。恒转矩负载多数是反抗性的，也有位能性的。反抗性恒转矩负载特性的特点是，恒转矩总是反对运动方向。属于这类特性的负载有金属的压延机构、机床平移机构。位能性恒值负载转矩则与反抗性的特性不同，它由拖动系统中某些具有位能的部件（如起重类型负载中的重物）造成，其特点是转矩具有固定的方向，不随速度方向改变而改变。上述两种类型负载变化的图形将在后面介绍。通风机负载的转矩与转速大小有关，基本上与转速的二次方成正比。属于通风机负载的生产机械有离心式通风机、水泵油泵等，其中空气水油等介质对机器叶片的阻力基本上和转速的二次方成正比。恒功率负载特性，一些机床，如车床，在粗加工时，切削量大，切削阻力大，此时开低速；在精加工时，切削量小，切削力小，往往开高速。因此，在不同转速下，负载转矩基本上与转速成反比。 可见，切削功率基本不变负载转矩与n的特性曲线呈现恒功率的性质。必须指出实际生产机械的负载转矩特性可能是以上几种类型的综合。例如，实际通风机除了主要是通风机负载特性外，由于其轴承上还有一定的摩擦转矩，因而实际通风机负载特性应为又如机床刀架等机构在平移时，负载的特性基本上是反抗性恒转矩负载，但从静止状态起动及当转速还很低时，由于润滑油还没有散开，静摩擦系数搅动摩擦系数大，摩擦阻力较大。另外当传动机构旋转时，有一些油或风的阻力，通常带有通风机负载性质这导致在转速较高时，负载转矩会略见增高。电动机的机械特性和负载转矩特性两者绘制在同一个图上，成为分析电力拖动系统的重要工具，他们在某种配合下，其交点可能是稳态运行点。利用电动机与负载两种特性可以清楚的分析电力拖动系统的各种过渡过程，包括起动和制动过程。1.3 电力拖动技术的发展概况一般情况下，电力拖动系统装置可分为电动机、工作机构、控制设备及电源四个部分组成。电动机把电能转化成机械动力，用以拖动生产机械的某一工作机构。工作机构是生产机械为执行某一任务的机械部分。控制设备是由各种控制电机、电器自动化元件及工业控制计算机等组成的，用以控制电机的运动，从而对工作机构的运动实现自动控制。为了向电动机及一些电气控制设备供电，在电力拖动系统中必须设有电源部分。因为现代工业的电力拖动一般要求局部或全部的自动化,因此必然要与各种控制元件组成的自动控制系统联系起来.在这一系统中可对生产机械进行自动控制,如实现自动控制起动、制动、调速、同步,自动维持转速、转矩或功率为恒定值,按给定程序或事先不知道的规律改变速度、改变转向和工作机构的位置,以及使工作循环自动化等。随着电机及电器制造业以及各种自动化元件的发展，自动化电力拖动系统得到不断的更新与发展。20世纪30年代初，出现了发电机-电动机组，是调速性能优异的直流电动机得到了广泛应用。在直流电动机拖动系统中，由于电机、电器、自动化元件及电力电子器件的不断更新与发展，在上述发电机-电动机组的基础上，发展成为采用交磁电机扩大机、磁放大器、可控离子变流器及晶闸管整流器等组成的自动化直流电力拖动系统。目前晶闸管等直流自动电力拖动系统已得到广泛的应用，自动化的直流电力拖动成套设备正在向大容量的方向发展，并做到集中控制、集中监视。在自动化元件方面已有整套标准控制单元，控制装置集成化小型化、微型化，做到结构上组合安装积木化；微型化自动化装置可直接装于电动机机座上，做到与电动机一体化，节省专用的控制柜；设备可靠性高，维护简便，许多设备都可做到锁门运行，不需监视与维护。我国建国以来，电力拖动自动化技术的发展有很大成绩，建立了一些有一定电力拖动自动化水平的工厂，成立了一批科研与设计机构。但与国外相比，差距还比较大。目前正在急起直追，主攻成套，狠抓基础，开展一些关键技术的研究。如电力拖动自动化成套技术，它应用系统工程学理论与计算机对工业自动化系统以及成套设备的技术经济指标进行全面的分析研究，使系统各组成部分安全系统要求的最佳方式工作，达到全系统和整个整套设备综合技术指标最佳。随着近代电力电子技术和计算机技术的发展以及现代控制理论的应用，电力拖动正向着计算机控制的生产过程自动化方向迈进。在一些现代化工厂里，力求做到从原料进厂到产品出厂都是自动化或半自动化的，而且达到高速、优质、高效率生产。我国电力拖动系统与国外的发展情况相同，一些工厂企业的生产过程从单机、局部自动化发展到全盘综合自动化，已出现大批自动生产线。一些自动化车间和自动化工厂也已。与直流电动机相比，交流电动机具有结构简单、价格便宜、维护方便、转动惯量小等一系列优点，单机功率比直流电机高得多，电压容易做成高压，还能实现高速运转。随着生产的发展，对电机拖动系统及多电机拖动系统提出了更高的要求，如要求提高加工精度与工作速度，要求快速起动、制动及逆转，实现在很宽的范围内调速及整个生产过程自动化等。要完成这些任务，除电动机外，必须有自动控制设备，以组成自动化的电力拖动系统。1.4 课题任务及要求本次设计的任务是阻转矩负载计算机速度调节拖动系统的软件设计。 框图如下所示 根据图1，请（1）根据题目的给定及系统功能，确定系统应用软件的功能覆盖；（2）完成应用软件系统的设计。图2 给出了该系统工作的四个象限示意图。基本要求如下 （1）设第一象限为正向电动状态。通过软件的运行，实现能实现正向平滑起动、提速、减速、停车的控制； （2）设第三象限为反向电动状态。通过软件的运行，实现反向平滑起动、提速、减速、停车的控制。 （3）为了应对紧急意外情况，可通过软件控制，实现过压停车、过热停车、堵转停车以及越限停车等功能。 （4）软件功能应该实现最大化、性能可靠的特点；应与硬件联合调试通过；图2 电动机机械特性象限示意图第二章 方案论证2.1整流电路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，应用十分广泛，电路形式多种多样，各具特色。可从各种角度对整流电路进行分类，主要分类方法有：按组成器件可分为不可控、半控、全控三种；按电路结构可分为桥式电路和零式电路；按交流输入相数分为单相电路和多项电路；按变压器二次侧电流的方向是单项或双向，又分为单拍电路和双拍电路。下面分别对于单相可控整流电路和三相可控整流电路进行论证2.1.1单向可控整流电路的工作原理单相桥式全控整流电路工作原理单相整流电路中应用较多的是单相桥式全控整流电路。下面是带阻感负载的工作情况，为了便于讨论，假设电路已工作于稳态。在u2正半周期，触发角处给晶闸管VT1和VT4加触发脉冲使其开通，ud=u2负载中有电感存在使负载电流不能突变，电感对负载电流起平波作用，假设负载电感很大，负载电流id连续且波形近似为一水平线。u2过零变负时，由于电感的作用晶闸管VT1和VT4中仍流过电流id ，并不关断。至t=+时刻，给VT2和VT3加触发脉冲，因VT2和VT3本已承受正电压，故两管导通。VT2和VT3导通后，u2通过VT2和VT3分别向VT1和VT4施加反压使VT1和VT4关断，流过VT1和VT4的电流迅速转移到VT2和VT3上，此过程称为换相，亦称换流。至下一周期重复上述过程，如此循环下去，波形如图21所示，这个电路的特点是要有电流通过阻感性电阻RL，必须有晶闸管VT1和VT3或VT2和VT4同时导通，由于晶闸管的单向导电性能，尽管u2是交流，但是通过阻感性电阻RL的电流id始终是单方向的直流电。如果控制角=90，整流输出电压ud的正负半周期面积相等，整流输出电压的平均值为0。并且若90，在u2的半周范围内，触发VT1和VT3或VT2和VT4，晶闸管能够导通，但是晶闸管的导通角减小，而ud的正负半周面积相等，ud的平均值都为0，因此电感性负载时，控制角的有效移相控制范围为090 图21 单相桥式全控整流电流带阻感负载是的电路及波形其中， 的平均值为 当=0时，Ud =0.9 U2 。=90时，Ud =0。角的移向范围为90。单相桥式全控整流电路带阻感负载是波形如图21所示，晶闸管导通角与无关，均为180。其中，输出平均电流Id： 变压器副边绕组电流有效值I2： 流过晶闸管的电流有效值IT： 2.1.2三相桥式全控整流电路目前在各种整流电路中,应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路,其原理图如图 22所示 ,习惯将其中阴极连接在一起的3个晶闸管称为共阴极组；阳极连接在一起的3个晶闸管称为共阳极组。此外，习惯上希望晶闸管按从1到6的顺序导通，为此将晶闸管按图示的顺序编号，即共阴极组中的与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT1、VT3、VT5，共阳极组中与a、b、c三相电源相接的分别是 VT4、VT6、VT2。从后面分析可知，按此编号，晶闸管的导通顺序为 VT1VT2VT3VT4 VT5 VT6 。下面分析的是带电阻负载时的工作情况。可以采用与分析三相半波可控整流电路时类似的方法，假设将电路中的晶闸管换成二极管，这种情况就相当于晶闸管触发角=0o时的情况。此时，对于共阴极组的3个晶闸管，阳极所接交流电压值最高的一个导通。而对于共阳极组的3个晶闸管，则是阴极所接交流电压值最低的一个导通。这样，任意时刻共阳极组和共阴极组各有1个晶闸管处于导通状态，施加于负载上的电压为某一线电压。此时电路工作波形如图23所示。=0o时，各晶闸管均在自然换相点处换相。由图中变压器二次绕组相电压与线电压波形的对应关系看出，各自然换相点既是相电压的交点，同时也是线电压的交点。在分析波形时，既可从相电压波形分析，也可以从线电压波形分析。从相电压波形看，以变压器二次侧的中点n为参考点，共阴极组晶闸管导通时，整流输出电压 为相电压在正半周的包络线；共阳极组导通时，整流输出电压 为相电压在负半周的包络线，总的整流输出电压是两条包络线间的差值，将其对应到线电压波形上，即为线电压在正半周的包络线。直接从线电压波形看，由于共阴极组中处于通态状态的晶闸管对应的是最大的相电压，而共阳极组中处于通态的晶闸管对应的是最小的相电压，输出整流电压为这两个相电压相减，是线电压中最大的一个，因此输出整流电压波形为线电压在正半周期的包络线。为了说明晶闸管的工作情况，将波形中的一个周期分为6段，每段为60o,，如图23所示。6个晶闸管的导通顺序为VT1VT2VT3VT4 VT5 VT6。图22 三相桥式全控整流电路图23三相桥式全控整流电路波形图通过以上分析可知，在090范围内负载电流连续，负载上承受的是线电压，设其表达式为uAB超前于相电压uA30设其表达式为uAB=U2,而线电压uAB超前于相电压uA300，在内积分，上、下限为和 因此当控制角为时，整流输出的电压平均值为 当=0时，Ud为最大值；当时，Ud为最小值，因此三相全控桥式整流电路带大电感负载的移相范围为。负载电流平均值为三相全控桥式整电路中，日闸管换流只在本组内进行，每隔换流一次，即在电流连续的情况下，每个晶闸管为导通角。因此流过晶闸管的电流平均值和有效值分别为整流变压器二次侧正、负半周内均有电流流过，每半周期内流通角为，故变压器二次电流有效值为晶闸管承受的最大电压为综上所述，采用的电路是三相桥式全控整流电流2.2电机方案论证2.2.1 直流电动机的电力拖动分析他励直流电动机的的电路原理图如图24所示。图中为了起到调节磁通的作用，因此在图中励磁电路中串联一调节电阻，以调节励磁电流达到目的。UnTU图24 直流他励电动机电路原理电动机的机械特性值指电动机的转速n与转矩T的关系Error! No bookmark name given.。机械特性是电动机力学性能的组要表现，它与运动方程相联系，将决定拖动系统稳定运行及过渡过程的工作情况。必须指出，机械特性中的转矩T是电磁转矩，它与电动机轴上的输出转矩差一个空载转矩，当电动机工作在电动状态时。在运动方程中，已将作为负载转矩，则T应为轴上拖动转矩即，它与机械特性上的电磁转矩不同，比后者小。在运动方程式中，将T视作电磁转矩，则为负载转矩与空载转矩之和。由于一般情况下空载转矩占转矩TA或之比较小，在一般工程计算中可以略去，而粗略地认为电磁转矩T与轴上的输出转矩相等。(1). 固有机械特性与人为机械特性当他励电动机电压U及磁通均为额定值及,电枢没有串联电阻时的机械特性称为固有机械特性。其方程式为,固有机械特性如图27所示，由于较小，直流电机的固有特性较硬。图25直流电机固有机械特性人为机械特性可用改变电动机参数的方法获得，他励直流电动机一般可分为三种。A.电枢串联电阻时的人为机械特性B.改变电压是的人为机械特性C.减弱电机磁通时的人为机械特性 (2).电力拖动的稳定运行条件上面已经分析了生产机械负载转矩特性与电动机的机械特性，下面论述这两种特性的配合情况。 在机械生产运行时，电动机的机械特性与生产机械的负载转矩特性是同时存在的。在电力拖动运动方程式中以指出，当转矩方向相反、大小相等时而互相平衡时，转速为某一稳定值，拖动系统处于稳定状态，或称静态。 如负载增大，负载转矩特性和转矩增大，此时由于惯性，转速开始时不变，平衡状态被破坏，拖动系统进入动态减速过程，或称减速过渡过程状态。在减速过程中，转矩按其本身特性变化，减速过程结束时系统又转化为稳态，达到新的平衡，以新的转速稳定运行。由此可见，稳态下电动机发出转矩的大小是由负载转矩的数值所决定的。如果电动机的机械特性与负载转矩特性具有交点，则电力拖动系统可能稳定运行。但必须指出，如果交点处两特性配合情况不好，运行也有可能不好。这就是说，两种特性有交点仅是稳定运行的必要条件，但还不够充分。充分条件是：如果电力拖动系统原在交点处稳定运行，由于出现某种干扰作用，使原来的转矩的平衡变得不平衡，电动机转速便稍有变化，这是当干扰消除后，拖动系统必须有能力使转速恢复到原来交点处的数值。电力拖动系统如能满足这样的特性配合条件，则该系统是稳定的，否则是不稳定的。2.2.2三相异步电动机的机械特性分析1. 三相异步电动机的三种表达方式与上面论述的直流电动机相同,三相异步电动机的机械特性也是指其转速与转矩间的关系n=f(T),其表达式有三种形式：（1） 物理表达式：三相异步电动机的转矩公式形式：式中 表示异步电动机的转矩系数 表示异步电动机的每极磁通 表示转子电流的折算值 表示转子电路的功率因数 (2).参数表达式：物理表达式不能直接反映异步电动机转矩与电动机一些参数间的关系，为此必须进一步推导出机械特性的参数表达式，即 按参数表达式的形式即可绘制异步电动机的机械特性，如图26所示，显然其形状与按物理表达式绘制出的曲线n=f(T)是一样的。机械特性方程式为二次方程式，故在某一转差率时，转矩有一最大值，称为异步电动机的最大转矩。图26 异步电动机的机械特性如图26所示。在参数表达式中，使dT/ds=0,可求出产生时的转差率又因通常可得通过以上公式可见：1）当电动机各参数及电源频率不变时，与成正比，则保持不变，与无关。2）当电源频率及电压不变时，与近似的与成反比。3）与无关，则与成正比。除了外，异步电动机还有另一个重要参数，即起动，它是异步电动机接至电源开始起动时的电磁转矩，此时s=1（n=0），代入参数表达式中得由上式可见，对于绕线转子异步电动机，转子电路串联附加电阻（即加大），便能改变，从而可改善起动特性。(3).实用表达式上述参数表达式，对于分析T与电动机参数间的关系，进行某些理论分析，是非常有用的。但是由于在电动机产品目录中，定子及转子的参数是查不到的，因此，用参数表达式以绘制机械特性或进行分析计算是很不方便的，为此，出现了下面的实用表达式。即， 综上所述，上述三种异步电动机的机械特性的表达式，其应用场合各有不同。一般物理表达式适用于定性的分析T与及间的关系；参数表达式可用以分析各参数变化对电动机运行性能的影响；实用表达式最适于用以进行机械特性的工程计算。2. 三相异步电动机的固有机械特性固有机械特性是指异步电动机工作在额定电压及额定功率下，电动机按规定的接线方法接线，定子及转子电路中不外接电阻（电抗或电容）时所获得的机械特性曲线n=f（T）。三相异步电动机的固有机械特性如图27所示，为了描述其特点，下面着重研究几个反应电动机工作的特殊运行点，即 （1）A: 起动点 特点是：n=0；T=；起动电流=(47)。（2）B：额定工作点 特点是：n=；T=；I=。（3） H：同步速点特点是：n=，T=0，=。H点是电动状态与回馈制动状态的转折点。（4）P和点：最大转矩点P：电动状态的最大转矩点 特点是：T=，s=：回馈制动状态最大转矩点 特点是：T=，s=。在回馈制动时异步电动机的过载能力较电动状态时大，只有当忽略时，两者才相等。图27 三相异步电动机的固有机械特性3. 三相异步电动机的人为机械特性由三相异步电动机的机械特性参数表达式可见：异步电动机电磁转矩T的数值是由某一转速n（或s）下的电源电压、电流频率、定子极对数p、定子及转子电路的电阻及电抗（、）决定的。因此人为的改变这些参数，就可得到不同的人为机械特性。下面是改变某些参数时人为机械特性的变化：（1）降低当供电电压降低时，最大转矩及起动转矩与成正比地降低；与的降低无关即其保持不变，由于同步转速=60，因此保持不变。降低的人为机械特性，可在固有机械特性的基础上绘制，在不同转速处，固有机械特性上的转矩值乘以电压变化的百分数的二次方，即得人为机械特性上对应的转矩值。下面分析降低电网电压对电动机运行的影响。如果电网电压由于某种原因降低，负载保持额定值不变，电动机既不能连续长期运行，否则会影响电动机寿命甚至可能烧坏，且电动机如果长时连续运行，最终升温将超过允许值，导致电动机寿命缩短，甚至烧坏。（2）转子电路串联对称电阻在绕线转子电动机的转子电路中，三相分别串联同样大小的电阻,此时，不变，也不变；随的增大而增大；值将改变，一开始随增大而增加，一直增大到时，=，如继续增大，将开始减小。转子电路串联对称电阻适用于绕线转子异步电动机的起动，也可用于调速，其人为机械特性如图28所示。 图28转子电路内串联对称电阻时的人为机械特性（3）定子电路串联对称电抗在定子电路的三相中分别串联对称电抗，不变，、随所串电抗值的增大而减小。定子电路串联对称电抗一般用于笼型异步电动机的减压起动，以限制电动机的起动电流。（4）转子电路接入并联阻抗图29中所示是在绕线转子异步电动机转子电路每相接入电抗器与电阻的并联电路。这样，在电动机加速过程中，当转子频率s变化时，在转子电路中的两个并联支路之间，电流将进行重新分配。在启动初期，当转子频率相当大时，电抗器的感抗较大，转子电流的大部分将流过电阻。这个电阻实际上决定了起动电流和起动转矩。当转子逐渐加速而转子频率逐渐降低时，也随之减小，这时大部分的转子电流将开始流过电抗器。在起动结束时，转子频率将变得很小，的值很小，因而几乎全部转子电流将流过电抗器，近乎将电阻短路。由于转子电路参数可变，如果参数配合恰当，电动机在整个加速过程中可以产生几乎恒定的转矩，在图29中绘制出了其人为机械特性。转子电路接入并联阻抗又能限制起动电流，在起动级数最少的情况下，保证电动机平滑地加速。图29转子接入并联阻抗的电路图与人为机械特性最后，综合上述方法后，本设计采用了转子电路串联对称电阻的方法进行调速。4. 三相异步电动机的各种运转状态与直流电动机相同，三相异步电动机也可工作于两大运行状态，即电动运行状态和制动运行状态。（1） 电动运转状态电动运行状态的特点是电动机转矩的方向与旋转的方向相同，如图210所示，是电动状态下电动机在第一象限及第三象限的机械特性，第三象限相当于电动机工作在逆向电动状态。在电动状态工作时，电动机由电网吸取电能，变换成机械能以带动负载。 图210电动状态下异步电动机的机械特性（2） 三相异步电动机的反转从三相异步电动机的工作原理可知，电动机的旋转方向取决于定子旋转磁场的旋转方向。因此只要改变旋转磁场的旋转方向，就能使三相异步电动机反转。如图211所示，是利用控制开关SA来实现电动机的正、反转原理图线路图。当SA向上合闸时，接U相，接V相，接W相，电动机正转。当SA向下合闸时，接U相，接V相，接W相，即将电动机任意两相绕组与电源接线互调，则旋转磁场反向，电动机跟着反转。 图211 异步电动机正反转原理接线图（3）三相异步电动机的制动运转状态与直流电动机相同，异步电动机也可工作于回馈制动、反接制动及能耗制动三种制动状态。其共同的特点是电动机转矩与转速的方向相反，以实现制动。此时电动机由轴上吸收机械能，并转换为电能1）回馈制动状态当异步电动机由于某种原因，例如位能性负载的作用，使其转速高于同步速，转差率，转子感应电势反向，转子电流的有功分量也反向，而转子电流的无功分量方向则不变，由相量图可以看出，定子电流也相应改变，和间的相位差角，此时定子功率为负，即定子绕组将电能回馈电网。同时转差率，电磁转矩，电磁转矩的方向和转向相反，在转子轴上产生制动转矩。综上所述，当转速高于同步速时，电动机处于回馈制动运行状态。回馈制动状态一般用于位能性负载下放，以获得稳定的下放速度，或异步电动机变极调速由少极数变为多极数时发生。当电动机的制动转矩与负载位能转矩 相平衡时，电动机及稳定运行。如在转子电路中串联电阻，可得人为机械特性，并可得到不同的稳定转速。串联的电阻值越大，稳定转速越高。一般在回馈制动时不串电阻，一面转速过大。异步电动机在回馈状态一般可用于位能负载下放，已获得稳定的下放速度。回馈制动还能发生在异步电动机定子由少数对数换成多极对数时，因定子换接前极对数小，电动机的转速高，它将大于换接后的同步转速，电动机将进入回馈制动状态。 2)反接制动状态实现反接制动可有转速反向和定子两相反接两种方法,下面是这两种方法的具体分析:A. 转速反向的反接制动 与直流电机相似,异步电动机转子电路串联较大电阻时，接通电源，电动机起动转矩的方向与重物G产生的负载转矩方向相反，当时，在重物的作用下，迫使电动机反的方向旋转，并在重物下降的方向加速。此时转差率s为随着的增加，、及均增大，直到转矩增至，转速稳定为，此时重物以等速下降，图212中机械特性在第四象限的部分即异步电动机的反向的反接制动特性。这种制动与前述回馈制动一样，可用于起重机的重物下放，这也属于一种稳定的制动状态时，它由轴上输入机械功率，同时，定子又通过气隙向转子输送电功率，这两部分功率合起来消耗在转子电路的总电阻中。这种也属于稳定运行状态。图212 转速反向的反接制动时的异步电动机特性B. 定子两相反接的反接制动设异步电动机带动生产机械在原地电动状态下稳定运行，为了迅速停车或反向，可将定子两相反接，定子相序改变，旋转磁场方向也改变，从而得到与原转速方向相反的机械特性，工作点由A移向B，此时转子切割磁场的方向与电动状态时相反，的方向也改变了，此时转差率为下图213是异步电动机定子两相反接的机械特性在两相反接时，电动机的转矩为-T，与负载转矩共同作用下，电动机转速很快下降，这相当与图中机械特性的BC段。在转速为零的C点，如不切断电源，电动机即反向加速，进入反向的电动状态（对应特性CD段），加速到D点时，电动机将稳定运转，实现了电动机的逆转过程。定子两相反接的反接制动就是指机械特性的BC段。图213 异步电动机定子两相反接机械特性两相反接制动的优点是制动效果强，缺点是能量损耗大，制动制动准确度差，如果停车，还须用自动控制线路切断电源。它适用于生产机械的迅速停车与反向。与直流电动机相同，异步电动机带动位能负载时，则两相反接转速反向后，在图中D点不能稳定运转，而将继续加速。C能耗制动状态异步电动机原在图214所示的点运行，相应于图214电路图中闭合，断开。为了迅速停车，开关转换，即当断开，电动机脱离电网时，立即将接通，则在定子两相绕组中通入直流电流，在定子内形成一固定磁场。当转子由于惯性而仍在旋转时，其导体即切割该磁场，在转子中产生感应电动势和转子电流。根据左手定则，可以确定出转矩方向与转速方向相反，即为制动转矩。 能耗制动时的机械特性绘制于图214的第二象限。当转子内阻增加而直流励磁电流不变时，产生最大转矩时的转速也增加，但最大转矩保持不变，如图特性曲线的1与3所示，特性3对应于串联电阻较大时。当转子电路的串联电阻不变而直流励磁电流增加时，产生最大转矩时的转速不变，但最大转矩将增大，如图特性曲线的1与2所示，特性3对应串联电阻较大时。图214 异步电动机能耗制动的电路图及机械特性在能耗制动时，改变转子串联电阻或定子直流励磁电流的大小，均可调节制动转矩的数值。由机械特性曲线的形状可见，当电动机转速下降为零时，其制动转矩亦降为零，所以应用能耗制动能使生产机械准确停车。最后，综上所述，能耗制动是最终本设计选择的能更好达到停车的目的。 第三章 电机调速系统软件设计软件设计一般按下列步骤进行：先分析系统对软件的要求；然后在此基础上进行软件总体设计，包括程序整体结构设计和对程序进行模块化设计，模块化设计即将程序划分为若干个相对独立的模块；接着画出每一个专用模块的详细流程图，并选择合适的语言编写程序；最后按照软件总体设计时给出的结构框图，将各模块连接成一个完整的程序。在主程序的设计中要合理地调用各模块程序，特别注意各模块的入口、出口及对硬件的资源占用情况。本设计的软件部分包括主程序和子程序。主程序是根据电机的正反转的平滑起动、提速、减速、中断等待以及停车等一系列过程完成的。其中在提速时还需要注意是否达到预定速度，若未达到预定速度则需要提速之后再返回判断是否达到与定速度，反复此循环直到达到预定速度，若开始时即达到预定速度则可以直接继续进行下面的部分中断等待程序即执行中断服务程序，然后停车。其中子程序还包括判断意外情况的部分，本设计要求的是若有意外情况则需要停车，然后处理意外情况，意外情况都包括判断是否过热，若过热则进行过热处理；处理之后可以继续执行下面的判断即是否过压，若过压则进行过压处理；接着需要判断是否越限，若越限则进行越限处理；然后还要判断是否堵转，若堵转则进行堵转程序执行处理堵转情况；待处理完这些情况之后在进行下面部分，即判断是正转还是反转，在进行主程序的部分。因此主程序和子程序是相互照应进行的。子程序需要主程序的控制和指导，同样主程序需要子程序的过渡和承接。3.1程序设计流程在电机起动时开始启动子程序判断是正传还是反转，若正转则起用正转子程序，反之则起动反转子程序，首先以正转为例，起动子程序的流程图，其中第一步起动子程序后通过软件的运行按下相应按键，随即相应位置置位实现正转看正转速度是否达到预定速度，截至到此正转的子程序结束，而后面将启动另一阶段的子程序，同样反转子程序同正转子程序类似。由上面论述结合题目要求可知，在判断完是否是正转或反转之前有一个判断是否为意外情况，因为本文要求如果有意外情况比如过压、过热、越限、堵转的情况则需要停车处理然后电机再继续进行运转。所以，需要有一个意外情况的子程序流程图来指导软件运行上述流程图是基本的意外情况的流程图。但由于电机还需要继续运转所以意外情况必须要得到处理，然后才能继续进行，所以需要有一个处理意外情况的过程，即过压处理、过热处理、越限处理及堵转处理。在停车处理完这些意外之后再继续进行。因此，其流程图如图31所示。在判断是否为意外情况之后，进行正反转的判断，然后进行的是提速的过程，因为不管是正转还是反转都需要这个过程，所以提速过程是在正转反转以后进行。提速之前还需要判断是否以达到预定速度，若达到预定速度则进行中断等待，然后停车，若未达到预定速度则进行提速，提速到预定速度以后在进行中断等待。综上所述,上面的流程图结合以后得出主程序的流程图,如图32所示。开始是否过热Y过热处理N是否过压Y过压处理是否越限越限处理YNN 图31 意外情况流程图开始停车是否意外情况是否正向电动状态是否达到预定速度正向平滑启动取反向模型启动中断等待提速是是是否否否是图32 主程序流程图通过上述流程图和计算机系统框图分析编写程序主函数如下：void main() speed_set=200; /初始速度设定/count=100; init(); / 系统初始化 ，开定时器和中断 while(1) if(flag=1) /如果已经按下启动按钮 pid(); pwm_set(); else pwm_1=1; pwm_2=1; display(qian,bai,shi,ge);/数码管显示速度 /*外部中断0中断处理子程序，对由速度传感器发来的脉冲数进行计数测量其频率*/void ext0() interrupt 0count+; /*定时器0中断处理子程序，每隔一分钟测一次电压和温度如果出现故障执行相应的处理子程序*/void time0() interrupt 1TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256; /定时器设定50毫秒定时初值i+;if(i=5) /经过6次中断，即6*50得到1分钟 speed_now=count;/每分钟的旋转次数count=0;i=0; readtem();/读取温度值 readpress();/读取电压 switch(Flag_guzhang) case 1: guore_pro();break; /过热处理子程序 case 2: guoya_pro();break; /过压处理子程序 case 3: duzhuan_pro();break: /堵转处理子程序 case 4: yuexian_pro();break; /越限处理子程序 default： break; /*外部中断1，判断按键，是正转启动还是反转启动*/void ext1() interrupt 2if(off_on=0)flag=!flag; /启动标志位 flag=1为启动；flag=0为停止if(direction=0)phase=!phase; /phase为正反转标志，1为正转； /*定时器1，产生pwm时基脉冲，pwm周期为period_pwm*/ void time1() interrupt 3period+;if(periodperiod_pwm)period=0;if(periodspeed_pwm_set)pwm_1=0;else pwm_1=1;第四章 软件的使用与介绍4.1软件编程介绍本文是阻转矩负载计算机速度调节拖动系统软件设计,因此,本设计的核心是软件部分的使用,下面针对软件部分进行一些详细的介绍。软件设计是技术的关键，简洁的硬件配置是靠软件来支撑的，软件编制一般按功能来划分，做到标准化、模块化，并便于功能的扩充。对现场的信息参数宜编制独立的参数模块，以便于在运行中修改。汇编语言可以直接对硬件进行操作，例如，对内存地址的操作、位操作等，编程需要对单片机硬件资源相当了解熟悉。由于单片机各方面资源有限，所以程序规模较小，资源使用应该紧凑，其编程就较困难，周期长，同时程序的可读性和可移植性、维护性都比较差，其优点是实时性强。4.2 C语言的介绍与使用C语言是一种编译型程序设计语言，它兼顾了多种高级语言的特点，并具备汇编语言的功能。用C语言来编写目标系统软件，会大大缩短开发周期，且明显地增加软件的可读性，便于改进和扩充，以研制出规模更大、性能更完备的系统。用C语言进行单片机程序设计是单片机开发与应用的必然趋势。单片机的程序设计应该以C语言为主，以汇编语言为辅。汇编语言掌握到只要可以读懂程序，在时间要求比较严格的模块中进行程序的优化即可。采用C语言也不必对单片机和硬件接口的结构有很深入的了解，编译器可以自动完成变量的存储单元的分配，编译者就可以专注于应用软件部分的设计，大大加快软件的开发速度。采用C语言可以很容易地进行单片机的程序移植工作，有利于产品中单片机的重新选型。C语言有如下优点：（1）对单片机的指令系统不要求了解，仅要求对单片机的存储器结构有初步了解；（2）寄存器的分配、不同存储器的寻址及数据类型等细节可有编译器管理；（3）程序有规范的结构，可分为不同的函数，这种方式可使程序结构化；（4）具有将可变的选择与特殊操作组合在一起的能力，改善了程序的可读性；（5）关键字及运算函数可用近似人的思维过程方式使用；（6）编程及程序调试时间显著缩短，从而提高效率；（7）提供的库包含许多标准子程序，具有较强的数据处理能力；（8）已编号的程序可容易地植入新程序，因为C语言具有方便的模块化编程技术。因此用C语言作为主语言，调用汇编语言编写子模块，二者相互结合，可以提高程序执行速度和效率，达到事半功倍的效果。如需快速控制时，可用汇编语言，如采样，A/D转换等；而用C语言编写数据处理程序及人机界面程序，可以充分利用C语言的库函数。4.3 Keil软件的开发与介绍随着单片机开发技术的不断发展，从普通实用汇编语言到逐渐实用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展。Keil是目前最流行的51单片机开发软件。Keil提供了以个集成开发环境（IDE:Integrated Development Environment）Vision,它包括了C编译器、宏编译器、连接器、库管理和以个功能强大的仿真调试器。这样在开发应