矿井提升机毕业论文.pdf

矿井提升机毕业论文矿井提升机毕业论文矿井提升机毕业论文矿井提升机毕业论文 题目 提升机交流调速系统设计 专业 机电一体化 2 提升机的电机调速系统设计提升机的电机调速系统设计提升机的电机调速系统设计提升机的电机调速系统设计 摘摘摘摘 要要要要 矿井提升机是采矿工业中联系井下与地面的主要运 输工具 用于竖井和斜井提升煤炭 矿石 矸石以及升降 人员 材料 工具和设备等 主轴装置采用剖分式 整体 式弹性结构卷筒 卷筒受力均匀 强度大 盘式制动器为 油缸后置式 动作灵活 无油污制动盘 安全可靠 具有 电气延时二级制动性能 并可在井口时自动解除 双筒提 升机设有径向齿块式调绳离合器 传动部位可配置行星减 速器或平行轴圆弧齿轮减速器 电气具有必须的各种电器 保护和连锁装置 根据要求提供动力制动 提升机在提升 和下降的过程中一直伴随着电动机的转速变化 其转速的 变化主要依靠电机调速系统 可以说电机调速系统在整个 提升机系统中起着至关重要的作用 3 目目目目 录录录录 第一章 概述概述概述概述 4 第二章第二章第二章第二章 提升机的交流调速提升机的交流调速提升机的交流调速提升机的交流调速 2 1 提升机交流调速的现状 5 2 2 用单片机控制的交流调速的原理 7 第三章第三章第三章第三章 提升机交流调速系统的设计提升机交流调速系统的设计提升机交流调速系统的设计提升机交流调速系统的设计 3 1 调速系统总体方案设计 15 3 2 提升机系统主回路的设计 16 3 3 元器件的选择 16 3 4 转差频率控制原理及调节器的设计 17 3 5 系统软件的设计 19 第四章第四章第四章第四章 pwmpwmpwmpwm 控制信号的产生及变换器的设计控制信号的产生及变换器的设计控制信号的产生及变换器的设计控制信号的产生及变换器的设计 24 五五五五 结束语结束语结束语结束语 26 参考文献 27 致谢 28 4 第一章第一章第一章第一章 概述概述概述概述 矿井提升机是矿井井下和地面的工作机械 是一种大 型绞车 用钢丝绳带动容器 罐笼或箕斗 在井筒中升降 完成输送物料和人员的任务 矿井提升机是由原始的提水 工具逐步发展演变而来 现代的矿井提升机提升量大 速 度高 已发展成为电子计算机控制的全自动重型矿山机械 矿井提升机主要由电动机 减速器 卷筒 或摩擦轮 制动系统 深度指示系统 测速限速系统和操纵系统等组 成 采用交流或直流电机驱动 按提升钢丝绳的工作原理 分缠绕式矿井提升机和摩擦式矿井提升机 缠绕式矿井提 升机有单卷筒和双卷筒两种 钢丝绳在卷筒上的缠绕方式 与一般绞车类似 单筒大多只有一根钢丝绳 连接一个容 器 双筒的每个卷筒各配一根钢丝绳 连接两个容器 运 转时一个容器上升 另一个容器下降 缠绕式矿井提升机 大多用于年产量在 120 万吨以下 井深小于 400 米的矿井 中 摩擦式矿井提升机的提升绳搭挂在摩擦轮上 利用与 摩擦轮衬垫的摩擦力使容器上升 提升绳的两端各连接一 个容器 或一端连接容器 另一端连接平衡重 摩擦式矿 5 井提升机根据布置方式分为塔式摩擦式矿井提升机 机房 设在井筒顶部塔架上 和落地摩擦式矿井提升机 机房直 接设在地面上 两种 按提升绳的数量又分为单绳摩擦式 矿井提升机和多绳摩擦式矿井提升机 后者的优点是 可 采用较细的钢丝绳和直径较小的摩擦轮 从而机组尺寸小 便于制造 速度高 提升能力大 安全性好 年产 120 万 吨以上 井深小于 2100 米的竖井大多采用这种提升机 提升机无论正转 反转 其工作过程是相同的 都有 加速 稳定运行 减速 爬行 制动停车五个阶段 每一 个提升循环运行的时间 与系统的运行速度 加速度及井 深有关 各段加速度的大小根据工艺情况决定 运行的时 间由操作工人根据现场的状况自定 1 第一阶段 t1 车厢在井底工作面装满煤后 由 井底信号工发一个提升联络信号给地面井口信号操作工 人 井口信号工再向车房操作工发出开车信号 然后将提 升机司机根据相应的信号开机提升 重车启动后 加速运 行 在加速时间内 设备如果没有问题 则再加速到正常 运行速度 6 2 第二阶段 t2 重车以最大速度稳定运行 一般 这段时间最长 3 第三阶段 t3 提升机司机根据提升容器的深度 指示 到减速段时减速 如减速时间设置较短时 变频器 制动单元和制动电阻起作用 不致因减速过快而跳闸 4 第四阶段 t4 车减速到低速爬行 便于在规定 的位置停车 5 第五阶段 t5 到停车位置时 变频器立即停车 车减速到零 井口信号工向车房发一个停车联络信号 整 个提升过程结束 第二章第二章第二章第二章 提升机的交流调速提升机的交流调速提升机的交流调速提升机的交流调速 2 1 2 1 2 1 2 1 提升机交流调速的现状提升机交流调速的现状提升机交流调速的现状提升机交流调速的现状 随着电力电子技术 计算机技术的不断发展和电力电 子器件的更新换代 变频调速技术得到了飞速的发展 据 资料显示 现在有 90 以上的动力源来自电动机 我国生 产的电能 60 用于电动机 电动机与人们的生活息息相关 密不可分 所以要对电动机的调速有足够的重视 我们都 知道 动力和运动是可以相互转化的 从这个意义上说电 7 动机也是最常见的运动源 对运动控制的最有效方式是对 运动源的控制 因此 常常通过对电动机的控制来实现运 动控制 实际上国外已将电动机的控制改名为运动控制 对电动机的控制可以分为简单控制和复杂控制两大 类 简单控制是指对电动机进行启动 制动 正反转控制 和顺序控制 这类控制可以通过继电器 可编程器件和开 关元件来实现 复杂控制是指对电动机的转速 转角 转 距 电压 电流等物理量进行控制 而且有时往往需要非 常精确的控制 以前 对电动机的简单控制的应用较多 但是 随着现代化步伐的前进 人民对自动化的需求也越 来越高 使电动机的复杂控制逐渐成为主流 其应用领域 极为广泛 在军事和雷达天线 火炮瞄准 惯性导航 卫 星姿态 飞船光电池对太阳的控制等 工业方面的各种加 工中心 专用加工设备 数控机床 工业机器人 塑料机 械 绕线机 泵和压缩机 轧机主传动等设备的控制 计 算机外围设备和办公设备中的各种磁盘驱动器 绘图仪 打印机 复印机等的控制 音像设备和家用电器中的录音 机 数码相机 洗衣机 冰箱空调 电扇等的控制 我们 8 统统称其为电动机的控制 交流调速控制作为对电动机控制的一种手段 作用相 当明显 这里就不再多做介绍 就交流调速系统目前的发 展水平而言 可概括的如下 1 已从中容量等级发展到了大容量 特大容量等级 并解决了交流调速的性能指标问题 填补了直流调速系统 在特大容量调速的空白 2 可以使交流调速系统具有高的可靠性和长期的连 续运行能力 从而满足有些场合不停机检修的要求或对可 靠性的特殊要求 3 可以使交流调速系统实现高性能 高精度的转速 控制 除了控制部分可以得到和直流调速控制同样良好的 性能外 异步电动机本身固有的优点 又使整个系统得到 更好的动态性能 采用数字锁相控制的异步电动机变频调 速系统 调速精度可达到 0 002 2 2 2 2 2 2 2 2 用单片机控制的交流调速的原理用单片机控制的交流调速的原理用单片机控制的交流调速的原理用单片机控制的交流调速的原理 9 一 微处理器 单片机 取代模拟电路作为电动 机的控制器 具有如下特点 1 使电路更简单 模拟电路为了实现控制逻辑需要 许多电子元件 使电路更复杂 采用微处理器后 绝大多 数控制逻辑可通过软件来实现 2 可以实现较为复杂的控制 微处理器具有更强的 逻辑功能 运算速度快 精度高 有大容量的存储单元 因此 有能力实现复杂的控制 3 灵活性和适应性 微处理器的控制方式是有软件 来实现的 如果需要修改控制规律 一般不必改变系统的 硬件电路 只须修改程序即可 在系统调试和升级时 可 以不断尝试选择最优参数 非常方便 4 无零点漂移 控制精度高 数字控制不会出现 模拟电路中经常遇见的零点漂移问题 无论被控量是大还 是小 都可以保证足够的控制精度 5 可以提供人机界面 多机连网工作 用工业控制计算机可谓功能强大 它有极高的速度 很强的运算能力和接口功能 方便的软件功能 但是由于 10 成本高 体积过大 所以只用于大型的控制系统 可编程 控制器则恰好相反 它只能完成逻辑判断 定时 记数和 简单的运算 由于功能太弱 所以它只能用于简单的电动 机控制 在民用生产中 通常用介于工控机和可编程控制 器之间的单片机作为微处理器 本次设计就是用单片机作 为电动机的控制器 在设计中用单片机作为电动机的核心控制元件来取代 模拟电路 就可以将传统的调速方案中的一些缺点避免 达到提高控制精度的目的 在本次设计中所用到的控制方 式是用转差频率闭环控制 转速开环恒压频比调速系统虽然结构简单 异步电动 机在不同的频率下都能够获得较硬的机械特性曲线 但是 不能保证必要的调速精度 而且在动态过程中由于不能保 持所需要的转距 动态性能也很差 它只能用于对调速系 统的动静态性能要求都不高的场合 如果异步电动机能像 直流电动机一样 用控制电枢电流的方法来控制转距 那 么就能够得到和直流电动机一样的动静态性能 转差频率 控制是一种解决异步电动机电磁转距控制问题的方法 采 11 用这种控制方案的调速系统 可以获得与直流电动机恒磁 通调速相似的性能 转差频率控制的基本概念 原理 由式 2 2 2212 22 2 11112112 33 pp m e ll n i rn u rs p t w swrrswll 可以得出异步电动机的机械特性方程式 2 112 222 2 112112 3 ep ll usw r tn wsrrs wll 令式中 1s wsw 它 是转差频率 又由式 1111 4 44 gnm uef n k 即 1111 11 4 44 2 g nm e f n ku ww 所以 2 2 22 2 1212 emm sll wr tk srrwll 式中 222 11 11 4 443 3 22 n mppn n k knn n k 由于异步电动机机械特性曲线上有一最大值 当转差 频率小于临界转差频率 对应于电磁转距最大的转差率 时 电动机运行在稳定工作区 电动机的电流比较小 当 转差率大于临界转差率时 电动机进入不稳定工作区 电 动机的电流增大 转距减小 所以在调速过程中要使电动 机的转差频率小于临界转差率 也就是说 异步电动机稳 12 定工作时的转差率很小 从而 1s wsw 也很小 可以认为 12 srr 122 ll llr 所以 e t可近似写成 2 2 emms tkwr 此式表明 在转差频率 s w很小的范围内 只要能够保持气 隙磁通 m 不变 异步电动机的转距就近似与转差频率成 正比 这就是说 在异步电动机中控制 s w 就能和直流电 动机中控制电流一样 能够达到控制转距的目的 控制转 差频率就代表了控制转距 这就是转差频率控制的基本原 理 转差频率控制的基本规律 上面只是近似找到了转距与转差频率的正比关系 可 以用它表明转差频率控制的基本原理 但是这一正比关系 必须有两个条件才能成立 首先转差频率 s w必须较小 即 控制系统必须对 s w限幅 使其满足 maxss ww 其中 max1sm ws w m s对应于最大转距时的转差频率 这就是转 差频率控制的基本规律之一 对 s w限幅的功能由转速调节 器来实现 上述的第二个条件是气隙磁通必须保持恒定 异步电动机可以控制的量是定子电流 1 i 而 1 i中包括励磁电 流分量 0 i和负载电流分量 2 i 只有保持励磁电流分量 0 i恒 13 定 才能使气隙磁通 m 恒定 而 0 i和 2 i均难以直接测量 若能找到 0 i 1 i和 s w之间的函数关系 当负载改变引起 s w 变化时 只要调节 1 i 使 0 i保持不变 问题就解决了 图 1 转差频率控制的基本规律 根据并联支路的分流公式 21222 011 21222 lsl lmslm rsjw lrjw l iii rsjw llrjwll 取等式两侧向量的副值相等 得 2 2 12 22 01 2 2 22 sl slm rw l ii rwll 令 0 i 常数 可以看出图 1 它具有如下性质 1 当 s w 0 时 01 ii 在理想空载时定子电流等于励磁电流 2 若 s w值增大 定子电流 1 i也相应增大 3 当 s w 14 时 2 10 2 ml l ll ii l 这是 1 s if w 曲线的渐近线 4 s w 为正负值时 1 i的对应值不变 1 s if w 左右对称 上述 关系表明 只要对定子电流 1 i和 s w的关系符合图 1 或符合 2 2 12 22 01 2 2 22 sl slm rw l ii rwll 的规律 就能保持气隙磁通 m 恒定 这就是转差频率控制的基本规律之二 它有函数电 流发生器来实现 总结起来 转差频率控制的基本规律是 1 在 maxss ww 的范围内 转距基本上与 s w成正比 条件是气隙磁通 m 恒定 2 定子电流 1 i和 s w的关系符合图 1 或式子 2 2 12 22 01 2 2 22 sl slm rw l ii rwll 的规律 就能够保证气隙磁通 m 恒定 转差频率控制的变频调速系统实现上述转差频率控制 的转速闭环变频调速结构原理图如图 2 所示 可以看出该 系统具有以下特点 a 采用电流源变频器 使控制对象具有较好的动态 响应 而且便于回馈制动 这是提高系统动态性能的基础 15 b 和直流电动机双闭环调速系统一样 外环是转速 环 内环是电流环 转速调节器的输出是转差频率给定值 s w u 代表转距给定 c 转差频率 s w的控制作用分两路 分别作用在可控 整流器和逆变器上 前者通过 1 s if w 函数发生器 按 s w u 的大小产生相应的 1 i u信号 再通 过电流调节器控制定子电流 以保持 m 恒定 另一路 按 1s www 产生对于于定子频率 1 w的控制电压 1w u 决定 逆变器的输出频率 d 转速给定信号 s w u w u 1w u都反向 相序鉴别 器判断 1w u的极性以决定环形分配器的输出相序 而 1w u信 号本身则经过绝对值变换器决定输出频率的大小 这样就 很方便的实现了异步电动机的可逆运行 二 调速系统的工作原理 1 起动过程 起动过程如图 2 所示 首先说明起动 过程是一个恒定子电流 恒转差角频率起动的过程 转速 给定信号 w u由电位器设定 作为转速调节器的输入信号 在起动瞬间 对应于图中的 a 点电动机的转速 0 s w 而 16 测速发电机 tg 输出信号0 w u 图 2 调速系统的工作原理图 转速调节器的输入信号最大 其输出最大达到限幅值 ws u而 转速调节器的输出信号送给了电流函数发生器 所以此时 函数发生器的输出达到最大值 因而其输出也达到最大给 定值 maxil u 接下去的电流调节环的速度比转速调节环的速 度快得多 可以认为 转速过度过程中实际定子电流 1 i始 终跟踪了 1 i u 而在起动过程中由于电动机转速还没有达到 给定值 转速调节器输出 ws u不会从限幅值 maxws u退下来 转差频率给顶值一直保持 maxws u不变 1 i u也一直保持 1maxi u 不变 所以可以认为起动过程是一个恒定子电流 恒转差 频 率驱动过程 17 由式子 2 2 12 22 01 2 2 22 sl slm rw l ii rwll 可知 定子电流 1 i 转 差频率 s w恒定 则励磁电流 0 i也恒定 因此气隙磁通 m 恒 定 图三中 a 点对应于起动瞬间 由于电动机的转速为 0 w 0 所以按 1s www 产生的对应于顶子额定电流为 1ss wwww 记为 11 w 如果逆变器输出频率保持 11 w不 变 则电动机的工作点将沿着这条曲线达到 b 点 记此时 的异步电动机的转速为 1b w 假如控制系统此时对其进行采 样 按 1s www 产生的定子频率 1 w为 1sb www 由于电 动机的转速不能突变 因此电动机的工作点移到了这条曲 线上的 c 点 按以上的方法分析下去 可以知道异步电动 机的工作点将沿着 a b c d 移动 最终达到稳定 工作点 n 以上分析中 控制系统对转速进行采样的时刻时间断 的 如果控制采用连续系统方法 则电动机的转速变化将 立即通过控制系统改变控制器的输出频率 这样 沿着 a b c d 的连线将趋向于沿着 a c e g 这条曲线 而这条曲线说明在异步电动机起动过程 中 电磁转距保持不变 这一结论可以从上面的定子电流 18 1 i 转角频率 s w 气隙磁通 m 恒定 负载变化 图 3 负载变化图 负载变化如图 3 所示 负载变化时 若转速给定信号 为 w u 电动机工作点为 n 当负载变化从 1l t增加为 2l t时 电动机的转速 w 将逐渐降低 测速发电机输出信号 w u减 少 转速调节器 ws u增大 按 1s www 产生的对应于定子 频率 1 w由于 ws u增大而增大 控制电压 1w u增大 决定了逆 变器的输出频率增加 电动机的机械特性曲线上移 最终 电动机在新的工作点 n处稳定工作 2 调速过程 如果 1ll tt 不改变 但转速给顶信号从 1w u增大到 2w u 19 时 速度调节器的输入为正值 其输出 ws u将增大 按 1s www 产生的对应于定子频率 1 w 由于 ws u增大而增大 控制电压 1w u增大 决定了逆变器的输出频率增加 电动机 的机械曲线上移 当 ws w增大时 电动机的工作点将瞬间地 从 1 n点转到 12 w对应的特性曲线上的 a 点 在 a 点电磁转距 1el tt 因而电动机将加速 转速上升 按 1s www 产生 的对应于定子频率 1 w由于 ws w增大而增大 逆变器的输出频 率增加 电动机的机械特性曲线上移 只要 1 ww 定子 频率 1 w将不断增大 电动机的工作点将沿着图中的 a 到 2 n 曲线运动 到了 2 n点时 电动机的转速 1 ww 电磁转距 1el tt 电动机将在 2 n点上稳定运行 这就完成了电动机 的加速过程 3 电动机反转 当转速给定信号反相时 速度调节器输出负限幅值 maxwsws uu 按 1s www 产生的对应于定子频率 1 w由于 ws w变负而减小逆变器的输出频率降低 电动机的机械特性 曲线下移 电动机以最大制动转距减少到零 当转速接近 于零时 按 1s www 产生的对应的 1 w由正值变负时 通过 20 相序鉴别器使环形分配器的相序改变 电动机实现反向运 行 4 近似动态结构 转差频率控制系统的动态性能虽比转速开环系统有较 大提高 但是在采用经典线性控制理论和工程设计方法分 析和设计 仍要作较大的近似处理 在建立转差频率控制 系统的动态结构图时 仍做如下处理 a 忽略异步电动机的铁损 b 忽略异步电动机旋转电动势对系统动态过程的影 响 或者说 忽略哦率和转速对电压控制系统的影响 c 认为组成系统的各环节的输入输出关系都是线性 的 d 认为磁通 m 在动态过程中保持不变 参照转速开环的变频调速系统的动态结构图 可以画 出转差控制系统的近似动态结构图 如图 4 所 21 图 4 近似动态结构图 以上就本次变频设计的控制方法规律等做了介绍 它 就是本次设计的理论部分 第三章第三章第三章第三章 提升机交流调速系统的设计提升机交流调速系统的设计提升机交流调速系统的设计提升机交流调速系统的设计 3 1 3 1 3 1 3 1 调速系统总体方案设计调速系统总体方案设计调速系统总体方案设计调速系统总体方案设计 图 5 调速系统总体方框图 转速开环恒压频比的调速系统 虽然结构简单 异步 22 电动机在不同频率小都能获得较硬的机械特性但不能保证 必要的调速精度 而且在动态过程中由于不能保持所需的 转速 动态性能也很差 它只能用于对调速系统的静 动 态性能要求不高的场合 如果异步电动机能象直流电动机 一样 用控制电枢电流的方法来控制转矩 那么就可能得 到和直流电动机一样的较为理想的静 动态特性 转差频 率控制是一种解决异步电动机电磁转矩控制问题的方法 采用这种控制方案的调速系统 可以获得与直流电动机恒 磁通调速系统相似的性能 为了使系统具有较好的动静态性能 满足设计要求 可将整个系统设计为转速单闭环控制系统 采用转差频率 调节方式 对转速进行动态调节 考虑电动机负载为恒转 距负载 在高频段 采用恒比例控制方式来做近似恒磁通 控制方式 在低频段 采用恒磁通补偿方法来维持磁通的 恒定 实现恒磁通变频调速 当频率高于额定转速时 维 持 1n uu 实现恒功率调节 选用大规模集成电路 hef4752 来产生 pwm 控制信号 以减轻单片机的负担 使它能够有 足够的时间来完成闭环控制 系统检测和保护等任务 23 3 2 3 2 3 2 3 2 提升机系统主回路的设计提升机系统主回路的设计提升机系统主回路的设计提升机系统主回路的设计 系统主回路是交 直 交电压型变频电路 图 6 系统主回路电路图 整流采用三相桥式不可控整流器 1 l 2 l 0 c组成滤 波电路 2 r 2 c 2 vd三个元件和 1 vd一起构成尖峰电压 吸收电路 又称直流侧阻容吸收电路 用以削弱因逆变器 换流而引起的尖峰电压 采用的是 grt 三相桥式 pwm 逆变 器 3 3 3 3 3 3 3 3 元器件的选择元器件的选择元器件的选择元器件的选择 大功率开关管 spwm 正弦脉宽调制方法 三相整流桥 选用 mds 型三相整流桥模块 lc 滤波器 滤波电感在这里主要用来限制电 24 流脉动 pwm 变频调速系统不存在电流不连续问题 和短 路电流上升率 直流侧阻容吸收电路 大功率晶体管阻容吸收 电路 3 43 43 43 4 转差频率控制原理及调节器的设计转差频率控制原理及调节器的设计转差频率控制原理及调节器的设计转差频率控制原理及调节器的设计 1 转差频率控制原理 由电机学的知识可知 22 cos mm tci 其中 22 2 22 2 2 222 2 2 ese i rrsx x s 图 7 系统控制结构图 电动机正常运行时 1s 这时有 22 rsx 所以 2221 22 222112 1 cos1 s mmmmmms fseseee itcccf rrrff r 25 当采用恒磁通控制方式进行变频调速时 11 ef近似恒 定 m 近似恒定 这时有 ms tk f 其中 1 1 2 mmm e kc f r 近似 为一常数 t 近似的正比于转差频率 s f 因此 通过对转 差频率控制 就可以达到控制电动机转距的目的 从而调 节电动机的转速 2 调节器设计 本系统采用增量式转差频率调节方式 转差调节器设 计为带有死区的调节器 即 因 1sn fff 所以 s uk与 n uk之和反映了频率 1 f 即为频率指令信号 控制结构框图和控制曲线如下图所示 26 nana uu 为死区 它是为了避免因量化误差 舍入误差 引起系统运行不平衡而引起的 una unb una unb 为线性调节区 当 un k unb 时 输 出限幅 用以现在转差频率的最大增量 亦即限制 1 f的最 大增量 亦即限制 1 f的最大增量 防止系统过冲 提高系 统的稳定性 sm u决定系统的积分系数 1 sm nb u k u 它 由电位器给定 通过 a d 转换器转换后输入 当 unb 确 定后 通过调节电位器 就能改变积分系数 1 k 整定方便 una 的值根据静态精度要求和实际系统工作时的最低转 速来确定 unb usm 通过实验确定 图 8 控制结构框图和曲线图 a 控制结构框图 b 控制曲线 3 5 3 5 3 5 3 5 系统软件的设计系统软件的设计系统软件的设计系统软件的设计 27 1 程序框图及其介绍 1 系统主程序 主程序框图如图 9 所示 先进行芯片初始化 然后 清系统工作区 开放 8051 外部中断 启动软件定时器 10ms 采样周期 所以 系统初始化完毕 进入控制循环 显示转速 中断服务 nn u u和 sm upi 运算 查表求出 ffvv zxzx 可逆切换程序 输出控制量 显示转速 图 9 系统主程序框图 28 2 转速调节程序 转速调节程序即为软件定时器 o 的中断服务程序 其 程序框图如图10所示 在转速调节程序中 完成转速 sm u 的采样 进行 pi 运算 求出频率指令信号 1f u 然后查表 求得分频系数 ffvv zxzx 29 图 10 转速调节程序框图 3 增量式 pi 运算子程序 增量式 pi 运算子程序框图如图 11 所示 它包括按图 所示控制曲线计算转差频率增量 s uk 由 s uk 求出 30 转差频率控制量 s uk 再由 s uk求出频率指令信号 1 f uk 图 11 增量式 pi 运算子程序框图 31 4 可逆切换程序 可逆切换程序由停车控制和可逆切换控制两部分组 成 其程序框图如图 12 所示 系统的停车与工作由工作 停车控制开关控制 其开关状态由 pc6 输入 在可逆切换 程序中 先对 pc6 进行判断 若 pc6 0 表示命令停车 这时接下来判断转速是否为 0 若不为 0 则经 pc2 输出 1 电平 使 hef4752 的 l 端为 0 封锁其输出信号 使逆变 器输出为 0 电动机转速下降 当转速已降到 0 时 经 pc3 输出 1 电平信号 切换主回路电源 然后显示停车标志 0000 若 pc6 1 则表示继续工作 于是转去检测正 反开关状态 进入可逆切换部分 电动机的转向由正 反控制开关控制 其开关状态由 pc7 输入 现以正转到反转为例说明切换过程 当正 反转 开关由 正 转到 反 时 pc7 输入 0 电平 表示反转 接下来判断当前转向是正 cw 1 还是反 cw 0 若 转向为正 表示与给定转向不一致 需进行切换 于是经 pc2 输出 1 电平 使 hef4752 的 l 端为 0 封锁其输出信号 使逆变器输出为 0 电动机转速下降 然后判断电动机转 32 速是否为 0 当转速未降到 0 时 不开放 l 端 电动机转 速继续下降 一旦转速降到 0 则经 pc1 输出 0 电平至 cw 端 经 pc2 输出 0 电平 开放 l 端 于是 hef4752 输出相 序为 u w v 的 pwm 控制信号 逆变器重新开始工作 输 出相序为 u w v 使电动机反向启动 至此 切换过程 结束 从反转到正转的切换过程与上述过程相仿 不再赘 述 33 图 12 可逆切换程序 5 故障处理程序 故障处理程序即为 8051 外部中断服务程序 其程序框 图如图 13 所示 34 图 13 故障处理程序 第四章第四章第四章第四章 pwmpwmpwmpwm 控制信号的产生及变换器的设计控制信号的产生及变换器的设计控制信号的产生及变换器的设计控制信号的产生及变换器的设计 在系统中 控制信号用大规模集成块来产生 要使它 正常工作 必须提供时钟信号和开关信号 将它的 端接 地 使其工作在晶体管模块式 使每两路互补信号之间有 较大的输出延迟 逆变器的输出频率和电压就是通过控制 着两个端输入的方波信号频率来控制的 而电动机转速的 调节是通过调频 调压实现的 所以 必须在转差调节器 与其大规模集成块之间正比的方波信号为时钟信号 35 1 vctfct ff与 1f u的关系及低频补偿 考虑到单片机中转换器分辨率 所以频率指令信号 1f u用 10 位二进制数来表示 在 f1 不变范围内 维持 vct f不变 这样可自动维持 u1 f1 常数 在小范围内 引入低频补偿 以维持磁通恒 定 低频补偿的思想是 在低频段 按一定规律减少 vct f 使 fct vct f f 比值增大 从而使 u1 k fct vct f f 相对增大 以补偿定子 绕组电阻上的压降 维持磁通恒定 低频补偿曲线如图 14 所示 图 14 低频补偿曲线图 2 变换器的设计 以上找出了低频补偿曲线的关系 剩下的就是怎样按 36 照关系式产生方波信号 分频系数变化范围较大 需采用 16 位分频器 所以 可通过扩展一片可编程定时 计数器来完成整数分频 可编 程定时 计数器完全可满足设计要求 由于 pf pv 都不是 一个纯整数 为了保证系统的精度 可扩展 2 片比例乘法 器 用它进行比例分频 二进制