阻轉(zhuǎn)矩負(fù)載計(jì)算機(jī)速度調(diào)節(jié)拖動(dòng)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

1、阻轉(zhuǎn)矩負(fù)載計(jì)算機(jī)速度調(diào)節(jié)拖動(dòng)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)工 學(xué) 部 工學(xué)一部專 業(yè)自動(dòng)化班 級b641301學(xué) 號 b641303101姓 名金延野指導(dǎo)教師趙文成負(fù)責(zé)教師趙文成沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院2010年6月沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘 要本文是以阻轉(zhuǎn)矩負(fù)載計(jì)算機(jī)速度調(diào)節(jié)拖動(dòng)系統(tǒng)為研究對象,依據(jù)電機(jī)與電力拖動(dòng)系統(tǒng)的基本理論，最終能夠?qū)崿F(xiàn)正向與反向分別平滑起動(dòng)、提速、減速、停車的控制，并且能夠應(yīng)對緊急意外情況，實(shí)現(xiàn)過壓停車、過熱停車、堵轉(zhuǎn)停車以及越限停車等。本設(shè)計(jì)應(yīng)用三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性中各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，并且采用轉(zhuǎn)子電路內(nèi)串聯(lián)對稱電阻進(jìn)行調(diào)速和能耗制動(dòng)的方法；其中主電路選用三相橋式

2、全控整流電路。在本文的軟件設(shè)計(jì)中應(yīng)用c語言和keil軟件進(jìn)行編程，并給出相應(yīng)的程序流程圖；在硬件的使用方面最大限度的使硬件結(jié)構(gòu)達(dá)到最簡，并且使軟件功能實(shí)現(xiàn)最大化，因此系統(tǒng)的可靠性大大提高。關(guān)鍵詞：阻轉(zhuǎn)矩負(fù)載；計(jì)算機(jī)調(diào)速；轉(zhuǎn)子串電阻；能耗制動(dòng)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 posit

3、ive 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 opera

4、tion 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 programmi

5、ng, 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 錄第

6、一章 緒論11.1 課題背景11.2 阻轉(zhuǎn)矩的概述11.3 電力拖動(dòng)技術(shù)的發(fā)展概況21.4 課題任務(wù)及要求4第二章 方案論證62.1整流電路62.1.1單向可控整流電路的工作原理62.1.2三相橋式全控整流電路82.2電機(jī)方案論證112.2.1 直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)分析112.2.2三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性分析14第三章 電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)263.1程序設(shè)計(jì)流程26第四章 軟件的使用與介紹334.1軟件編程介紹334.2 c語言的介紹與使用334.3 keil軟件的開發(fā)與介紹34第五章 結(jié)論36致 謝37參考文獻(xiàn)38附錄 程序清單39iii沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第一章

7、緒論1.1 課題背景“拖動(dòng)”就是應(yīng)用各種原動(dòng)機(jī)使生產(chǎn)機(jī)械特產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，以完成一定的生產(chǎn)任務(wù)。而用各種電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)方式稱為“電力拖動(dòng)”。在運(yùn)動(dòng)方程式中，阻轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系=f（n）即為生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性。負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小和多種因素有關(guān)。以車床主軸為例，當(dāng)車床切削工作時(shí)，主軸轉(zhuǎn)矩與切削速度、切削量的大小、工作直徑、工作材料以及刀具類型等都有密切關(guān)系。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，大多數(shù)生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性可歸納為三種類型即恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性、通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性、恒功率負(fù)載特性。發(fā)電機(jī)在電路中用字母“g”表示。它的主要作用是利用機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，目前最常用的是，利用熱能、水能等推動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子來發(fā)電，隨著風(fēng)力發(fā)電技

8、術(shù)的日趨成熟，風(fēng)電也慢慢走進(jìn)我們的生活。 變壓器在有的書上稱之為靜止的電機(jī)。從電機(jī)的定義發(fā)現(xiàn)，這么說也有它的道理的。電機(jī)按工作電源種類劃分可分為直流電機(jī)和交流電機(jī)；按工作原理劃分可分為直流電動(dòng)機(jī)、異步電機(jī)、同步電機(jī)；也可按運(yùn)轉(zhuǎn)速度劃分為高速電動(dòng)機(jī)、低速電動(dòng)機(jī)、恒速電動(dòng)機(jī)、調(diào)速電動(dòng)機(jī)。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是略低于旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速，同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與負(fù)載大小無關(guān)而始終保持為同步轉(zhuǎn)速。1.2 阻轉(zhuǎn)矩的概述阻轉(zhuǎn)矩又稱“反抗性”轉(zhuǎn)矩。大多數(shù)生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性可歸納為三種類型即恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性、通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性、恒功率負(fù)載特性。所謂恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，就是指負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速n無關(guān)的特性，即當(dāng)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，負(fù)載

9、轉(zhuǎn)矩保持常值。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載多數(shù)是反抗性的，也有位能性的。反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性的特點(diǎn)是，恒轉(zhuǎn)矩總是反對運(yùn)動(dòng)方向。屬于這類特性的負(fù)載有金屬的壓延機(jī)構(gòu)、機(jī)床平移機(jī)構(gòu)。位能性恒值負(fù)載轉(zhuǎn)矩則與反抗性的特性不同，它由拖動(dòng)系統(tǒng)中某些具有位能的部件（如起重類型負(fù)載中的重物）造成，其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩具有固定的方向，不隨速度方向改變而改變。上述兩種類型負(fù)載變化的圖形將在后面介紹。通風(fēng)機(jī)負(fù)載的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速大小有關(guān)，基本上與轉(zhuǎn)速的二次方成正比。屬于通風(fēng)機(jī)負(fù)載的生產(chǎn)機(jī)械有離心式通風(fēng)機(jī)、水泵油泵等，其中空氣水油等介質(zhì)對機(jī)器葉片的阻力基本上和轉(zhuǎn)速的二次方成正比。恒功率負(fù)載特性，一些機(jī)床，如車床，在粗加工時(shí)，切削量大，切削阻力大，此時(shí)

10、開低速；在精加工時(shí)，切削量小，切削力小，往往開高速。因此，在不同轉(zhuǎn)速下，負(fù)載轉(zhuǎn)矩基本上與轉(zhuǎn)速成反比。 可見，切削功率基本不變負(fù)載轉(zhuǎn)矩與n的特性曲線呈現(xiàn)恒功率的性質(zhì)。必須指出實(shí)際生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性可能是以上幾種類型的綜合。例如，實(shí)際通風(fēng)機(jī)除了主要是通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性外，由于其軸承上還有一定的摩擦轉(zhuǎn)矩，因而實(shí)際通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性應(yīng)為又如機(jī)床刀架等機(jī)構(gòu)在平移時(shí)，負(fù)載的特性基本上是反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，但從靜止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)及當(dāng)轉(zhuǎn)速還很低時(shí)，由于潤滑油還沒有散開，靜摩擦系數(shù)攪動(dòng)摩擦系數(shù)大，摩擦阻力較大。另外當(dāng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)時(shí)，有一些油或風(fēng)的阻力，通常帶有通風(fēng)機(jī)負(fù)載性質(zhì)這導(dǎo)致在轉(zhuǎn)速較高時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩會略見增高。電動(dòng)機(jī)的機(jī)

11、械特性和負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性兩者繪制在同一個(gè)圖上，成為分析電力拖動(dòng)系統(tǒng)的重要工具，他們在某種配合下，其交點(diǎn)可能是穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)。利用電動(dòng)機(jī)與負(fù)載兩種特性可以清楚的分析電力拖動(dòng)系統(tǒng)的各種過渡過程，包括起動(dòng)和制動(dòng)過程。1.3 電力拖動(dòng)技術(shù)的發(fā)展概況一般情況下，電力拖動(dòng)系統(tǒng)裝置可分為電動(dòng)機(jī)、工作機(jī)構(gòu)、控制設(shè)備及電源四個(gè)部分組成。電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械動(dòng)力，用以拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的某一工作機(jī)構(gòu)。工作機(jī)構(gòu)是生產(chǎn)機(jī)械為執(zhí)行某一任務(wù)的機(jī)械部分?？刂圃O(shè)備是由各種控制電機(jī)、電器自動(dòng)化元件及工業(yè)控制計(jì)算機(jī)等組成的，用以控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，從而對工作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。為了向電動(dòng)機(jī)及一些電氣控制設(shè)備供電，在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中必須設(shè)有電源

12、部分。因?yàn)楝F(xiàn)代工業(yè)的電力拖動(dòng)一般要求局部或全部的自動(dòng)化,因此必然要與各種控制元件組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)聯(lián)系起來.在這一系統(tǒng)中可對生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行自動(dòng)控制,如實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制起動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速、同步,自動(dòng)維持轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩或功率為恒定值,按給定程序或事先不知道的規(guī)律改變速度、改變轉(zhuǎn)向和工作機(jī)構(gòu)的位置,以及使工作循環(huán)自動(dòng)化等。隨著電機(jī)及電器制造業(yè)以及各種自動(dòng)化元件的發(fā)展，自動(dòng)化電力拖動(dòng)系統(tǒng)得到不斷的更新與發(fā)展。20世紀(jì)30年代初，出現(xiàn)了發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)組，是調(diào)速性能優(yōu)異的直流電動(dòng)機(jī)得到了廣泛應(yīng)用。在直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)中，由于電機(jī)、電器、自動(dòng)化元件及電力電子器件的不斷更新與發(fā)展，在上述發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)組的基礎(chǔ)上，發(fā)展成為

13、采用交磁電機(jī)擴(kuò)大機(jī)、磁放大器、可控離子變流器及晶閘管整流器等組成的自動(dòng)化直流電力拖動(dòng)系統(tǒng)。目前晶閘管等直流自動(dòng)電力拖動(dòng)系統(tǒng)已得到廣泛的應(yīng)用，自動(dòng)化的直流電力拖動(dòng)成套設(shè)備正在向大容量的方向發(fā)展，并做到集中控制、集中監(jiān)視。在自動(dòng)化元件方面已有整套標(biāo)準(zhǔn)控制單元，控制裝置集成化小型化、微型化，做到結(jié)構(gòu)上組合安裝積木化；微型化自動(dòng)化裝置可直接裝于電動(dòng)機(jī)機(jī)座上，做到與電動(dòng)機(jī)一體化，節(jié)省專用的控制柜；設(shè)備可靠性高，維護(hù)簡便，許多設(shè)備都可做到鎖門運(yùn)行，不需監(jiān)視與維護(hù)。我國建國以來，電力拖動(dòng)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展有很大成績，建立了一些有一定電力拖動(dòng)自動(dòng)化水平的工廠，成立了一批科研與設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)。但與國外相比，差距還比較大

14、。目前正在急起直追，主攻成套，狠抓基礎(chǔ)，開展一些關(guān)鍵技術(shù)的研究。如電力拖動(dòng)自動(dòng)化成套技術(shù)，它應(yīng)用系統(tǒng)工程學(xué)理論與計(jì)算機(jī)對工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)以及成套設(shè)備的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行全面的分析研究，使系統(tǒng)各組成部分安全系統(tǒng)要求的最佳方式工作，達(dá)到全系統(tǒng)和整個(gè)整套設(shè)備綜合技術(shù)指標(biāo)最佳。隨著近代電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，電力拖動(dòng)正向著計(jì)算機(jī)控制的生產(chǎn)過程自動(dòng)化方向邁進(jìn)。在一些現(xiàn)代化工廠里，力求做到從原料進(jìn)廠到產(chǎn)品出廠都是自動(dòng)化或半自動(dòng)化的，而且達(dá)到高速、優(yōu)質(zhì)、高效率生產(chǎn)。我國電力拖動(dòng)系統(tǒng)與國外的發(fā)展情況相同，一些工廠企業(yè)的生產(chǎn)過程從單機(jī)、局部自動(dòng)化發(fā)展到全盤綜合自動(dòng)化，已出現(xiàn)大批自動(dòng)生產(chǎn)

15、線。一些自動(dòng)化車間和自動(dòng)化工廠也已。與直流電動(dòng)機(jī)相比，交流電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜、維護(hù)方便、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小等一系列優(yōu)點(diǎn)，單機(jī)功率比直流電機(jī)高得多，電壓容易做成高壓，還能實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，對電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)及多電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)提出了更高的要求，如要求提高加工精度與工作速度，要求快速起動(dòng)、制動(dòng)及逆轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)在很寬的范圍內(nèi)調(diào)速及整個(gè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化等。要完成這些任務(wù)，除電動(dòng)機(jī)外，必須有自動(dòng)控制設(shè)備，以組成自動(dòng)化的電力拖動(dòng)系統(tǒng)。1.4 課題任務(wù)及要求本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是阻轉(zhuǎn)矩負(fù)載計(jì)算機(jī)速度調(diào)節(jié)拖動(dòng)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。 框圖如下所示 根據(jù)圖1，請（1）根據(jù)題目的給定及系統(tǒng)功能，確定系統(tǒng)應(yīng)用軟件的功能覆蓋；（2

16、）完成應(yīng)用軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。圖2 給出了該系統(tǒng)工作的四個(gè)象限示意圖?；疽笕缦?（1）設(shè)第一象限為正向電動(dòng)狀態(tài)。通過軟件的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)能實(shí)現(xiàn)正向平滑起動(dòng)、提速、減速、停車的控制； （2）設(shè)第三象限為反向電動(dòng)狀態(tài)。通過軟件的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)反向平滑起動(dòng)、提速、減速、停車的控制。 （3）為了應(yīng)對緊急意外情況，可通過軟件控制，實(shí)現(xiàn)過壓停車、過熱停車、堵轉(zhuǎn)停車以及越限停車等功能。 （4）軟件功能應(yīng)該實(shí)現(xiàn)最大化、性能可靠的特點(diǎn)；應(yīng)與硬件聯(lián)合調(diào)試通過；圖2 電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性象限示意圖第二章 方案論證2.1整流電路整流電路是電力電子電路中出現(xiàn)最早的一種，它將交流電變?yōu)橹绷麟?，?yīng)用十分廣泛，電路形式多種多樣，各具特色。

17、可從各種角度對整流電路進(jìn)行分類，主要分類方法有：按組成器件可分為不可控、半控、全控三種；按電路結(jié)構(gòu)可分為橋式電路和零式電路；按交流輸入相數(shù)分為單相電路和多項(xiàng)電路；按變壓器二次側(cè)電流的方向是單項(xiàng)或雙向，又分為單拍電路和雙拍電路。下面分別對于單相可控整流電路和三相可控整流電路進(jìn)行論證2.1.1單向可控整流電路的工作原理單相橋式全控整流電路工作原理單相整流電路中應(yīng)用較多的是單相橋式全控整流電路。下面是帶阻感負(fù)載的工作情況，為了便于討論，假設(shè)電路已工作于穩(wěn)態(tài)。在u2正半周期，觸發(fā)角處給晶閘管vt1和vt4加觸發(fā)脈沖使其開通，ud=u2負(fù)載中有電感存在使負(fù)載電流不能突變，電感對負(fù)載電流起平波作用，假設(shè)負(fù)

18、載電感很大，負(fù)載電流id連續(xù)且波形近似為一水平線。u2過零變負(fù)時(shí)，由于電感的作用晶閘管vt1和vt4中仍流過電流id ，并不關(guān)斷。至t=+時(shí)刻，給vt2和vt3加觸發(fā)脈沖，因vt2和vt3本已承受正電壓，故兩管導(dǎo)通。vt2和vt3導(dǎo)通后，u2通過vt2和vt3分別向vt1和vt4施加反壓使vt1和vt4關(guān)斷，流過vt1和vt4的電流迅速轉(zhuǎn)移到vt2和vt3上，此過程稱為換相，亦稱換流。至下一周期重復(fù)上述過程，如此循環(huán)下去，波形如圖21所示，這個(gè)電路的特點(diǎn)是要有電流通過阻感性電阻rl，必須有晶閘管vt1和vt3或vt2和vt4同時(shí)導(dǎo)通，由于晶閘管的單向?qū)щ娦阅?，盡管u2是交流，但是通過阻感性電阻

19、rl的電流id始終是單方向的直流電。如果控制角=90°，整流輸出電壓ud的正負(fù)半周期面積相等，整流輸出電壓的平均值為0。并且若90°，在u2的半周范圍內(nèi)，觸發(fā)vt1和vt3或vt2和vt4，晶閘管能夠?qū)ǎ蔷чl管的導(dǎo)通角減小，而ud的正負(fù)半周面積相等，ud的平均值都為0，因此電感性負(fù)載時(shí)，控制角的有效移相控制范圍為0°90° 圖21 單相橋式全控整流電流帶阻感負(fù)載是的電路及波形其中， 的平均值為 當(dāng)=0時(shí)，ud =0.9 u2 。=90°時(shí)，ud =0。角的移向范圍為90°。單相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載是波形如圖21所示，晶閘管

20、導(dǎo)通角與無關(guān)，均為180°。其中，輸出平均電流id： 變壓器副邊繞組電流有效值i2： 流過晶閘管的電流有效值it： 2.1.2三相橋式全控整流電路目前在各種整流電路中,應(yīng)用最為廣泛的是三相橋式全控整流電路,其原理圖如圖 22所示 ,習(xí)慣將其中陰極連接在一起的3個(gè)晶閘管稱為共陰極組；陽極連接在一起的3個(gè)晶閘管稱為共陽極組。此外，習(xí)慣上希望晶閘管按從1到6的順序?qū)?，為此將晶閘管按圖示的順序編號，即共陰極組中的與a、b、c三相電源相接的3個(gè)晶閘管分別為vt1、vt3、vt5，共陽極組中與a、b、c三相電源相接的分別是 vt4、vt6、vt2。從后面分析可知，按此編號，晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)?

21、vt1vt2vt3vt4 vt5 vt6 。下面分析的是帶電阻負(fù)載時(shí)的工作情況?？梢圆捎门c分析三相半波可控整流電路時(shí)類似的方法，假設(shè)將電路中的晶閘管換成二極管，這種情況就相當(dāng)于晶閘管觸發(fā)角=0o時(shí)的情況。此時(shí)，對于共陰極組的3個(gè)晶閘管，陽極所接交流電壓值最高的一個(gè)導(dǎo)通。而對于共陽極組的3個(gè)晶閘管，則是陰極所接交流電壓值最低的一個(gè)導(dǎo)通。這樣，任意時(shí)刻共陽極組和共陰極組各有1個(gè)晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)，施加于負(fù)載上的電壓為某一線電壓。此時(shí)電路工作波形如圖23所示。=0o時(shí)，各晶閘管均在自然換相點(diǎn)處換相。由圖中變壓器二次繞組相電壓與線電壓波形的對應(yīng)關(guān)系看出，各自然換相點(diǎn)既是相電壓的交點(diǎn)，同時(shí)也是線電壓的交

22、點(diǎn)。在分析波形時(shí)，既可從相電壓波形分析，也可以從線電壓波形分析。從相電壓波形看，以變壓器二次側(cè)的中點(diǎn)n為參考點(diǎn)，共陰極組晶閘管導(dǎo)通時(shí)，整流輸出電壓 為相電壓在正半周的包絡(luò)線；共陽極組導(dǎo)通時(shí)，整流輸出電壓 為相電壓在負(fù)半周的包絡(luò)線，總的整流輸出電壓是兩條包絡(luò)線間的差值，將其對應(yīng)到線電壓波形上，即為線電壓在正半周的包絡(luò)線。直接從線電壓波形看，由于共陰極組中處于通態(tài)狀態(tài)的晶閘管對應(yīng)的是最大的相電壓，而共陽極組中處于通態(tài)的晶閘管對應(yīng)的是最小的相電壓，輸出整流電壓為這兩個(gè)相電壓相減，是線電壓中最大的一個(gè)，因此輸出整流電壓波形為線電壓在正半周期的包絡(luò)線。為了說明晶閘管的工作情況，將波形中的一個(gè)周期分為6段

23、，每段為60o,，如圖23所示。6個(gè)晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)関t1vt2vt3vt4 vt5 vt6。圖22 三相橋式全控整流電路圖23三相橋式全控整流電路波形圖通過以上分析可知，在0°90°范圍內(nèi)負(fù)載電流連續(xù)，負(fù)載上承受的是線電壓，設(shè)其表達(dá)式為uab超前于相電壓ua30°設(shè)其表達(dá)式為uab=×u2,而線電壓uab超前于相電壓ua300，在內(nèi)積分，上、下限為和 因此當(dāng)控制角為時(shí)，整流輸出的電壓平均值為 當(dāng)=0時(shí)，ud為最大值；當(dāng)時(shí)，ud為最小值，因此三相全控橋式整流電路帶大電感負(fù)載的移相范圍為。負(fù)載電流平均值為三相全控橋式整電路中，日閘管換流只在本組內(nèi)進(jìn)行，每

24、隔換流一次，即在電流連續(xù)的情況下，每個(gè)晶閘管為導(dǎo)通角。因此流過晶閘管的電流平均值和有效值分別為整流變壓器二次側(cè)正、負(fù)半周內(nèi)均有電流流過，每半周期內(nèi)流通角為，故變壓器二次電流有效值為晶閘管承受的最大電壓為綜上所述，采用的電路是三相橋式全控整流電流2.2電機(jī)方案論證2.2.1 直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)分析他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的的電路原理圖如圖24所示。圖中為了起到調(diào)節(jié)磁通的作用，因此在圖中勵(lì)磁電路中串聯(lián)一調(diào)節(jié)電阻，以調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流達(dá)到目的。untu圖24 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)電路原理電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性值指電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與轉(zhuǎn)矩t的關(guān)系。機(jī)械特性是電動(dòng)機(jī)力學(xué)性能的組要表現(xiàn)，它與運(yùn)動(dòng)方程相聯(lián)系，將決定拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行及過渡

25、過程的工作情況。必須指出，機(jī)械特性中的轉(zhuǎn)矩t是電磁轉(zhuǎn)矩，它與電動(dòng)機(jī)軸上的輸出轉(zhuǎn)矩差一個(gè)空載轉(zhuǎn)矩，當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)時(shí)。在運(yùn)動(dòng)方程中，已將作為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，則t應(yīng)為軸上拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩即，它與機(jī)械特性上的電磁轉(zhuǎn)矩不同，比后者小。在運(yùn)動(dòng)方程式中，將t視作電磁轉(zhuǎn)矩，則為負(fù)載轉(zhuǎn)矩與空載轉(zhuǎn)矩之和。由于一般情況下空載轉(zhuǎn)矩占轉(zhuǎn)矩ta或之比較小，在一般工程計(jì)算中可以略去，而粗略地認(rèn)為電磁轉(zhuǎn)矩t與軸上的輸出轉(zhuǎn)矩相等。(1). 固有機(jī)械特性與人為機(jī)械特性當(dāng)他勵(lì)電動(dòng)機(jī)電壓u及磁通均為額定值及,電樞沒有串聯(lián)電阻時(shí)的機(jī)械特性稱為固有機(jī)械特性。其方程式為,固有機(jī)械特性如圖27所示，由于較小，直流電機(jī)的固有特性較硬。圖25直流電機(jī)

26、固有機(jī)械特性人為機(jī)械特性可用改變電動(dòng)機(jī)參數(shù)的方法獲得，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)一般可分為三種。a.電樞串聯(lián)電阻時(shí)的人為機(jī)械特性b.改變電壓是的人為機(jī)械特性c.減弱電機(jī)磁通時(shí)的人為機(jī)械特性 (2).電力拖動(dòng)的穩(wěn)定運(yùn)行條件上面已經(jīng)分析了生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性與電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，下面論述這兩種特性的配合情況。 在機(jī)械生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性是同時(shí)存在的。在電力拖動(dòng)運(yùn)動(dòng)方程式中以指出，當(dāng)轉(zhuǎn)矩方向相反、大小相等時(shí)而互相平衡時(shí)，轉(zhuǎn)速為某一穩(wěn)定值，拖動(dòng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，或稱靜態(tài)。 如負(fù)載增大，負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性和轉(zhuǎn)矩增大，此時(shí)由于慣性，轉(zhuǎn)速開始時(shí)不變，平衡狀態(tài)被破壞，拖動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)入動(dòng)態(tài)減速過程，或稱

27、減速過渡過程狀態(tài)。在減速過程中，轉(zhuǎn)矩按其本身特性變化，減速過程結(jié)束時(shí)系統(tǒng)又轉(zhuǎn)化為穩(wěn)態(tài)，達(dá)到新的平衡，以新的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行。由此可見，穩(wěn)態(tài)下電動(dòng)機(jī)發(fā)出轉(zhuǎn)矩的大小是由負(fù)載轉(zhuǎn)矩的數(shù)值所決定的。如果電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性具有交點(diǎn)，則電力拖動(dòng)系統(tǒng)可能穩(wěn)定運(yùn)行。但必須指出，如果交點(diǎn)處兩特性配合情況不好，運(yùn)行也有可能不好。這就是說，兩種特性有交點(diǎn)僅是穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件，但還不夠充分。充分條件是：如果電力拖動(dòng)系統(tǒng)原在交點(diǎn)處穩(wěn)定運(yùn)行，由于出現(xiàn)某種干擾作用，使原來的轉(zhuǎn)矩的平衡變得不平衡，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速便稍有變化，這是當(dāng)干擾消除后，拖動(dòng)系統(tǒng)必須有能力使轉(zhuǎn)速恢復(fù)到原來交點(diǎn)處的數(shù)值。電力拖動(dòng)系統(tǒng)如能滿足這樣的特性配合

28、條件，則該系統(tǒng)是穩(wěn)定的，否則是不穩(wěn)定的。2.2.2三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性分析1. 三相異步電動(dòng)機(jī)的三種表達(dá)方式與上面論述的直流電動(dòng)機(jī)相同,三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性也是指其轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩間的關(guān)系n=f(t),其表達(dá)式有三種形式：（1） 物理表達(dá)式：三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩公式形式：式中 表示異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩系數(shù) 表示異步電動(dòng)機(jī)的每極磁通 表示轉(zhuǎn)子電流的折算值 表示轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù) (2).參數(shù)表達(dá)式：物理表達(dá)式不能直接反映異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與電動(dòng)機(jī)一些參數(shù)間的關(guān)系，為此必須進(jìn)一步推導(dǎo)出機(jī)械特性的參數(shù)表達(dá)式，即 按參數(shù)表達(dá)式的形式即可繪制異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，如圖26所示，顯然其形狀與按物理表達(dá)式繪制出的

29、曲線n=f(t)是一樣的。機(jī)械特性方程式為二次方程式，故在某一轉(zhuǎn)差率時(shí)，轉(zhuǎn)矩有一最大值，稱為異步電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩。圖26 異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性如圖26所示。在參數(shù)表達(dá)式中，使dt/ds=0,可求出產(chǎn)生時(shí)的轉(zhuǎn)差率又因通常可得通過以上公式可見：1）當(dāng)電動(dòng)機(jī)各參數(shù)及電源頻率不變時(shí)，與成正比，則保持不變，與無關(guān)。2）當(dāng)電源頻率及電壓不變時(shí)，與近似的與成反比。3）與無關(guān)，則與成正比。除了外，異步電動(dòng)機(jī)還有另一個(gè)重要參數(shù)，即起動(dòng)，它是異步電動(dòng)機(jī)接至電源開始起動(dòng)時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩，此時(shí)s=1（n=0），代入?yún)?shù)表達(dá)式中得由上式可見，對于繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)附加電阻（即加大），便能改變，從而可改善起動(dòng)特

30、性。(3).實(shí)用表達(dá)式上述參數(shù)表達(dá)式，對于分析t與電動(dòng)機(jī)參數(shù)間的關(guān)系，進(jìn)行某些理論分析，是非常有用的。但是由于在電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品目錄中，定子及轉(zhuǎn)子的參數(shù)是查不到的，因此，用參數(shù)表達(dá)式以繪制機(jī)械特性或進(jìn)行分析計(jì)算是很不方便的，為此，出現(xiàn)了下面的實(shí)用表達(dá)式。即， 綜上所述，上述三種異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性的表達(dá)式，其應(yīng)用場合各有不同。一般物理表達(dá)式適用于定性的分析t與及間的關(guān)系；參數(shù)表達(dá)式可用以分析各參數(shù)變化對電動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能的影響；實(shí)用表達(dá)式最適于用以進(jìn)行機(jī)械特性的工程計(jì)算。2. 三相異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性固有機(jī)械特性是指異步電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓及額定功率下，電動(dòng)機(jī)按規(guī)定的接線方法接線，定子及轉(zhuǎn)子電路中不

31、外接電阻（電抗或電容）時(shí)所獲得的機(jī)械特性曲線n=f（t）。三相異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性如圖27所示，為了描述其特點(diǎn)，下面著重研究幾個(gè)反應(yīng)電動(dòng)機(jī)工作的特殊運(yùn)行點(diǎn)，即 （1）a: 起動(dòng)點(diǎn) 特點(diǎn)是：n=0；t=；起動(dòng)電流=(47)。（2）b：額定工作點(diǎn) 特點(diǎn)是：n=；t=；i=。（3） h：同步速點(diǎn)特點(diǎn)是：n=，t=0，=。h點(diǎn)是電動(dòng)狀態(tài)與回饋制動(dòng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。（4）p和點(diǎn)：最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)p：電動(dòng)狀態(tài)的最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn) 特點(diǎn)是：t=，s=：回饋制動(dòng)狀態(tài)最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn) 特點(diǎn)是：t=，s=。在回饋制動(dòng)時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的過載能力較電動(dòng)狀態(tài)時(shí)大，只有當(dāng)忽略時(shí)，兩者才相等。圖27 三相異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性3. 三相異步電動(dòng)

32、機(jī)的人為機(jī)械特性由三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性參數(shù)表達(dá)式可見：異步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩t的數(shù)值是由某一轉(zhuǎn)速n（或s）下的電源電壓、電流頻率、定子極對數(shù)p、定子及轉(zhuǎn)子電路的電阻及電抗（、）決定的。因此人為的改變這些參數(shù)，就可得到不同的人為機(jī)械特性。下面是改變某些參數(shù)時(shí)人為機(jī)械特性的變化：（1）降低當(dāng)供電電壓降低時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩及起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與成正比地降低；與的降低無關(guān)即其保持不變，由于同步轉(zhuǎn)速=60，因此保持不變。降低的人為機(jī)械特性，可在固有機(jī)械特性的基礎(chǔ)上繪制，在不同轉(zhuǎn)速處，固有機(jī)械特性上的轉(zhuǎn)矩值乘以電壓變化的百分?jǐn)?shù)的二次方，即得人為機(jī)械特性上對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩值。下面分析降低電網(wǎng)電壓對電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的影響。如果電網(wǎng)電壓由

33、于某種原因降低，負(fù)載保持額定值不變，電動(dòng)機(jī)既不能連續(xù)長期運(yùn)行，否則會影響電動(dòng)機(jī)壽命甚至可能燒壞，且電動(dòng)機(jī)如果長時(shí)連續(xù)運(yùn)行，最終升溫將超過允許值，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)壽命縮短，甚至燒壞。（2）轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)對稱電阻在繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電路中，三相分別串聯(lián)同樣大小的電阻,此時(shí)，不變，也不變；隨的增大而增大；值將改變，一開始隨增大而增加，一直增大到時(shí)，=，如繼續(xù)增大，將開始減小。轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)對稱電阻適用于繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，也可用于調(diào)速，其人為機(jī)械特性如圖28所示。 圖28轉(zhuǎn)子電路內(nèi)串聯(lián)對稱電阻時(shí)的人為機(jī)械特性（3）定子電路串聯(lián)對稱電抗在定子電路的三相中分別串聯(lián)對稱電抗，不變，、隨所串電抗值的增大而減小

34、。定子電路串聯(lián)對稱電抗一般用于籠型異步電動(dòng)機(jī)的減壓起動(dòng)，以限制電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流。（4）轉(zhuǎn)子電路接入并聯(lián)阻抗圖29中所示是在繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路每相接入電抗器與電阻的并聯(lián)電路。這樣，在電動(dòng)機(jī)加速過程中，當(dāng)轉(zhuǎn)子頻率s變化時(shí)，在轉(zhuǎn)子電路中的兩個(gè)并聯(lián)支路之間，電流將進(jìn)行重新分配。在啟動(dòng)初期，當(dāng)轉(zhuǎn)子頻率相當(dāng)大時(shí)，電抗器的感抗較大，轉(zhuǎn)子電流的大部分將流過電阻。這個(gè)電阻實(shí)際上決定了起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。當(dāng)轉(zhuǎn)子逐漸加速而轉(zhuǎn)子頻率逐漸降低時(shí)，也隨之減小，這時(shí)大部分的轉(zhuǎn)子電流將開始流過電抗器。在起動(dòng)結(jié)束時(shí)，轉(zhuǎn)子頻率將變得很小，的值很小，因而幾乎全部轉(zhuǎn)子電流將流過電抗器，近乎將電阻短路。由于轉(zhuǎn)子電路參數(shù)可變，如

35、果參數(shù)配合恰當(dāng)，電動(dòng)機(jī)在整個(gè)加速過程中可以產(chǎn)生幾乎恒定的轉(zhuǎn)矩，在圖29中繪制出了其人為機(jī)械特性。轉(zhuǎn)子電路接入并聯(lián)阻抗又能限制起動(dòng)電流，在起動(dòng)級數(shù)最少的情況下，保證電動(dòng)機(jī)平滑地加速。圖29轉(zhuǎn)子接入并聯(lián)阻抗的電路圖與人為機(jī)械特性最后，綜合上述方法后，本設(shè)計(jì)采用了轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)對稱電阻的方法進(jìn)行調(diào)速。4. 三相異步電動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)與直流電動(dòng)機(jī)相同，三相異步電動(dòng)機(jī)也可工作于兩大運(yùn)行狀態(tài)，即電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)和制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。（1） 電動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)的特點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)的方向相同，如圖210所示，是電動(dòng)狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)在第一象限及第三象限的機(jī)械特性，第三象限相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)工作在逆向電動(dòng)狀態(tài)。在電動(dòng)

36、狀態(tài)工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)由電網(wǎng)吸取電能，變換成機(jī)械能以帶動(dòng)負(fù)載。 圖210電動(dòng)狀態(tài)下異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性（2） 三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)從三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理可知，電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向取決于定子旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向。因此只要改變旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向，就能使三相異步電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。如圖211所示，是利用控制開關(guān)sa來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)原理圖線路圖。當(dāng)sa向上合閘時(shí)，接u相，接v相，接w相，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。當(dāng)sa向下合閘時(shí)，接u相，接v相，接w相，即將電動(dòng)機(jī)任意兩相繞組與電源接線互調(diào)，則旋轉(zhuǎn)磁場反向，電動(dòng)機(jī)跟著反轉(zhuǎn)。 圖211 異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)原理接線圖（3）三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)與直流電動(dòng)機(jī)相同，異步電動(dòng)機(jī)也

37、可工作于回饋制動(dòng)、反接制動(dòng)及能耗制動(dòng)三種制動(dòng)狀態(tài)。其共同的特點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的方向相反，以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。此時(shí)電動(dòng)機(jī)由軸上吸收機(jī)械能，并轉(zhuǎn)換為電能1）回饋制動(dòng)狀態(tài)當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)由于某種原因，例如位能性負(fù)載的作用，使其轉(zhuǎn)速高于同步速，轉(zhuǎn)差率，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢反向，轉(zhuǎn)子電流的有功分量也反向，而轉(zhuǎn)子電流的無功分量方向則不變，由相量圖可以看出，定子電流也相應(yīng)改變，和間的相位差角，此時(shí)定子功率為負(fù)，即定子繞組將電能回饋電網(wǎng)。同時(shí)轉(zhuǎn)差率，電磁轉(zhuǎn)矩，電磁轉(zhuǎn)矩的方向和轉(zhuǎn)向相反，在轉(zhuǎn)子軸上產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。綜上所述，當(dāng)轉(zhuǎn)速高于同步速時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于回饋制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)?；仞佒苿?dòng)狀態(tài)一般用于位能性負(fù)載下放，以獲得穩(wěn)定的下放速度，或

38、異步電動(dòng)機(jī)變極調(diào)速由少極數(shù)變?yōu)槎鄻O數(shù)時(shí)發(fā)生。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩與負(fù)載位能轉(zhuǎn)矩 相平衡時(shí)，電動(dòng)機(jī)及穩(wěn)定運(yùn)行。如在轉(zhuǎn)子電路中串聯(lián)電阻，可得人為機(jī)械特性，并可得到不同的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。串聯(lián)的電阻值越大，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速越高。一般在回饋制動(dòng)時(shí)不串電阻，一面轉(zhuǎn)速過大。異步電動(dòng)機(jī)在回饋狀態(tài)一般可用于位能負(fù)載下放，已獲得穩(wěn)定的下放速度?；仞佒苿?dòng)還能發(fā)生在異步電動(dòng)機(jī)定子由少數(shù)對數(shù)換成多極對數(shù)時(shí)，因定子換接前極對數(shù)小，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速高，它將大于換接后的同步轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)將進(jìn)入回饋制動(dòng)狀態(tài)。 2)反接制動(dòng)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)反接制動(dòng)可有轉(zhuǎn)速反向和定子兩相反接兩種方法,下面是這兩種方法的具體分析:a. 轉(zhuǎn)速反向的反接制動(dòng) 與直流電機(jī)相似,異步電

39、動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)較大電阻時(shí)，接通電源，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的方向與重物g產(chǎn)生的負(fù)載轉(zhuǎn)矩方向相反，當(dāng)時(shí)，在重物的作用下，迫使電動(dòng)機(jī)反的方向旋轉(zhuǎn)，并在重物下降的方向加速。此時(shí)轉(zhuǎn)差率s為隨著的增加，、及均增大，直到轉(zhuǎn)矩增至，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定為，此時(shí)重物以等速下降，圖212中機(jī)械特性在第四象限的部分即異步電動(dòng)機(jī)的反向的反接制動(dòng)特性。這種制動(dòng)與前述回饋制動(dòng)一樣，可用于起重機(jī)的重物下放，這也屬于一種穩(wěn)定的制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，它由軸上輸入機(jī)械功率，同時(shí)，定子又通過氣隙向轉(zhuǎn)子輸送電功率，這兩部分功率合起來消耗在轉(zhuǎn)子電路的總電阻中。這種也屬于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。圖212 轉(zhuǎn)速反向的反接制動(dòng)時(shí)的異步電動(dòng)機(jī)特性b. 定子兩相反接的反接制動(dòng)設(shè)異

40、步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械在原地電動(dòng)狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)行，為了迅速停車或反向，可將定子兩相反接，定子相序改變，旋轉(zhuǎn)磁場方向也改變，從而得到與原轉(zhuǎn)速方向相反的機(jī)械特性，工作點(diǎn)由a移向b，此時(shí)轉(zhuǎn)子切割磁場的方向與電動(dòng)狀態(tài)時(shí)相反，的方向也改變了，此時(shí)轉(zhuǎn)差率為下圖213是異步電動(dòng)機(jī)定子兩相反接的機(jī)械特性在兩相反接時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩為-t，與負(fù)載轉(zhuǎn)矩共同作用下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速很快下降，這相當(dāng)與圖中機(jī)械特性的bc段。在轉(zhuǎn)速為零的c點(diǎn)，如不切斷電源，電動(dòng)機(jī)即反向加速，進(jìn)入反向的電動(dòng)狀態(tài)（對應(yīng)特性cd段），加速到d點(diǎn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)將穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)的逆轉(zhuǎn)過程。定子兩相反接的反接制動(dòng)就是指機(jī)械特性的bc段。圖213 異步電動(dòng)機(jī)

41、定子兩相反接機(jī)械特性兩相反接制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是制動(dòng)效果強(qiáng)，缺點(diǎn)是能量損耗大，制動(dòng)制動(dòng)準(zhǔn)確度差，如果停車，還須用自動(dòng)控制線路切斷電源。它適用于生產(chǎn)機(jī)械的迅速停車與反向。與直流電動(dòng)機(jī)相同，異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)位能負(fù)載時(shí)，則兩相反接轉(zhuǎn)速反向后，在圖中d點(diǎn)不能穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，而將繼續(xù)加速。c能耗制動(dòng)狀態(tài)異步電動(dòng)機(jī)原在圖214所示的點(diǎn)運(yùn)行，相應(yīng)于圖214電路圖中閉合，斷開。為了迅速停車，開關(guān)轉(zhuǎn)換，即當(dāng)斷開，電動(dòng)機(jī)脫離電網(wǎng)時(shí)，立即將接通，則在定子兩相繞組中通入直流電流，在定子內(nèi)形成一固定磁場。當(dāng)轉(zhuǎn)子由于慣性而仍在旋轉(zhuǎn)時(shí)，其導(dǎo)體即切割該磁場，在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢和轉(zhuǎn)子電流。根據(jù)左手定則，可以確定出轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)速方向相反，即

42、為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 能耗制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性繪制于圖214的第二象限。當(dāng)轉(zhuǎn)子內(nèi)阻增加而直流勵(lì)磁電流不變時(shí)，產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)速也增加，但最大轉(zhuǎn)矩保持不變，如圖特性曲線的1與3所示，特性3對應(yīng)于串聯(lián)電阻較大時(shí)。當(dāng)轉(zhuǎn)子電路的串聯(lián)電阻不變而直流勵(lì)磁電流增加時(shí)，產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)速不變，但最大轉(zhuǎn)矩將增大，如圖特性曲線的1與2所示，特性3對應(yīng)串聯(lián)電阻較大時(shí)。圖214 異步電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)的電路圖及機(jī)械特性在能耗制動(dòng)時(shí)，改變轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻或定子直流勵(lì)磁電流的大小，均可調(diào)節(jié)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的數(shù)值。由機(jī)械特性曲線的形狀可見，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降為零時(shí)，其制動(dòng)轉(zhuǎn)矩亦降為零，所以應(yīng)用能耗制動(dòng)能使生產(chǎn)機(jī)械準(zhǔn)確停車。最后，綜上所述，能耗制動(dòng)是

43、最終本設(shè)計(jì)選擇的能更好達(dá)到停車的目的。 第三章 電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)一般按下列步驟進(jìn)行：先分析系統(tǒng)對軟件的要求；然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行軟件總體設(shè)計(jì)，包括程序整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和對程序進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，模塊化設(shè)計(jì)即將程序劃分為若干個(gè)相對獨(dú)立的模塊；接著畫出每一個(gè)專用模塊的詳細(xì)流程圖，并選擇合適的語言編寫程序；最后按照軟件總體設(shè)計(jì)時(shí)給出的結(jié)構(gòu)框圖，將各模塊連接成一個(gè)完整的程序。在主程序的設(shè)計(jì)中要合理地調(diào)用各模塊程序，特別注意各模塊的入口、出口及對硬件的資源占用情況。本設(shè)計(jì)的軟件部分包括主程序和子程序。主程序是根據(jù)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)的平滑起動(dòng)、提速、減速、中斷等待以及停車等一系列過程完成的。其中在提速時(shí)還需要

44、注意是否達(dá)到預(yù)定速度，若未達(dá)到預(yù)定速度則需要提速之后再返回判斷是否達(dá)到與定速度，反復(fù)此循環(huán)直到達(dá)到預(yù)定速度，若開始時(shí)即達(dá)到預(yù)定速度則可以直接繼續(xù)進(jìn)行下面的部分中斷等待程序即執(zhí)行中斷服務(wù)程序，然后停車。其中子程序還包括判斷意外情況的部分，本設(shè)計(jì)要求的是若有意外情況則需要停車，然后處理意外情況，意外情況都包括判斷是否過熱，若過熱則進(jìn)行過熱處理；處理之后可以繼續(xù)執(zhí)行下面的判斷即是否過壓，若過壓則進(jìn)行過壓處理；接著需要判斷是否越限，若越限則進(jìn)行越限處理；然后還要判斷是否堵轉(zhuǎn)，若堵轉(zhuǎn)則進(jìn)行堵轉(zhuǎn)程序執(zhí)行處理堵轉(zhuǎn)情況；待處理完這些情況之后在進(jìn)行下面部分，即判斷是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，在進(jìn)行主程序的部分。因此主程序和

45、子程序是相互照應(yīng)進(jìn)行的。子程序需要主程序的控制和指導(dǎo)，同樣主程序需要子程序的過渡和承接。3.1程序設(shè)計(jì)流程在電機(jī)起動(dòng)時(shí)開始啟動(dòng)子程序判斷是正傳還是反轉(zhuǎn)，若正轉(zhuǎn)則起用正轉(zhuǎn)子程序，反之則起動(dòng)反轉(zhuǎn)子程序，首先以正轉(zhuǎn)為例，起動(dòng)子程序的流程圖，其中第一步起動(dòng)子程序后通過軟件的運(yùn)行按下相應(yīng)按鍵，隨即相應(yīng)位置置位實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)看正轉(zhuǎn)速度是否達(dá)到預(yù)定速度，截至到此正轉(zhuǎn)的子程序結(jié)束，而后面將啟動(dòng)另一階段的子程序，同樣反轉(zhuǎn)子程序同正轉(zhuǎn)子程序類似。由上面論述結(jié)合題目要求可知，在判斷完是否是正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)之前有一個(gè)判斷是否為意外情況，因?yàn)楸疚囊笕绻幸馔馇闆r比如過壓、過熱、越限、堵轉(zhuǎn)的情況則需要停車處理然后電機(jī)再繼續(xù)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)

46、。所以，需要有一個(gè)意外情況的子程序流程圖來指導(dǎo)軟件運(yùn)行上述流程圖是基本的意外情況的流程圖。但由于電機(jī)還需要繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)所以意外情況必須要得到處理，然后才能繼續(xù)進(jìn)行，所以需要有一個(gè)處理意外情況的過程，即過壓處理、過熱處理、越限處理及堵轉(zhuǎn)處理。在停車處理完這些意外之后再繼續(xù)進(jìn)行。因此，其流程圖如圖31所示。在判斷是否為意外情況之后，進(jìn)行正反轉(zhuǎn)的判斷，然后進(jìn)行的是提速的過程，因?yàn)椴还苁钦D(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)都需要這個(gè)過程，所以提速過程是在正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)以后進(jìn)行。提速之前還需要判斷是否以達(dá)到預(yù)定速度，若達(dá)到預(yù)定速度則進(jìn)行中斷等待，然后停車，若未達(dá)到預(yù)定速度則進(jìn)行提速，提速到預(yù)定速度以后在進(jìn)行中斷等待。綜上所述,上面的流程

47、圖結(jié)合以后得出主程序的流程圖,如圖32所示。開始是否過熱y過熱處理n是否過壓y過壓處理是否越限越限處理ynn 圖31 意外情況流程圖開始停車是否意外情況是否正向電動(dòng)狀態(tài)是否達(dá)到預(yù)定速度正向平滑啟動(dòng)取反向模型啟動(dòng)中斷等待提速是是是否否否是圖32 主程序流程圖通過上述流程圖和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)框圖分析編寫程序主函數(shù)如下：void main() speed_set=200; /初始速度設(shè)定/count=100; init(); / 系統(tǒng)初始化 ，開定時(shí)器和中斷 while(1) if(flag=1) /如果已經(jīng)按下啟動(dòng)按鈕 pid(); pwm_set(); else pwm_1=1; pwm_2=1; d

48、isplay(qian,bai,shi,ge);/數(shù)碼管顯示速度 /*外部中斷0中斷處理子程序，對由速度傳感器發(fā)來的脈沖數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)測量其頻率*/void ext0() interrupt 0count+; /*定時(shí)器0中斷處理子程序，每隔一分鐘測一次電壓和溫度如果出現(xiàn)故障執(zhí)行相應(yīng)的處理子程序*/void time0() interrupt 1th0=(65536-50000)/256;tl0=(65536-50000)%256; /定時(shí)器設(shè)定50毫秒定時(shí)初值i+;if(i=5) /經(jīng)過6次中斷，即6*50得到1分鐘 speed_now=count;/每分鐘的旋轉(zhuǎn)次數(shù)count=0;i=0; r

49、eadtem();/讀取溫度值 readpress();/讀取電壓 switch(flag_guzhang) case 1: guore_pro();break; /過熱處理子程序 case 2: guoya_pro();break; /過壓處理子程序 case 3: duzhuan_pro();break: /堵轉(zhuǎn)處理子程序 case 4: yuexian_pro();break; /越限處理子程序 default： break; /*外部中斷1，判斷按鍵，是正轉(zhuǎn)啟動(dòng)還是反轉(zhuǎn)啟動(dòng)*/void ext1() interrupt 2if(off_on=0)flag=!flag; /啟動(dòng)標(biāo)志位 f

50、lag=1為啟動(dòng)；flag=0為停止if(direction=0)phase=!phase; /phase為正反轉(zhuǎn)標(biāo)志，1為正轉(zhuǎn)； /*定時(shí)器1，產(chǎn)生pwm時(shí)基脈沖，pwm周期為period_pwm*/ void time1() interrupt 3period+;if(period>period_pwm)period=0;if(period<speed_pwm_set)pwm_1=0;else pwm_1=1;第四章 軟件的使用與介紹4.1軟件編程介紹本文是阻轉(zhuǎn)矩負(fù)載計(jì)算機(jī)速度調(diào)節(jié)拖動(dòng)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì),因此,本設(shè)計(jì)的核心是軟件部分的使用,下面針對軟件部分進(jìn)行一些詳細(xì)的介紹。軟件設(shè)計(jì)

51、是技術(shù)的關(guān)鍵，簡潔的硬件配置是靠軟件來支撐的，軟件編制一般按功能來劃分，做到標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，并便于功能的擴(kuò)充。對現(xiàn)場的信息參數(shù)宜編制獨(dú)立的參數(shù)模塊，以便于在運(yùn)行中修改。匯編語言可以直接對硬件進(jìn)行操作，例如，對內(nèi)存地址的操作、位操作等，編程需要對單片機(jī)硬件資源相當(dāng)了解熟悉。由于單片機(jī)各方面資源有限，所以程序規(guī)模較小，資源使用應(yīng)該緊湊，其編程就較困難，周期長，同時(shí)程序的可讀性和可移植性、維護(hù)性都比較差，其優(yōu)點(diǎn)是實(shí)時(shí)性強(qiáng)。4.2 c語言的介紹與使用c語言是一種編譯型程序設(shè)計(jì)語言，它兼顧了多種高級語言的特點(diǎn)，并具備匯編語言的功能。用c語言來編寫目標(biāo)系統(tǒng)軟件，會大大縮短開發(fā)周期，且明顯地增加軟件的可讀性

52、，便于改進(jìn)和擴(kuò)充，以研制出規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng)。用c語言進(jìn)行單片機(jī)程序設(shè)計(jì)是單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用的必然趨勢。單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)應(yīng)該以c語言為主，以匯編語言為輔。匯編語言掌握到只要可以讀懂程序，在時(shí)間要求比較嚴(yán)格的模塊中進(jìn)行程序的優(yōu)化即可。采用c語言也不必對單片機(jī)和硬件接口的結(jié)構(gòu)有很深入的了解，編譯器可以自動(dòng)完成變量的存儲單元的分配，編譯者就可以專注于應(yīng)用軟件部分的設(shè)計(jì)，大大加快軟件的開發(fā)速度。采用c語言可以很容易地進(jìn)行單片機(jī)的程序移植工作，有利于產(chǎn)品中單片機(jī)的重新選型。c語言有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）對單片機(jī)的指令系統(tǒng)不要求了解，僅要求對單片機(jī)的存儲器結(jié)構(gòu)有初步了解；（2）寄存器的分配、不同存儲器的尋

53、址及數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)可有編譯器管理；（3）程序有規(guī)范的結(jié)構(gòu)，可分為不同的函數(shù)，這種方式可使程序結(jié)構(gòu)化；（4）具有將可變的選擇與特殊操作組合在一起的能力，改善了程序的可讀性；（5）關(guān)鍵字及運(yùn)算函數(shù)可用近似人的思維過程方式使用；（6）編程及程序調(diào)試時(shí)間顯著縮短，從而提高效率；（7）提供的庫包含許多標(biāo)準(zhǔn)子程序，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力；（8）已編號的程序可容易地植入新程序，因?yàn)閏語言具有方便的模塊化編程技術(shù)。因此用c語言作為主語言，調(diào)用匯編語言編寫子模塊，二者相互結(jié)合，可以提高程序執(zhí)行速度和效率，達(dá)到事半功倍的效果。如需快速控制時(shí)，可用匯編語言，如采樣，a/d轉(zhuǎn)換等；而用c語言編寫數(shù)據(jù)處理程序及人機(jī)界面程序，可以充分利用c語言的庫函數(shù)。4.3 keil軟件的開發(fā)與介紹隨著單片機(jī)開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從普通實(shí)用匯編語言到逐漸實(shí)用高級語言開發(fā)，單片機(jī)的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展。keil是目前最流行的5