交交變頻技術(shù)論文

1、<p><b>　　II</b></p><p><b>　　III</b></p><p><b>　　目錄IV</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題背景1</p>&

2、lt;p>　　1.2 研究交交變頻技術(shù)的目的及意義1</p><p>　　1.3 交交變頻技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3.1 國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3.2 國(guó)外的研究現(xiàn)狀3</p><p>　　1.4 課題主要研究?jī)?nèi)容4</p><p>　　第2章 交交變頻器的

3、工作原理5</p><p>　　2.1 交一交變頻器的基本工作原理5</p><p>　　2.1.1 單相交交變頻電路的基本原理5</p><p>　　2.1.2 三相交交變頻電路的基本原理8</p><p>　　2.2 交一交變頻器控制角a角的調(diào)制方式與方法9</p><p>　　2.2.1 輸出信號(hào)為正弦

4、波的調(diào)制9</p><p>　　2.2.2 觸發(fā)控制原則11</p><p>　　2.3 交一交變頻器的輸入輸出特性12</p><p>　　2.3.1 輸出上線頻率12</p><p>　　2.3.2 輸入功率因數(shù)12</p><p>　　2.3.3 輸出電壓諧波13</p><p&g

5、t;　　2.3.4 輸入電流諧波13</p><p>　　2.4 本章小結(jié)13</p><p>　　第3章 交一交變頻器主回路的設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.1 環(huán)流的控制原則14</p><p>　　3.2 交一交變頻器主電路設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.3 主電路器件選擇16</p>

6、<p>　　3.3.1 整流變壓器的確定16</p><p>　　3.3.2 整流器件選擇17</p><p>　　3.3.3 電流互感器及其并聯(lián)電阻的選擇18</p><p>　　3.4 本章小結(jié)18</p><p>　　第4章 基于單片機(jī)交交變頻器控制電路的設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.

7、1 8051單片機(jī)簡(jiǎn)介19</p><p>　　4.2 8051芯片引腳及其功能20</p><p>　　4.3 零電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì)21</p><p>　　4.4 正弦波觸發(fā)電路設(shè)計(jì)23</p><p>　　4.5 調(diào)節(jié)器電路設(shè)計(jì)27</p><p>　　4.6 檢測(cè)單元電路設(shè)計(jì)30</p>

8、<p>　　4.7 鍵盤/顯示接口電路31</p><p>　　4.7.1 鍵盤功能的設(shè)計(jì)33</p><p>　　4.7.2 顯示設(shè)定34</p><p>　　4.8 本章小結(jié)34</p><p>　　第5章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)35</p><p>　　5.1 軟件的總體設(shè)計(jì)35</p&g

9、t;<p>　　5.2 主程序35</p><p>　　5.3 控制算法36</p><p>　　5.3.1 頻率控制36</p><p>　　5.3.2 幅值控制37</p><p>　　5.3.3 相位控制38</p><p>　　5.3.4 相序控制38</p><p

10、>　　5.3.5 控制算法流程圖38</p><p>　　5.4 換相邏輯子程序39</p><p>　　5.5 鍵盤顯示子程序40</p><p>　　5.5.1 鍵盤中斷程序40</p><p>　　5.5.2 顯示中斷程序40</p><p>　　5.6 本章小結(jié)41</p>&l

11、t;p><b>　　結(jié)論42</b></p><p><b>　　致謝43</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)44</b></p><p><b>　　交交變頻技術(shù)</b></p><p><b>　　摘要</b>

12、;</p><p>　　關(guān)鍵詞　交—交變頻器、晶閘管、單片機(jī)、無(wú)環(huán)流控制</p><p><b>　　Abstract</b></p><p><b>　　Keywords　</b></p><p>　　不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印</p><p><b>

13、　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　II</b></p><p><b>　　III</b></p><p><b>　　目錄IV

14、</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題背景1</p><p>　　1.2 研究交交變頻技術(shù)的目的及意義1</p><p>　　1.3 交交變頻技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3.1 國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀2&l

15、t;/p><p>　　1.3.2 國(guó)外的研究現(xiàn)狀3</p><p>　　1.4 課題主要研究?jī)?nèi)容4</p><p>　　第2章 交交變頻器的工作原理5</p><p>　　2.1 交一交變頻器的基本工作原理5</p><p>　　2.1.1 單相交交變頻電路的基本原理5</p><p>　

16、　2.1.2 三相交交變頻電路的基本原理8</p><p>　　2.2 交一交變頻器控制角a角的調(diào)制方式與方法9</p><p>　　2.2.1 輸出信號(hào)為正弦波的調(diào)制9</p><p>　　2.2.2 觸發(fā)控制原則11</p><p>　　2.3 交一交變頻器的輸入輸出特性12</p><p>　　2.3.

17、1 輸出上線頻率12</p><p>　　2.3.2 輸入功率因數(shù)12</p><p>　　2.3.3 輸出電壓諧波13</p><p>　　2.3.4 輸入電流諧波13</p><p>　　2.4 本章小結(jié)13</p><p>　　第3章 交一交變頻器主回路的設(shè)計(jì)14</p><p&g

18、t;　　3.1 環(huán)流的控制原則14</p><p>　　3.2 交一交變頻器主電路設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.3 主電路器件選擇16</p><p>　　3.3.1 整流變壓器的確定16</p><p>　　3.3.2 整流器件選擇17</p><p>　　3.3.3 電流互感器及其并聯(lián)電阻的選擇18

19、</p><p>　　3.4 本章小結(jié)18</p><p>　　第4章 基于單片機(jī)交交變頻器控制電路的設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.1 8051單片機(jī)簡(jiǎn)介19</p><p>　　4.2 8051芯片引腳及其功能20</p><p>　　4.3 零電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì)21</p><p&g

20、t;　　4.4 正弦波觸發(fā)電路設(shè)計(jì)23</p><p>　　4.5 調(diào)節(jié)器電路設(shè)計(jì)27</p><p>　　4.6 檢測(cè)單元電路設(shè)計(jì)30</p><p>　　4.7 鍵盤/顯示接口電路31</p><p>　　4.7.1 鍵盤功能的設(shè)計(jì)33</p><p>　　4.7.2 顯示設(shè)定34</p>

21、<p>　　4.8 本章小結(jié)34</p><p>　　第5章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)35</p><p>　　5.1 軟件的總體設(shè)計(jì)35</p><p>　　5.2 主程序35</p><p>　　5.3 控制算法36</p><p>　　5.3.1 頻率控制36</p><p&g

22、t;　　5.3.2 幅值控制37</p><p>　　5.3.3 相位控制38</p><p>　　5.3.4 相序控制38</p><p>　　5.3.5 控制算法流程圖38</p><p>　　5.4 換相邏輯子程序39</p><p>　　5.5 鍵盤顯示子程序40</p><p&

23、gt;　　5.5.1 鍵盤中斷程序40</p><p>　　5.5.2 顯示中斷程序40</p><p>　　5.6 本章小結(jié)41</p><p><b>　　結(jié)論42</b></p><p><b>　　致謝43</b></p><p><b>　　參考

24、文獻(xiàn)44</b></p><p>　　千萬(wàn)不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印。在目錄上點(diǎn)右鍵“更新域”，然后“更新整個(gè)目錄”。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行</p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　課題背景</b></p><p&

25、gt;　　變頻調(diào)速技術(shù)涉及到電力、電子、電工、信息與控制等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，以變頻調(diào)速為代表的近代交流調(diào)速技術(shù)有了飛速的發(fā)展。變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。電氣領(lǐng)域，長(zhǎng)期以來(lái)由于工業(yè)技術(shù)水平不夠，直流調(diào)速一直在電氣調(diào)速領(lǐng)域占有主要地位。隨著社會(huì)不斷進(jìn)步，交交變頻技術(shù)再次被人們重視。</p><p>　　由于目前采用交交變頻

26、技術(shù)的成本過(guò)高，還由于煤礦企業(yè)當(dāng)前經(jīng)營(yíng)狀況還不盡人意，導(dǎo)致交交變頻技術(shù)在礦井中的應(yīng)用還只限于大型礦井的關(guān)鍵設(shè)備上，主要是礦井提升機(jī)。針對(duì)礦井提升機(jī)，當(dāng)提升容器通過(guò)給定的減速點(diǎn)時(shí)，由于負(fù)載的不同，而將得到不同的減速度，不能達(dá)到穩(wěn)定的低速爬行，最后導(dǎo)致停車位置不準(zhǔn)，不正常裝卸載。通過(guò)操作人員同時(shí)施用機(jī)械閘，利用閘制動(dòng)和電機(jī)拖動(dòng)的合成特性來(lái)得到要求的減速度及低速爬行。這樣做，不僅耗電量大，閘瓦磨損大，而且操作人員工作非常緊張，安全性、可靠性差

27、。</p><p>　　直流電機(jī)的機(jī)構(gòu)上存在著換向問(wèn)題，同時(shí)換向器的電刷等部件維護(hù)量相對(duì)較大，從而限制了直流電機(jī)在大型化方向上的發(fā)展。交流變頻調(diào)速一般分為兩種：交—交變頻調(diào)速和交—直—交變頻調(diào)速。交—交變頻調(diào)速用于大功率（500kW以上或1000kW以上)、低速(600r/min以下)場(chǎng)合。交—直—交變頻調(diào)速用于大功率、600r/min以上、負(fù)載較平穩(wěn)的場(chǎng)合。在大容量、低轉(zhuǎn)速高過(guò)載傳動(dòng)領(lǐng)域主要用于礦井提升機(jī)和鋼鐵

28、廠的主軋機(jī)。因此，對(duì)交一交變頻調(diào)速研究的顯得更加重要，得到很好的應(yīng)用，其頻率范圍容易調(diào)節(jié)，適用于各種作業(yè)的交流提升機(jī)。</p><p>　　研究交交變頻技術(shù)的目的及意義</p><p>　　隨著交交變頻技術(shù)相對(duì)成本的不斷降低，隨著人們節(jié)能意識(shí)的不斷深入，該技術(shù)在礦井中的應(yīng)用必將迎來(lái)一個(gè)全新的時(shí)期，這一新時(shí)期的到來(lái)將表現(xiàn)在大規(guī)模改造老礦井上同時(shí)在應(yīng)用范圍上也將擴(kuò)大，比如在主排水泵上，可以采用

29、一套調(diào)速裝置伺服全部水泵，實(shí)現(xiàn)水泵的軟起動(dòng)，并與水位控制一起組成控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，即可節(jié)約電力，又可節(jié)約人力;再比如對(duì)于主通風(fēng)機(jī)，可以采用交交變頻調(diào)速，并結(jié)合瓦斯、負(fù)壓檢測(cè)一起對(duì)主風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，在滿足安全要求條件下，使其運(yùn)行于經(jīng)濟(jì)工況點(diǎn)等同樣道理，這一技術(shù)還可以用于空壓機(jī)上。</p><p>　　對(duì)于大容量的交流電動(dòng)機(jī)，要想獲得較好的拖動(dòng)性能，則要求變流設(shè)備能提供正弦度較高的電流，而對(duì)于能提供頻率為2~

30、5Hz低頻正弦電流的交—交變頻器來(lái)說(shuō)，除滿足正弦度的要求外，還要求三相低頻電流有較好的對(duì)稱度，防止因電機(jī)出現(xiàn)的磁通不對(duì)稱而導(dǎo)致的電機(jī)運(yùn)行質(zhì)量下降。采用本論文所設(shè)計(jì)的交一交變頻器可以很好地解決輸出力矩不夠，輸出諧波較大，低頻振蕩較大的問(wèn)題?？傊?，交交變頻技術(shù)在礦井上的應(yīng)用前景是樂(lè)觀的。</p><p>　　變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和起制動(dòng)性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點(diǎn)而被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)為

31、最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。深入了解交流傳動(dòng)與控制技術(shù)的走向，具有十分積極的意義。交流變頻調(diào)速具有以下特性：</p><p>　?。?）調(diào)速時(shí)平滑性好，效率高。低速時(shí)，特性靜差率較高，相對(duì)穩(wěn)定性好；　</p><p>　?。?）調(diào)速范圍較大，精度高；</p><p>　　（3）起動(dòng)電流低，對(duì)系統(tǒng)及電網(wǎng)無(wú)沖擊，節(jié)電效果明顯；</p><p>　?。?/p>

32、4） 變頻器體積小，便于安裝、調(diào)試、維修簡(jiǎn)便；</p><p>　?。?）易于實(shí)現(xiàn)過(guò)程自動(dòng)化；</p><p>　　（6）必須有專用的變頻電源，目前造價(jià)較高；</p><p>　　（7）在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時(shí)，低速段電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力大為降低。</p><p>　　交交變頻技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀</p><p><b>

33、;　　國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀</b></p><p>　　我國(guó)于70年代開始交交變頻技術(shù)的研究，80年代初研制成功交—交變頻同步電機(jī)的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，并制成交交變頻異步電機(jī)調(diào)速工業(yè)試驗(yàn)樣機(jī)，但大容量交交變頻調(diào)速裝置直到90年代才得以長(zhǎng)足發(fā)展。</p><p>　　迄今為止國(guó)內(nèi)承建的交—交變頻調(diào)速系統(tǒng)有13套，其中較大容量的有1994年天津中型鋼板廠投運(yùn)的功率2×5000kW，轉(zhuǎn)速6

34、0120r /min軋機(jī)交—交變頻同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，1995年10月投運(yùn)的重慶鋼鐵廠4000kW交—交變頻同步電機(jī)，轉(zhuǎn)速為40r/ min。</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)在主功率回路上(含功率元件)質(zhì)量已經(jīng)過(guò)關(guān)，但控制系統(tǒng)還需引進(jìn)德國(guó)Siemens公司全數(shù)字系統(tǒng)SMADY IND系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試由國(guó)內(nèi)完成。</p><p>　　我國(guó)從1985年起引進(jìn)交—交變頻設(shè)備，5套交—交變頻軋機(jī)主傳動(dòng)裝

35、置己投產(chǎn)，單機(jī)容量為9000kW，運(yùn)行效果良好。目前正在引進(jìn)數(shù)字交—交變頻礦井卷?yè)P(yáng)機(jī)傳動(dòng)裝置。我國(guó)許多單位也在開發(fā)交—交變頻技術(shù)，現(xiàn)己具有提供3000~4000kW帶矢量控制的高性能交—交變頻調(diào)速裝置的能力交—交變頻器的理論基礎(chǔ)。</p><p>　　我國(guó)電力半導(dǎo)體器件雖然經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，總體水平仍然很低，幾乎不具備新產(chǎn)品的獨(dú)立開發(fā)能力。IGBT、GTO器件的生產(chǎn)雖引進(jìn)了國(guó)外技術(shù)，但一直未形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益，變

36、頻器產(chǎn)品所用半導(dǎo)體功率器件的制造也幾乎是空白，這在一定程度上影響了變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展。</p><p>　　從總體上看我國(guó)電氣傳動(dòng)的技術(shù)水平較國(guó)際先進(jìn)水平差距10~15年。在大功率交~交變頻技術(shù)、無(wú)換向器電機(jī)等方面，國(guó)內(nèi)雖然有少數(shù)科研單位有能力制造，但在數(shù)字化及系統(tǒng)可靠性方面與國(guó)外相比，還有相當(dāng)差距。在中小功率變頻技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)幾乎所有的產(chǎn)品都是采用普通V/F控制，僅有少量樣機(jī)采用矢量控制，品種與質(zhì)量還不能滿足市

37、場(chǎng)需要，只能靠大量進(jìn)口產(chǎn)品滿足需求。</p><p><b>　　國(guó)外的研究現(xiàn)狀</b></p><p>　　交—交變頻調(diào)速傳動(dòng)技術(shù)由德國(guó)Siemens公司率先開發(fā)，現(xiàn)以Siemens公司的開發(fā)過(guò)程說(shuō)明交—交變頻調(diào)速傳動(dòng)的發(fā)展概況：</p><p>　　1965年，交—交變頻器在牽引站投入運(yùn)行；</p><p>　　19

38、69年，高性能交流調(diào)速矢量控制系統(tǒng)用于軋機(jī)傳動(dòng)；</p><p>　　1972年，4900kW水泥球磨機(jī)交—交變頻裝置投產(chǎn);</p><p>　　1976-1980年，1000kW交—交變頻傳動(dòng)和直流傳動(dòng)性能對(duì)比試驗(yàn)；</p><p>　　1981年，8100kW礦石破碎機(jī)交—交變頻裝置投產(chǎn)；</p><p>　　1981年，兩套(2x420

39、0kW和2650kW)礦井卷?yè)P(yáng)機(jī)交—交變頻裝置投產(chǎn)；</p><p>　　1981年，4000kW初軋機(jī)交—交變頻主傳動(dòng)裝置投產(chǎn)，標(biāo)志交—交變頻調(diào)速技術(shù)己成熟；</p><p>　　1985年，Dillingen鋼廠210920kW單輥傳動(dòng)可逆軋板機(jī)交—交變頻主傳動(dòng)裝置投產(chǎn)；</p><p>　　1987年，全數(shù)字交一交變頻主傳動(dòng)裝置投產(chǎn)。</p>&

40、lt;p>　　在上世紀(jì)80年代，德國(guó)、法國(guó)、美國(guó)、日本的主要電氣公司都相繼開發(fā)了交一交變頻調(diào)速裝置，其中法國(guó)的256000kW交一交變頻船舶推進(jìn)裝置容量最大，日本Mizushima二號(hào)冷軋機(jī)采用的交一交變頻主傳動(dòng)裝置的性能最高。</p><p>　　國(guó)外交流變頻調(diào)速技術(shù)的現(xiàn)狀具有以下特點(diǎn)：</p><p>　　在功率器件方面，近年來(lái)高電壓、大電流的SCR、GTO、IGBT、IGCT等

41、器件的生產(chǎn)以及并聯(lián)、串聯(lián)技術(shù)的應(yīng)用，使高電壓、大功率變頻器產(chǎn)品的生產(chǎn)及應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。</p><p>　　在微電子技術(shù)方面，16位、32位的高速處理器以及DSP和ASIC（專用集成電路Application Specific IC）技術(shù)的快速發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)變頻器高精度、多功能化提供了硬件手段。</p><p>　　(3) 在控制理論方面，矢量控制、磁通控制、轉(zhuǎn)矩控制、智能控制等新的控制理論為

42、研制高性能變頻器的發(fā)展提供了相關(guān)理論基礎(chǔ)。</p><p>　　(4) 在產(chǎn)品化生產(chǎn)方面，基礎(chǔ)工業(yè)和各種制造業(yè)的高速發(fā)展，促進(jìn)了變頻器相關(guān)配套件的社會(huì)化、專業(yè)化生產(chǎn)。</p><p><b>　　課題主要研究?jī)?nèi)容</b></p><p>　　設(shè)計(jì)一臺(tái)交—交變頻裝置,主要由電力電子器件構(gòu)成，同時(shí)采用8051單片機(jī)為低頻信號(hào)發(fā)生器的核心部件，由此生

43、成的三相SPWM信號(hào)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大功率的交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速。整套裝置具有設(shè)備成本低、維修和維護(hù)方便、節(jié)能、占地面積小、噪聲低、長(zhǎng)期運(yùn)行安全可靠和故障率低等優(yōu)點(diǎn)。低頻電源的主要技術(shù)參數(shù)如下:</p><p>　　輸出額定電壓：600V；</p><p>　　輸出額定電流：300A；</p><p>　　輸出的額定頻率：2~5Hz。</p><p&g

44、t;　　本論文針對(duì)以上要求研究的主要內(nèi)容: </p><p>　?。?）深入研究交—交變頻器的基礎(chǔ)理論;</p><p>　　（2）設(shè)計(jì)出交—交變頻器主回路，并且計(jì)算主回路的相應(yīng)參數(shù)，還要計(jì)算出整流變壓器的參數(shù)，根據(jù)參數(shù)選擇合適的電力電子器件;</p><p>　　（3）采用8051單片機(jī)作為低頻信號(hào)發(fā)生器的核心部件，產(chǎn)生三相SPWM波;</p>

45、<p>　　（4）設(shè)計(jì)控制電路中各單元電路，進(jìn)而達(dá)到控制主回路的目的。</p><p>　　交交變頻器的工作原理</p><p>　　交一交變頻器的基本工作原理</p><p>　　單相交交變頻電路的基本原理 </p><p>　　單相交交變頻電路的基本原理圖見(jiàn)圖2.1，電路由P組和N組反并聯(lián)的晶閘管變流電路構(gòu)成。<

46、;/p><p>　　變流器P和N都是相控整流電路，P組工作時(shí)，負(fù)載電流為正，N組工作時(shí)，為負(fù)。讓兩組變流器按一定的頻率交替工作，負(fù)載就得到該頻率的交流電。改變兩組交流器的切換頻率，就可以改變輸出頻率；改變變流電路工作時(shí)的控制角，就可以改變交流輸出電壓的幅值。為了使輸出電壓的波形接近正弦波，可以按正弦規(guī)律對(duì)角進(jìn)行調(diào)制，可在半個(gè)周期內(nèi)讓正組變流器P的控制角按正弦規(guī)律從逐漸減小到或某個(gè)值，然后再逐漸增大到。這樣，每個(gè)控制間

47、隔內(nèi)的平均輸出電壓就按正弦規(guī)律從零逐漸增至最高，再逐漸減低到零。另外半個(gè)周期可對(duì)變流器N進(jìn)行同樣的控制。</p><p>　　觸發(fā)角是變化的，相應(yīng)變頻器的輸出電壓也是交流，實(shí)現(xiàn)變頻。由于這種變頻器無(wú)中間直流環(huán)節(jié)，故稱為交—交變頻器。</p><p>　　為了使輸出電壓的諧波減到最小，正、負(fù)兩組整流器的觸發(fā)延時(shí)角可按余弦規(guī)律進(jìn)行控制。輸出電壓是由輸入電壓波形上截取的片段組成。輸出電壓并不是平

48、滑的正弦波，而是由若干段電源電壓拼接而成。在輸出電壓的一個(gè)周期內(nèi)，所包含的電源電壓段數(shù)越多，其波形就越接近正弦波。因此，圖2.1中的交流電路通常采用6脈波的三相橋式電路或12脈波變流電路。交交變頻電路的優(yōu)點(diǎn)是：只用1次變流，效率較高；可方便地實(shí)現(xiàn)4象限工作；低頻輸出波形接近正弦波。缺點(diǎn)是：接線復(fù)雜，如采用三相橋式電路的三相交交變頻器至少要用36只晶閘管；受電網(wǎng)頻率和變流電路脈波數(shù)的限制，輸出頻率較低；輸入功率因數(shù)較低；輸入電流諧波含量大

49、。</p><p>　　對(duì)于橋式整流電路，如果負(fù)載為感性，并且電流連續(xù)，輸出電壓可表示為:</p><p><b>　　（2-1）</b></p><p>　　式中: 輸出電壓平均值，V</p><p>　?。ㄈ喟霕颍┗?.34（三相全橋），V</p><p>　　—為輸入交流線電壓，V<

50、;/p><p>　　—晶閘管的觸發(fā)角，rad</p><p>　　對(duì)交—交變頻電路，每次的觸發(fā)角都是不同的，式（2-1）中的表示每次觸發(fā)間隔內(nèi)輸出電壓的平均值。</p><p>　　設(shè)要得到的正弦波輸出電壓為</p><p><b>　　（2-2）</b></p><p>　　式中一交流電壓的最大值，

51、V</p><p>　　一交流電壓的角頻率，rad/s</p><p>　　則由式（2-1）和式（2-2）可得</p><p><b>　　（2-3） </b></p><p>　　式中，稱為輸出電壓比。</p><p>　　從上式可以看出，改變輸出電壓的頻率，只需按要求改變正、負(fù)組整流器觸發(fā)

52、角變化的調(diào)制頻率即可。而改變輸出電壓值，只需改變輸出電壓比值即可實(shí)現(xiàn)。當(dāng)時(shí)，輸出電壓最大;當(dāng)時(shí)，輸出電壓為零。</p><p>　　在的一個(gè)周期內(nèi)，包含的電源電壓段數(shù)越多，其波形就越接近正弦波，其輸出波形見(jiàn)圖2.2。</p><p>　　把交交變頻電路理想化，忽略變流電路換相時(shí)的脈動(dòng)分量，就可把電路等效成圖2.3所示的正弦波交流電源和二極管的串聯(lián)。兩組變流電路采取無(wú)環(huán)流工作方式，即一組變流

53、電路工作時(shí)，封鎖另一組變流電路的觸發(fā)脈沖。</p><p>　　圖2.3理想化交交變頻電路的整流和逆變工作狀態(tài)</p><p><b>　　工作過(guò)程如下：</b></p><p>　　~期間：正半周，正組工作，反組被封鎖。</p><p><b>　　其中</b></p><p&

54、gt;　　~： 和均為正，正組整流，輸出功率為正。</p><p>　　~：反向，仍為正，正組逆變，輸出功率為負(fù)。</p><p>　　~期間：負(fù)半周，反組工作，正組被封鎖。</p><p><b>　　其中 </b></p><p>　　~： 和均為負(fù)，反組整流，輸出功率為正。</p><p>

55、　　~：反向，仍為負(fù)，反組逆變，輸出功率為負(fù)。</p><p>　　由上述交交變頻工作過(guò)程可知：哪一組工作由方向決定，與極性無(wú)關(guān)。工作在整流還是逆變，則根據(jù)方向與方向是否相同確定。</p><p>　　考慮無(wú)環(huán)流工作方式下，過(guò)零的死區(qū)時(shí)間，一個(gè)周期可分為6段，具體見(jiàn)圖2.4。</p><p>　　圖2.4無(wú)環(huán)流工作方式</p><p>　　(

56、 1 ) ，，工作于第二象限，反組逆變。</p><p>　　( 2 ) 電流過(guò)零，無(wú)環(huán)流“死時(shí)”。</p><p>　　( 3 ) , ，工作于第一象限，正組整流。</p><p>　　( 4 ) , ，工作于第四象限，正組逆變。</p><p>　　( 5 ) 電流過(guò)零，無(wú)環(huán)流“死時(shí)”。</p><p>　　( 6

57、 ) , ，工作于第三象限，反組整流。</p><p>　　三相交交變頻電路的基本原理</p><p>　　三相輸出的交—交變頻器是由三套輸出電壓彼此相差的單相輸出交—交變頻器組成。主回路有兩種聯(lián)結(jié)方法:公共交流母線進(jìn)線方式（見(jiàn)圖2. 5）和輸出Y聯(lián)結(jié)方式（見(jiàn)圖2.6）。交—交變頻器的輸出電壓是由其各相電網(wǎng)輸入電壓波形的各個(gè)片斷組合而成的, 理想的控制方法是應(yīng)能使輸出電壓的瞬態(tài)值與電網(wǎng)正

58、弦波形的差值保持最小, 即余弦交點(diǎn)法。</p><p>　　所謂余弦交點(diǎn)法就是控制電壓同余弦的同步電壓相比較, 當(dāng)同步電壓等于控制電壓時(shí), 發(fā)出觸發(fā)脈沖, 使相應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通。由于控制電壓按正弦規(guī)律變化, 觸發(fā)脈沖的間隔是不同的。</p><p>　　公共交流母線進(jìn)線方式（見(jiàn)圖2.5）的三套單相輸出交—交變頻器的電源進(jìn)線通過(guò)進(jìn)線電抗器接在50Hz公共母線上，但三個(gè)輸出端必須相互隔離，為此電

59、動(dòng)機(jī)的三個(gè)繞組需拆開，引出六根線。輸出Y聯(lián)結(jié)方式（見(jiàn)圖2. 6）的三套單相輸出端Y聯(lián)結(jié)，電動(dòng)機(jī)繞組不必拆開，引出三根線，變頻器的中點(diǎn)不與電動(dòng)機(jī)的中點(diǎn)接在一起，這時(shí)變頻器的50Hz電源進(jìn)線必須相互隔離。前一種接線方式主要應(yīng)用于中容量，后一種接線方式主要用于大容量。</p><p>　　交一交變頻器控制方式 </p><p>　　輸出信號(hào)為正弦波的調(diào)制</p><p>

60、　　對(duì)于交流電動(dòng)機(jī)供電的交—交變頻器，為了減小諧波的影響和提高變頻器的功率因數(shù)，輸出波形通常采用正弦波。</p><p>　　變頻器中的控制角與同步信號(hào)、移相控制信號(hào)有關(guān)。在同步信號(hào)為正弦波或鋸齒波的觸發(fā)電路中，采用何種形式的移相控制信號(hào)方能獲得正弦輸出，這是角調(diào)制的關(guān)鍵所在。</p><p>　　（l）同步信號(hào)為正弦波的觸發(fā)電路中，, , 間的關(guān)系（見(jiàn)圖2.7）。</p>

61、<p>　　可求得 （2-4）</p><p>　　式中—正弦波同步信號(hào)的最大值。</p><p><b>　　當(dāng)時(shí)，，故</b></p><p>　　得 （2-5）</p><p>　　比較式(2-5)和式(2-3)

62、得 （2-6） </p><p>　　由式(2-6)可見(jiàn)，同步信號(hào)為正弦波的觸發(fā)電路中，移相控制電壓采用和交—交變頻輸出電壓同頻的正弦信號(hào)，便可獲得正弦波輸出。這種 角的調(diào)制方法通常被稱為余弦交截法或余弦控制。</p><p>　?。?）同步信號(hào)為鋸齒波同步

63、信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路中，鋸齒波電壓、偏移電壓、移相控制電壓的關(guān)系如圖2. 8所示。可以看出，鋸齒波的斜率k為</p><p><b>　　（2-7）</b></p><p>　　得 （2-8）</p><p>　　比較式（2-8）和式（2-3）得</p><p><b

64、>　　(2-9)</b></p><p>　　當(dāng)，即時(shí)，，表明移相控制電壓是以為斜率的關(guān)于時(shí)間的一次函數(shù)?？紤]約束條件后，即為三角波，一般情況下，小于1，此時(shí)與t之間的線性關(guān)系不復(fù)存在。取不同值時(shí)的的變化如圖2. 9所示。圖中的值從大到小依次為1、0.8、0.6、0.4、0.2、0.1。由上述所見(jiàn)，同步信號(hào)為鋸齒的觸發(fā)電路，移相控制信號(hào)滿足式(2-9)關(guān)系時(shí)，交—交變頻器也可獲得正弦輸出電壓，而

65、再采用余弦交截法時(shí)不能得到好的正弦波輸出。</p><p><b>　　觸發(fā)控制原則</b></p><p>　　同步信號(hào)為正弦波和鋸齒波的觸發(fā)電路，采用不同移相控制電壓調(diào)制α角時(shí)，均可得到所需的目標(biāo)電壓。同步信號(hào)為正弦波的觸發(fā)電路中的與是比例關(guān)系，移相控制電壓的構(gòu)造簡(jiǎn)單，所以本設(shè)計(jì)中采用該調(diào)制方案。</p><p>　　為了使三相交交變頻器主

66、電路反并聯(lián)的兩個(gè)半橋能夠得到平均值相等而方向相反的輸出電壓，消除直流平均環(huán)流，一組的整流角和另一組的逆變角必須滿足下面的等式：</p><p>　　用解析法推導(dǎo)出觸發(fā)時(shí)間的近似解為：</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　-------從坐標(biāo)原點(diǎn)至觸發(fā)角的電角度（弧度）</p><p>　　--

67、-調(diào)制波的第n次過(guò)零點(diǎn)（弧度）</p><p>　　----------在t=0時(shí)調(diào)制波的相位角（弧度）</p><p>　　Dir=+1 當(dāng)調(diào)制波為正時(shí) Dir=-1 當(dāng)調(diào)制波為負(fù)時(shí)</p><p>　　Sig=+1 當(dāng)基準(zhǔn)波為正時(shí) Sig=-1 當(dāng)基準(zhǔn)波為負(fù)時(shí)</p><p>　　M----------調(diào)制系數(shù)0<M<

68、1, M=基準(zhǔn)波幅值/調(diào)制波幅值</p><p>　　---------調(diào)制波頻率（弧度/秒）</p><p>　　---------基準(zhǔn)波頻率（弧度/秒）</p><p>　　交一交變頻器的輸入輸出特性</p><p><b>　　輸出上線頻率</b></p><p>　　當(dāng)輸出頻率增高時(shí)，輸出

69、電壓一周期所包含電網(wǎng)電壓段數(shù)減少，波形畸變嚴(yán)重。電壓波形畸變及其導(dǎo)致的電流波形畸變和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是限制輸出頻率提高的主要因素。</p><p>　　就輸出波形畸變和輸出上線頻率的關(guān)系而言，很難確定一個(gè)明顯的界限。</p><p>　　當(dāng)采用6脈波三相橋式電路時(shí)，輸出上線頻率不高于電網(wǎng)頻率的~。電網(wǎng)頻率為50Hz時(shí)，交交變頻電路的輸出上線頻率約為20Hz。</p><p>

70、;<b>　　輸入功率因數(shù)</b></p><p>　　輸入電流相位滯后于輸入電壓，需要電網(wǎng)提供無(wú)功功率。</p><p>　　一周期內(nèi)，角以90°為中心變化。輸出電壓比越小，半周期內(nèi)的平均值越靠近90°。負(fù)載功率因數(shù)越低，輸入功率因數(shù)也越低。不論負(fù)載功率因數(shù)是滯后的還是超前的，輸入的無(wú)功電流總是滯后。</p><p>&l

71、t;b>　　輸出電壓諧波</b></p><p>　　輸出電壓的諧波頻譜非常復(fù)雜，既和電網(wǎng)頻率以及變流電路的脈波數(shù)有關(guān)，也和輸出頻率有關(guān)。</p><p>　　采用三相橋時(shí)，輸出電壓所含主要諧波的頻率為</p><p><b>　　，，，</b></p><p><b>　　，，，</b

72、></p><p>　　采用無(wú)環(huán)流控制方式時(shí)，由于電流方向改變時(shí)死區(qū)的影響，將增加、等次諧波。</p><p><b>　　輸入電流諧波</b></p><p>　　輸入電流波形和可控整流電路的輸入波形類似，但其幅值和相位均按正弦規(guī)律被調(diào)制。采用三相橋式電路的交交變頻電路，輸入電流諧波頻率：</p><p>　　式

73、中，k=1，2，3， ；l=0，1，2， 。</p><p><b>　　本章小結(jié)</b></p><p>　　本章對(duì)交—交變頻器的工作原理進(jìn)行了分析，在低頻低壓工作下，對(duì)變頻調(diào)速的機(jī)械特性進(jìn)行了深入的研究，并對(duì)交交變頻器的輸入輸出特性進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析，從而得到了低頻制動(dòng)及拖動(dòng)的基本理論。</p><p>　　交一交變頻器主回路的設(shè)計(jì)</

74、p><p><b>　　環(huán)流的控制原則</b></p><p>　　交交變頻系統(tǒng)在低頻輸出時(shí)，如果正組P輸出電壓與負(fù)組N輸出電壓，同以控制角來(lái)觸發(fā)，則兩組的平均輸出電壓相等，但瞬時(shí)輸出電壓不相等。很顯然，P組和N組將構(gòu)成閉環(huán)回路產(chǎn)生環(huán)流，環(huán)流大小由回路阻抗決定。</p><p>　　通常采用兩種方法限制環(huán)流：</p><p>

75、;<b>　　電抗器環(huán)流限制法；</b></p><p>　　分時(shí)邏輯控制法，即任何時(shí)刻，只允許一組導(dǎo)通，無(wú)環(huán)流回路，阻斷環(huán)流的產(chǎn)生。</p><p>　　交交變頻器的工作方式分：有環(huán)流方式、無(wú)環(huán)流方式和可控環(huán)流方式。在自然環(huán)流工作方式下，環(huán)流的大小取決于環(huán)流電壓的大小和環(huán)流電抗器的阻抗值。當(dāng)環(huán)流電抗器的電感量足夠大時(shí)，即使在輕載情況下，也能維持負(fù)載電流的連續(xù)，但環(huán)流

76、電抗器體積大，損耗增加。</p><p>　　可控環(huán)流工作方式，這種方式結(jié)合了上面兩種方式的優(yōu)點(diǎn)，在輕載情況下采用自然環(huán)流工作方式。雖然環(huán)流電抗器的體積和損耗大大降低，但控制相對(duì)復(fù)雜。采用無(wú)環(huán)流工作方式，這種方式不需要環(huán)流電抗器，但在輕載情況下不能維持負(fù)載電流的連續(xù)。</p><p>　　交一交變頻器主電路設(shè)計(jì)</p><p>　　本系統(tǒng)的交交變頻器輸出頻率較低，達(dá)

77、1/12工頻，對(duì)稱三相感性負(fù)載（電機(jī)）可以降低一些高次諧波含量，為了降低成本，主回路采用了3脈沖零式電路結(jié)構(gòu)。一個(gè)輸出相由反并聯(lián)的兩個(gè)半橋組成，用了6只晶閘管；三相輸出由18只晶閘管構(gòu)成，其特點(diǎn)是比全橋元件少，成本低，控制線路簡(jiǎn)單，故障率低，運(yùn)行安全可靠;缺點(diǎn)是輸出波形比全橋差。</p><p>　　選用半橋主電路完全能夠滿足提升機(jī)制動(dòng)、爬行段的特性，主電路是由三個(gè)三相半波無(wú)環(huán)流可逆整流電路構(gòu)成一個(gè)輸出三相低頻的

78、電路，也稱三相半波“循環(huán)變流器”。所有共陰極的三只晶閘管整流元件稱之為正組，用P表示;所有共陽(yáng)極的三只晶閘管整流元件稱為負(fù)組，用N表示。</p><p>　　交—交變頻器的每一相都是由兩組晶閘管整流裝置反并聯(lián)的可逆線路構(gòu)成。正反組按一定周期相互切換，在負(fù)載上就獲得交變的輸出電壓，輸出電壓的幅值決定于各組整流裝置的控制角α，輸出電壓的頻率決定于兩組整流裝置的切換頻率。如果控制角α恒定不變，則輸出平均電壓為方波。如果

79、希望得到正弦波輸出，就必須在每一組整流器導(dǎo)通期間，不斷地改變控制角。例如，在正組導(dǎo)通的半個(gè)周期中，使控制角α由（對(duì)應(yīng)于平均電壓）逐漸減少到0（對(duì)應(yīng)于平均電壓最大），然后在逐漸增加到,也就是使α角在~0~之間變化，則整流的平均輸出電壓就由零變到最大值，再由最大值變到零，呈正弦規(guī)律變化（見(jiàn)圖3. 2）。平均輸出電壓為圖中細(xì)線所示的低頻正弦波，對(duì)反組導(dǎo)通的半個(gè)周期的控制也是相同的。 </p><p>　　每相兩組晶閘管

80、整流器的工作狀態(tài)取決于電壓方向和電流方向的關(guān)系。當(dāng)電壓與電流同方向時(shí)，該組晶閘管整流器工作在整流狀態(tài):兩者反向時(shí)，該組晶閘管工作在逆變狀態(tài)，兩組整流器按電流方向正負(fù)進(jìn)行交替工作。圖3. 3顯示了對(duì)于不同性質(zhì)負(fù)載時(shí)的輸出電壓、電流及兩組晶閘管整流器的工作狀態(tài)。</p><p><b>　　主電路器件選擇</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)的晶閘管整流主電路為三相零式電路

81、，在輸出電壓的最大值和主電路形式一定的情況下，變壓器二次側(cè)相電壓有效值只能在一個(gè)較小的范圍內(nèi)變化。因?yàn)檫x擇過(guò)高，則用晶閘管進(jìn)行調(diào)制時(shí)控制角α過(guò)大，造成功率因數(shù)變壞，無(wú)功功率增加，并在電源回路的電感上產(chǎn)生很大的壓降;若選擇過(guò)低，則有可能在晶閘管的控制角α=0時(shí)仍達(dá)不到負(fù)載要求的電壓額定值，裝置就不能輸出額定功率。在一般情況下，晶閘管裝置所要求的交流供電電壓與電網(wǎng)電壓往往不一致，同時(shí)考慮電力電子設(shè)備的諧波對(duì)電網(wǎng)的干擾等問(wèn)題，通常要配制整流變

82、壓器。</p><p><b>　　整流變壓器的確定</b></p><p>　　（1）低頻電源輸出頻率:</p><p><b>　　式中:</b></p><p><b>　　一輸出頻率，Hz</b></p><p>　　一輸入(電源)頻率，Hz&l

83、t;/p><p>　　一提升機(jī)爬行速度，m/S</p><p>　　一提升機(jī)最大速度，m/S</p><p>　　考慮低頻電源特性較軟，所以取3.6 Hz。</p><p>　?。?）低頻電源電壓計(jì)算:</p><p>　　為保證電動(dòng)機(jī)有一定的過(guò)載能力，需要對(duì)電源電壓進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償，補(bǔ)償系數(shù)取1.2。</p>

84、<p><b>　　則：</b></p><p><b>　　一電源線電壓</b></p><p>　?。?）整流變壓器副邊線電壓:</p><p>　　考慮電網(wǎng)電壓波動(dòng)為10%，各環(huán)節(jié)電壓降為5%，</p><p><b>　　∴</b></p>&

85、lt;p>　　一整流變壓器副邊線電壓;</p><p>　　一整流變壓器副邊相電壓。</p><p>　　（4）變壓器二次側(cè)電流:</p><p>　　由于本設(shè)計(jì)為交一交變頻器，不經(jīng)過(guò)中間直流環(huán)節(jié)，所以二次側(cè)電流取電動(dòng)機(jī)額定電流，并且由于變壓器的二次側(cè)接線方法為星形，線電流等于相電流，所以取 </p><p><b>　　

86、（5）變壓器容量:</b></p><p>　　電動(dòng)機(jī)的最大負(fù)載電流為:</p><p><b>　　∴</b></p><p>　　考慮留有一定裕量取變壓器容量為200kVA。</p><p><b>　　整流器件選擇</b></p><p><b>

87、　　確定可控硅電壓:</b></p><p>　　確定可控硅電流:晶閘管額定電流按最大負(fù)載時(shí)的情況來(lái)選擇可控硅。</p><p>　　考慮允許最大沖擊電流為最大負(fù)載電流的4倍</p><p><b>　　取 </b></p><p>　　綜上所述，選取18個(gè)電壓2000V，電流5OOA的可控硅。</p

88、><p>　　電流互感器及其并聯(lián)電阻的選擇</p><p>　　由于電動(dòng)機(jī)額定電流為116A，故電流互感器變比為500: 1，</p><p><b>　　--取樣電流</b></p><p><b>　　取樣電壓u=10V</b></p><p><b>　　取 &l

89、t;/b></p><p>　　考慮到電流裕量，功率P取25W。</p><p>　　綜上所述，選取三個(gè)變比為500:1的電流互感器，和三個(gè)的取樣電阻。</p><p>　　計(jì)算中，三相異步電動(dòng)機(jī)參數(shù):</p><p>　　型號(hào):YRl18/54-8 聯(lián)結(jié)方式:Y接 頻率:50Hz</p><

90、p>　　轉(zhuǎn)子電壓:1045 V 轉(zhuǎn)子電流:594A 轉(zhuǎn)速:741 r/min</p><p>　　額定功率:1000kW 額定電流:116A 額定電壓:6000V</p><p>　　提升機(jī)參數(shù):爬行速度:O.5m/s</p><p>　　最大速度:7.8m/s</p><p><b>

91、　　本章小結(jié)</b></p><p>　　本章分析了交一交變頻器環(huán)流的控制原則，及本系統(tǒng)選擇有環(huán)流的控制方式。根據(jù)這種方式設(shè)計(jì)了主電路的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的控制方法，并計(jì)算了整流變壓器，整流器件的參數(shù)。</p><p>　　千萬(wàn)不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印?！敖Y(jié)論”以前的所有正文內(nèi)容都要編寫在此行之前。</p><p>　　基于單片機(jī)交交變頻器控制電路的

92、設(shè)計(jì)</p><p><b>　　8051單片機(jī)簡(jiǎn)介</b></p><p>　　單片機(jī)（Microcontroller,又稱微控制器）是在一塊硅片上集成了各種部件的微型計(jì)算機(jī)，這些部件包括中央處理器CPU、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM、程序存儲(chǔ)器ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和多種I/O接口電路。</p><p>　　8051單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4.1。<

93、/p><p>　　8051是MCS-51系列單片機(jī)的一個(gè)產(chǎn)品。MCS-51系列單片機(jī)是Intel公司推出的通用型單片機(jī)。它的基本型產(chǎn)品是8051、8031和8751。這三個(gè)產(chǎn)品只是片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的制造工藝不同。8051的內(nèi)部程序存儲(chǔ)ROM為掩膜式的，在制造芯片時(shí)已將應(yīng)用程序固化進(jìn)去，使它具有了某種專用功能；8031片內(nèi)無(wú)ROM，使用時(shí)需外接ROM；8751的片內(nèi)ROM是EP-ROM型的，固話的應(yīng)用程序可以方便的改寫。

94、</p><p>　　以上三個(gè)器件是HMOS工藝的。此外還有低功耗基本型的CMOS工藝器件80C51、80C31、87C51等，分別與上述器件兼容。CMOS具有低功耗的特點(diǎn)。如8051功耗約為630mW，而80C51的功耗只有120mW。</p><p>　　除片內(nèi)ROM類型不同外，8051、8031、8751的其它性能完全相同，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：</p><p>&

95、lt;b>　　8位CPU;</b></p><p>　　片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路；</p><p><b>　　32根I/O線；</b></p><p>　　外部存儲(chǔ)器尋址范圍ROM、RAM各64K；</p><p>　　2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；</p><p>　　5個(gè)中斷源，2個(gè)

96、中斷優(yōu)先級(jí)；</p><p><b>　　全雙工串行口；</b></p><p><b>　　布爾處理器。</b></p><p>　　MCS-51系列單片機(jī)已有十多個(gè)產(chǎn)品，性能如下表所示：</p><p>　　表中列出了四組性能上略有差異的單片機(jī)。前兩組屬于同一規(guī)格，都可稱為51系列。后兩組為52

97、系列，性能要高于51系列，除了存儲(chǔ)器配置等差別外，8052片內(nèi)ROM中還掩膜了BASIC解釋程序，因而可以直接使用BASIC程序。此外，87C51和87C52還具有兩級(jí)程序保密系統(tǒng)。</p><p>　　8051芯片引腳及其功能</p><p>　　8051單片機(jī)是采用40引腳雙列直插封裝的芯片，有些引腳具有兩種功能。引腳見(jiàn)圖4.2。</p><p><b&g

98、t;　　引腳功能如下：</b></p><p>　?。?0）：電源+5V</p><p><b>　?。?0）：接地</b></p><p>　　XTAL1（19）和XTAL2（18）:使用內(nèi)部震蕩電路時(shí)，用來(lái)接石英晶體和電容，使用外部時(shí)鐘時(shí)，用來(lái)輸入時(shí)鐘脈沖。</p><p>　　P0口（39~32）：雙向

99、I/O口，即可以做地址/數(shù)據(jù)總線口，也可以做普通I/O口。</p><p>　　P1口（1~8）：準(zhǔn)雙向通用I/O口。</p><p>　　P2口（21~28）：準(zhǔn)雙向口，既可以作地址總線口輸出地址高8位，也可以作普通I/O口用。</p><p>　　P3口（10~17）：多用途端口，既可以作普通I/O口用，也可以每位定義的第二功能操作。</p>&l

100、t;p>　　（30）：地址所存信號(hào)輸出端。在訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，ALE為有效高電平時(shí)，P0口輸出地址低8位，可以用ALE信號(hào)作外部地址鎖存器的鎖存信號(hào)。可以做系統(tǒng)中其它芯片的時(shí)鐘源。</p><p>　　第二功能是對(duì)8751的EPROM編程時(shí)的編程脈沖輸入端。</p><p>　　RST/（9）：復(fù)位信號(hào)輸入端。8051接通電源后，在時(shí)鐘電路作用下，該腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)震蕩周

101、期）以上的高電平，使內(nèi)部復(fù)位。第二功能是,即備用電源輸入端。當(dāng)主電源發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值時(shí)，將為RAM提供備用電源，以保證存儲(chǔ)在RAM中的信號(hào)不丟失。</p><p>　　/（31）：內(nèi)部和外部程序存儲(chǔ)器選擇線。=0時(shí)訪問(wèn)外部ROM 0000H~FFFFH空間訪問(wèn)外部ROM。</p><p>　　在對(duì)8751的EPROM編程時(shí)此腳接編程電壓12.5V。</p><

102、;p>　?。?9）：片外程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)，低電平有效</p><p><b>　　零電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　零電流檢測(cè)環(huán)節(jié)用于向無(wú)環(huán)流換相邏輯提供零電流信號(hào)，為實(shí)現(xiàn)無(wú)環(huán)流切換，引入無(wú)環(huán)流“死時(shí)”，對(duì)于交—交變頻器來(lái)說(shuō)，要求無(wú)環(huán)流“死時(shí)”小于2ms。</p><p>　　無(wú)環(huán)流“死時(shí)”由兩級(jí)延時(shí)造成。</p&g

103、t;<p>　　第一級(jí)延時(shí)用于可靠的檢測(cè)零電流，在直流傳動(dòng)系統(tǒng)中，零電流信號(hào)大多通過(guò)電流實(shí)際值信號(hào)與一個(gè)基準(zhǔn)值相比較而獲得(見(jiàn)圖4.3)。基準(zhǔn)值不能取的太小，否則會(huì)引起誤動(dòng)作，因此在零電流信號(hào)出現(xiàn)時(shí)主回路電流不一定斷續(xù)，例如圖中第一個(gè)零電流信號(hào)出現(xiàn)時(shí)電流沒(méi)斷續(xù)，如果封鎖脈沖，晶閘管無(wú)法阻斷。為避免發(fā)生這種情況而引入第一級(jí)延時(shí)，只有零電流信號(hào)延時(shí)持續(xù)時(shí)間大于(圖中第二個(gè)零電流脈沖寬度，對(duì)應(yīng)與臨界斷續(xù)情況)時(shí)，才封鎖工作組脈沖

104、。第一級(jí)延時(shí)一般整定為1-1.5ms。</p><p>　　經(jīng)第一級(jí)延時(shí)，無(wú)環(huán)流換相邏輯發(fā)出封鎖指令，但有可能在指令發(fā)出瞬間下一個(gè)晶閘管己被觸發(fā)(見(jiàn)圖4. 3中ɑ點(diǎn))，雖然脈沖己被封鎖，但晶閘管仍導(dǎo)通，要持續(xù)到b點(diǎn)才阻斷。如果在ɑ點(diǎn)(第一級(jí)延時(shí)結(jié)束時(shí)刻)發(fā)送待工作組脈沖，會(huì)導(dǎo)致電源短路，換向失敗，為此需要二次延時(shí)，待工作組脈沖在第二級(jí)延時(shí)結(jié)束后才發(fā)送。第二級(jí)延時(shí)時(shí)間大于3.3ms，因?yàn)樵陔娏鲾嗬m(xù)時(shí)每個(gè)電流波持續(xù)時(shí)

105、間小于3.3ms(由c點(diǎn)到b點(diǎn)時(shí)間間隔小于3.3ms )，延時(shí)3.3ms后原導(dǎo)通的晶閘管肯定己阻斷，由于沒(méi)有觸發(fā)脈沖，也不會(huì)有新的晶閘管導(dǎo)通，這時(shí)發(fā)送待工作組脈沖不會(huì)產(chǎn)生環(huán)流。</p><p>　　上述兩級(jí)延時(shí)加起來(lái)，總“死時(shí)”約5ms。對(duì)于交—交變頻器來(lái)說(shuō)太長(zhǎng)了。要減小“死時(shí)”，就必須采用光電零電流檢測(cè)。因?yàn)閷?duì)無(wú)環(huán)流交—交變頻系統(tǒng)，若用傳統(tǒng)的電流互感器檢測(cè)輸出電流，由于互感器的貯能，會(huì)導(dǎo)致零電流信號(hào)的延遲。隨著

106、輸出電流與頻率的變化，延遲時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)。用磁平衡式的霍爾電流傳感器雖能解決這個(gè)問(wèn)題，但檢測(cè)的僅是輸出電流。要求無(wú)環(huán)流死區(qū)小于2ms為保證晶閘管的可靠換流，須有足夠的開關(guān)等待時(shí)間，滿足不了小于2ms死區(qū)的要求，故采用光電零電流檢測(cè)環(huán)節(jié)。</p><p>　　新的光電零電流檢測(cè)環(huán)節(jié)基于測(cè)量變頻器中每個(gè)臂的晶閘管壓降，晶閘管導(dǎo)通時(shí)管壓降為零。關(guān)斷時(shí)管壓降不為零，如果一個(gè)橋中3個(gè)臂的管壓降均不為零，則表示“零電流”狀態(tài)，只

107、要有一個(gè)臂的管壓降等于零，就是有電流狀態(tài)。</p><p>　　由于晶閘管對(duì)地電壓高，所以用光電禍合器測(cè)量管壓降。當(dāng)晶閘管導(dǎo)通時(shí)，陽(yáng)極和陰極之間的電壓約為1V，當(dāng)晶閘管關(guān)斷時(shí)，陽(yáng)極和陰極之間的電壓近似等于電源電壓。因此，只要檢測(cè)晶閘管陽(yáng)極對(duì)陰極的電壓，就可以判斷它是否關(guān)斷(見(jiàn)圖4. 2 ),。以A相晶閘管K11~K16為例，K11上的電壓經(jīng)由二極管整流橋整流后加到光電耦合器上，當(dāng)K11, K14任意一個(gè)導(dǎo)通時(shí)，兩

108、端電壓為零，光電藕合器中光敏三極管截止，輸出低電平;反之，當(dāng)Kl1,K14全部關(guān)斷時(shí)，其管壓降為電源線電壓，這個(gè)電壓使得光電禍合器中光敏三極管導(dǎo)通，輸出高電平。R1是限流電阻，穩(wěn)壓管ZD1和ZD2的作用是設(shè)置一個(gè)門坎電壓以抗干擾。</p><p>　　光電零電流檢測(cè)從原理上來(lái)說(shuō)不存在零電流信號(hào)出現(xiàn)而主回路電流不是零的情況，兩級(jí)延時(shí)都可以取消。實(shí)際上，為防止干擾，第一級(jí)延時(shí)被保留，但減小到0.3ms，如果零電流信號(hào)

109、持續(xù)時(shí)間超過(guò)0.3ms，則說(shuō)明它不是干擾信號(hào)，而是真的“零電流”，封鎖工作組脈沖;第二級(jí)延時(shí)也保留，但作用不同，它主要用來(lái)防止在邏輯動(dòng)作時(shí)間里新的晶閘管被觸發(fā)。若在原工作組封鎖后第一段時(shí)間里沒(méi)有電流出現(xiàn)，說(shuō)明沒(méi)有新的晶閘管被觸發(fā)，可以立即發(fā)送待工作組脈沖，若在這段時(shí)間里有電流出現(xiàn)切換過(guò)程停止，待電流再次降到零時(shí)重新開始計(jì)時(shí)。第二級(jí)延時(shí)約0.75ms，兩級(jí)總延時(shí)為l.l ms。其工作原理(見(jiàn)圖4. 3)。</p><p

110、><b>　　正弦波觸發(fā)電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　在2. 2節(jié)中己經(jīng)介紹了觸發(fā)角的調(diào)制方式，然而對(duì)于交—交變頻器這樣的設(shè)備來(lái)說(shuō)，首先它所控制的電機(jī)容量大，那么就要求此電源諧波成分盡量小，以減小諧波污染和諧波給電機(jī)本身帶來(lái)的危害，所以要求輸出電流盡量接近于正弦波;其次，如果設(shè)備輸出的電流波形質(zhì)量不是很好，電機(jī)的運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生一些顫動(dòng)。</p><p>　　

111、同樣余弦交截法，采用正弦波移相觸發(fā)電路與鋸齒波移相觸發(fā)電路兩種調(diào)制方案的低頻電源，其輸出電流波形有很大的區(qū)別，前者正弦度非常好，而后者顯尖頂波狀，而且輸出電流越大越明顯。</p><p>　　鑒于目前沒(méi)有已集成好的正弦波移向觸發(fā)電路，故論文中采用了門電路設(shè)計(jì)了正弦波移向觸發(fā)電路(見(jiàn)圖4. 4 )和正弦觸發(fā)原理圖(見(jiàn)圖4. 5)。</p><p>　　圖4.5正弦觸發(fā)原理圖</p>

112、;<p>　　W1和C2構(gòu)成對(duì)同步電壓抗干擾及移相的功能，對(duì)于A相來(lái)說(shuō)，在整流變壓器和同步變壓器的相序和接法一致的情況下，選B為其同步電壓，與移相后的同步電壓相加后由電壓比較器IC 1對(duì)零電位進(jìn)行比較，輸出為一方波電壓。當(dāng)時(shí)，電壓比較器IC 1的輸出為一與經(jīng)移相后的同步電壓反相的方波。當(dāng)電壓比較器輸出的方波的下降沿到來(lái)時(shí)，經(jīng)C7微分，則IC7A輸出一定寬度的正脈沖，脈沖寬度，用來(lái)開啟IC7A與非門。由IC10A、IC10B

113、、R32、 R33、R34、D16和C13構(gòu)成振蕩器電路，其低電平持續(xù)的時(shí)間約為，這樣在IC7B端輸出就為一寬度為，電平持續(xù)的時(shí)間約為的脈沖串，通過(guò)后級(jí)的復(fù)合三極管的功率放大對(duì)晶閘管的門極進(jìn)行觸發(fā)。用脈沖串進(jìn)行觸發(fā)的作用有二：</p><p>　　防止脈沖變壓器飽和，不能可靠地觸發(fā)晶閘管；</p><p>　　降低控制用直流電源的輸出電流，從而整體降低控制用直流電源的輸出功率。</p

114、><p>　　圖中D 1，D2起限制，的作用，K端是正反組可控硅脈沖選擇端來(lái)自換向邏輯單元。</p><p><b>　　調(diào)節(jié)器電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　調(diào)節(jié)電路完成的功能是自動(dòng)調(diào)節(jié)低頻制動(dòng)力矩和給定爬行力矩(見(jiàn)圖4. 6 )。由8腳引入的測(cè)速電機(jī)測(cè)得的電機(jī)主速度信號(hào)，經(jīng)精密整流電路將測(cè)速電機(jī)的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為負(fù)的電壓信號(hào)，用它來(lái)表征電機(jī)

115、的轉(zhuǎn)速，當(dāng)減速繼電器J1閉合時(shí)，即到達(dá)減速點(diǎn)前，電子開關(guān)10腳為0V，運(yùn)放IC3的輸入端即R8左端接地，調(diào)節(jié)器輸出端即IC5的6腳為0，低頻輸出為一較小的給定電壓。當(dāng)J1點(diǎn)打開時(shí)，即到達(dá)減速點(diǎn)時(shí)，電子開關(guān)的10腳由R24引入高電平，調(diào)節(jié)器輸入端即R8的左端與精密整流器的輸出端相連。由UIA, U1B組成調(diào)節(jié)電路，其工作原理為由U1A和U1B組成給定積分器，給出減速的速度圖，由U2A構(gòu)成速度調(diào)節(jié)器，使提升機(jī)按給定積分器給出的速度圖進(jìn)行減速

116、。</p><p>　　IC7和IC8組成的精密整流電路將由12腳引入的低頻電流信號(hào)進(jìn)行整流，然后驅(qū)動(dòng)電流表，使低頻電流的指示穩(wěn)定而且準(zhǔn)確。</p><p>　　圖4. 6調(diào)節(jié)器電路原理圖</p><p><b>　　檢測(cè)單元電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　檢測(cè)電路主要完成三個(gè)功能:消弧延時(shí);過(guò)流保護(hù);電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)

117、檢測(cè)。檢測(cè)單元電路原理圖(見(jiàn)圖4. 7)。</p><p><b>　　消弧延時(shí)</b></p><p>　　當(dāng)ZC1(電動(dòng)機(jī)正向接觸器的常開點(diǎn))或FC 1（1號(hào)電動(dòng)機(jī)反向接觸器的常開點(diǎn))或DZC 1(電動(dòng)機(jī)投低頻電源接觸器常開點(diǎn))閉合時(shí)，+V加在IC3運(yùn)放反向輸入端，其輸出的積分電壓與W2和R25的分壓值進(jìn)行比較，即經(jīng)過(guò)延時(shí)后U3A的輸出為正，推動(dòng)N6和N7，則XH

118、J(消弧繼電器)上電。</p><p><b>　　過(guò)流保護(hù)</b></p><p>　　由電流互感器取變壓器二次側(cè)的電流信號(hào)，經(jīng)三個(gè)的電阻轉(zhuǎn)換成三相電壓信號(hào)，經(jīng)D8-D13二極管整流后輸出一個(gè)負(fù)電壓，經(jīng)IC3的U3C運(yùn)放比較后輸出，當(dāng)線電流大于500A時(shí)，運(yùn)放輸出為正，N8和N9導(dǎo)通，GLJ(過(guò)流繼電器)上電，進(jìn)線接觸器掉電，使低頻電源與變壓器二次側(cè)分離。</

119、p><p><b>　　電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)</b></p><p>　　由19腳引入線電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)取自電壓互感器，18腳引入的是線電流信號(hào)，該電流信號(hào)取自電流互感器，其中J1是減速繼電器。當(dāng)提升機(jī)到減速點(diǎn)前，JI帶電，此時(shí)檢測(cè)單元電路未投入，到減速點(diǎn)時(shí)，J1上電，根據(jù)此時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)和，的相位差達(dá)到設(shè)定值時(shí)，U1A輸出高電平并記憶住，DZT 1動(dòng)作，經(jīng)消弧延時(shí)后，D