卷?yè)P(yáng)機(jī)電動(dòng)機(jī)無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)

1、遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 IV 頁(yè)卷?yè)P(yáng)機(jī)電動(dòng)機(jī)無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)摘 要無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技電子元器件，它的特點(diǎn)是開(kāi)關(guān)速度快、無(wú)電弧產(chǎn)生、理論壽命長(zhǎng)等，并且由于電力電子技術(shù)和元器件制造技術(shù)的提高，其成本不斷降低，因此無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)已被廣泛應(yīng)用于電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)中。另外，由于無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)采用了處理器和通訊技術(shù)，再配合BCQ操作顯示模塊使用，在控制卷?yè)P(yáng)機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、以及零位能耗制動(dòng)的同時(shí)對(duì)卷?yè)P(yáng)機(jī)傳遞電機(jī)的過(guò)載、斷相、三相不平衡、接地/漏電、欠電流等起到保護(hù)作用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)功能。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我研制的是卷?yè)P(yáng)機(jī)電動(dòng)機(jī)無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)由三相異步電動(dòng)機(jī)主回路，無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)

2、控制電路，和檢測(cè)電路組成。針對(duì)卷?yè)P(yáng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際工作狀況，再根據(jù)所需實(shí)現(xiàn)的功能，完成了主回路的設(shè)計(jì)。然后通過(guò)對(duì)輸入電路、輸出電路、CPU周邊的參數(shù)計(jì)算完成了對(duì)無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)控制電路的設(shè)計(jì)。最后通過(guò)電路故障分析和性能分析完成檢測(cè)電路 的設(shè)計(jì)。從而完成了整個(gè)無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：卷?yè)P(yáng)機(jī)；無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)；主回路；控制電路；檢測(cè)電路；控制系統(tǒng)The Dedign of the Non-contact Switchfor Hoist MotorAbstractNon-contact suitch developed in recent years is a high-tech electronic

3、components, its characteristic is switching speed, no arc and long service life etc, and the theory of power electronic technology and components due to improve manufacturing technology, the lower costs, thus non-contact switch has been widely used in electric drive control system. In addition, beca

4、use non-contact suitch adopted processor and communication technology, combined with BCQ with operation in control, display module USES the hoist is zero, inversion, and at the same time to hoist braking energy transfer overload, motor, phase unbalanced three-phase, grounding/leakage, current protec

5、tion, the protection of motor function. The graduation design, I developed is hoist motor control system, and non-contact suitch whole system from the main circuit, three-phase asynchronous electric circuit, and non-contact switch control circuit testing. According to the actual working condition ho

6、ist motor, according to the needs, complete the functions of the circuit design. Then based on input circuit, the output circuit, the CPU surrounding parameters are calculated to non-contact switch control circuit design. Through the analysis on fault circuit performance analysis and design of compl

7、ete detection circuit. To complete the whole non-contact switch control system design.Keywords: Hoist；Non-contact switch；The main circuit；Control circuit；Detection circuit；The control system目 錄1緒論11.1卷?yè)P(yáng)機(jī)簡(jiǎn)介11.1.1卷?yè)P(yáng)機(jī)的發(fā)展及其概念11.1.2卷?yè)P(yáng)機(jī)安全操作規(guī)程21.1.3卷?yè)P(yáng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)31.2無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的簡(jiǎn)介41.2.1無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的發(fā)展及應(yīng)用41.2.2無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)41

8、.3卷?yè)P(yáng)機(jī)使用無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的原因52無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的組成及其原理72.1無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的工作原理72.2無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的組成83無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)主回路設(shè)計(jì)93.1主回路的工作原理及過(guò)零點(diǎn)觸發(fā)93.1.1主回路的工作原理93.1.2過(guò)零點(diǎn)觸發(fā)103.2元件選擇及參數(shù)計(jì)算103.3晶閘管的保護(hù)123.3.1過(guò)電壓保護(hù)123.3.2過(guò)電流保護(hù)134控制電路的設(shè)計(jì)144.1輸入電路設(shè)計(jì)144.1.1 X1輸入端子設(shè)計(jì)144.1.2電源抗干擾設(shè)計(jì)144.1.3光隔輸入部分設(shè)計(jì)174.2繼電器輸出電路設(shè)計(jì)214.2.1繼電器輸出電路原理214.2.2繼電器輸出電路的組成及分析214.3驅(qū)動(dòng)輸出回路設(shè)計(jì)244.3.1驅(qū)動(dòng)輸出回

9、路原理244.3.2驅(qū)動(dòng)輸出回路的組成及分析255檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)325.1電壓同步信號(hào)檢測(cè)電路設(shè)計(jì)325.2電流信號(hào)檢測(cè)回路設(shè)計(jì)345.2.1電流信號(hào)檢測(cè)回路的原理345.2.2電流信號(hào)檢測(cè)回路的組成355.2.3相關(guān)參數(shù)計(jì)算396無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)控制器介紹416.1控制電路概述416.2單片機(jī)概述416.2.1單片機(jī)硬件概述416.2.2單片機(jī)軟件概述436.3控制器芯片圖437無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)447.1軟件設(shè)計(jì)思想447.2系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)457.3系統(tǒng)主程序特點(diǎn)45結(jié) 論46致 謝47參考文獻(xiàn)48遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 49 頁(yè)1緒論1.1卷?yè)P(yáng)機(jī)簡(jiǎn)介1.1.1卷?yè)P(yáng)機(jī)的發(fā)展及其概念

10、隨著社會(huì)的發(fā)展，機(jī)械將會(huì)越來(lái)越取代人力，這也是機(jī)械行業(yè)飛速發(fā)展的后果，在機(jī)械的發(fā)展歷史中，新的機(jī)械發(fā)明有著舉足輕重的作用。但是，那些很久以前就被利用生產(chǎn)并一直延續(xù)到今天的機(jī)械，更是起著不可替代的作用，卷?yè)P(yáng)機(jī)就是一例。卷?yè)P(yáng)機(jī)的發(fā)展就像其他機(jī)械一樣，從開(kāi)始的簡(jiǎn)單到現(xiàn)在的復(fù)雜，從以前的機(jī)械動(dòng)力到現(xiàn)在的電力動(dòng)力，從以前的人工操作到現(xiàn)在的電腦操作甚至是智能操作。本文就是通過(guò)利用無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)技術(shù)對(duì)卷?yè)P(yáng)機(jī)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)卷?yè)P(yáng)機(jī)的智能操作。卷?yè)P(yáng)機(jī)就是一種利用外力（例如電動(dòng)機(jī)）來(lái)驅(qū)動(dòng)它運(yùn)轉(zhuǎn)，然后通過(guò)電磁制動(dòng)器和抱死制動(dòng)器控制其在無(wú)動(dòng)力下不自由運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)經(jīng)過(guò)電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)減速后，驅(qū)動(dòng)一個(gè)輪盤(pán)運(yùn)轉(zhuǎn)，輪盤(pán)上可以卷

11、鋼索或者其他東西，這就是卷?yè)P(yáng)機(jī)。卷?yè)P(yáng)機(jī)又稱絞車，是起重垂直運(yùn)輸機(jī)械的重要組成部分，配合井（門）架、桅桿、滑輪組等輔助設(shè)備，用來(lái)提升或拖動(dòng)物料、安裝設(shè)備等作業(yè)，同時(shí)還能遠(yuǎn)距離操作。由于它結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便、維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單、成本低、使用安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于冶金、橋梁建筑、倉(cāng)庫(kù)、碼頭、提升設(shè)備等場(chǎng)所。提升重物是卷?yè)P(yáng)機(jī)的一種主要功能，所以各類卷?yè)P(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì)都是根據(jù)這一要求為依據(jù)的。雖然目前塔吊、汽車吊等取代了卷?yè)P(yáng)機(jī)的部分工作，但由于塔吊成本高，一般在大型工程中使用，而靈活性較差，故一般中小型工程仍然廣泛應(yīng)用卷?yè)P(yáng)機(jī)；汽車吊雖然靈活方便，但也因?yàn)槌杀咎?，而不能在工程中廣泛應(yīng)用，故大多設(shè)備的安裝仍然是由

12、卷?yè)P(yáng)機(jī)承擔(dān)的。此外，根據(jù)實(shí)現(xiàn)功能的不同，卷?yè)P(yáng)機(jī)系列大致可以分為電控卷?yè)P(yáng)機(jī)、船用卷?yè)P(yáng)機(jī)、快速卷?yè)P(yáng)機(jī)等等。本次設(shè)計(jì)的主要是電控卷?yè)P(yáng)機(jī)，如圖1.1所示，其他類別的卷?yè)P(yáng)機(jī)在這里均不作介紹。圖1.1 卷?yè)P(yáng)機(jī)1.1.2卷?yè)P(yáng)機(jī)安全操作規(guī)程（1）作業(yè)前準(zhǔn)備1.安裝時(shí)，基座必須平穩(wěn)牢固，設(shè)置可靠的地錨并應(yīng)搭設(shè)工作棚。操作人員的位置應(yīng)該能看清楚指揮人員和拖動(dòng)或起吊的物體；2.作業(yè)前檢查卷?yè)P(yáng)機(jī)與地面固定情況，防護(hù)措施、電氣線路、接地線、制動(dòng)裝置和鋼絲繩等全部合格后方可使用；3.使用皮帶和開(kāi)式齒輪傳動(dòng)的部分，均須設(shè)防護(hù)罩，導(dǎo)向滑輪不得用開(kāi)口拉板式滑輪；4.以動(dòng)力正反轉(zhuǎn)的卷?yè)P(yáng)機(jī)，卷筒旋轉(zhuǎn)方向應(yīng)和操縱開(kāi)關(guān)上指示的方向一致

13、；5.從卷筒中心線到第一個(gè)導(dǎo)向滑輪的距離，帶槽卷筒應(yīng)大于卷筒寬度的15倍，無(wú)槽卷筒應(yīng)大于20倍，當(dāng)鋼絲繩在卷筒中間位置時(shí)，滑輪的位置應(yīng)與卷筒軸心垂直；6.卷?yè)P(yáng)機(jī)自動(dòng)操縱桿的行程范圍內(nèi)不得有障礙物。（2）作業(yè)中注意事項(xiàng)1.卷筒上的鋼絲繩應(yīng)排列整齊，如發(fā)現(xiàn)重疊和斜繞時(shí)，應(yīng)停機(jī)重新排列。嚴(yán)禁在轉(zhuǎn)動(dòng)中用手、腳拉踩鋼絲繩。鋼絲繩不許放完，最少應(yīng)保留三圈；2.鋼絲繩不許打結(jié)、扭繞，在一個(gè)節(jié)距內(nèi)斷線超過(guò)10%時(shí)，應(yīng)予更換；3.作業(yè)中，任何人不得跨越鋼絲繩，物件提升后，操作人員不得離開(kāi)卷?yè)P(yáng)機(jī)。休息時(shí)物件或吊籠應(yīng)降至地面；4.作業(yè)中，司機(jī)、信號(hào)要同吊起物件保持良好的能見(jiàn)度，司機(jī)與信號(hào)員應(yīng)密切配合，服從信號(hào)的統(tǒng)一

14、指揮；5.作業(yè)中如遇停電，應(yīng)切斷電源，將提升物件降至地面。（3）作業(yè)完后注意事項(xiàng)1.作業(yè)完畢，應(yīng)斷開(kāi)電源，鎖好開(kāi)關(guān)箱；2.提升吊籠或物件應(yīng)降至地面，清整場(chǎng)地障礙物。1.1.3卷?yè)P(yáng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)1.鋼絲繩額定拉力：50KN2.動(dòng)比i：74.233.鋼絲繩規(guī)格直徑：21.5mm 鋼絲繩額定速度：20m/min4.卷筒直徑：300mm 卷筒寬度：630mm 卷筒轉(zhuǎn)速：13.07r/min 卷筒容繩量：150m5.減速器齒輪參數(shù)： 第一級(jí)模數(shù)：3 齒數(shù)比：69/28 第二級(jí)模數(shù)：4 齒數(shù)比：82/14 第三級(jí)模數(shù)：6 齒數(shù)比：72/146.電動(dòng)機(jī)型號(hào)：YZR200L 電動(dòng)機(jī)功率：22kw 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速：

15、970r/min7.液壓推桿制動(dòng)器：YWZ-300/458.外型尺寸：135510837071.2無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的簡(jiǎn)介1.2.1無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的發(fā)展及應(yīng)用在六十年代迅速發(fā)展起來(lái)的硅可控整流元件即可控硅，是電子技術(shù)中的一種新型大功率半導(dǎo)體器件，它被廣泛的應(yīng)用在電氣化、自動(dòng)化技術(shù)當(dāng)中，成為技術(shù)改造不可缺少的重要元件。它可作可控整流、無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)、變頻等用途，具有體積小、重量輕、效率高、無(wú)噪聲、操作維護(hù)方便等許多優(yōu)點(diǎn)。隨著科技的進(jìn)步和現(xiàn)代化制動(dòng)設(shè)備的普及，大型機(jī)械設(shè)備的電動(dòng)機(jī)控制越來(lái)越受到注重，而無(wú)觸點(diǎn)接觸器（固體接觸器）正是控制中必不可少的一環(huán)。無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)是以半導(dǎo)體器件為基礎(chǔ)，全封裝式的固態(tài)繼電器(Soli

16、d State Relays) 。它利用電子元件(如開(kāi)關(guān)三極管、雙向可控硅等半導(dǎo)體器件)的開(kāi)關(guān)特性，可無(wú)觸點(diǎn)無(wú)火花地接通和斷開(kāi)電路，并且動(dòng)作快，因此通常又稱為“無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)”。1無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)具有高穩(wěn)定，高可靠，無(wú)觸點(diǎn)及壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。它被廣泛應(yīng)用，如交流調(diào)功方面的有電阻型，電壓型調(diào)壓器，過(guò)零型單相、三相固體調(diào)壓器、交一直流調(diào)壓模塊、容性負(fù)載固體繼電器、延時(shí)固體繼電器、三相斷相保護(hù)固體繼電器，電動(dòng)機(jī)頻繁啟動(dòng)，換向等。廣泛用在電動(dòng)機(jī)調(diào)速，正反轉(zhuǎn)控制，調(diào)光，家用電器，烘箱烘烤加溫控溫，送變電電網(wǎng)的建設(shè)與改造電力拖動(dòng)、印染、塑料加工，煤礦，鋼鐵，化工和軍用等方面。眾所周知，電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的核心問(wèn)題就是要對(duì)

17、拖動(dòng)工作機(jī)械的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。因此，本文就是利用兩只反向并聯(lián)的晶閘管組成無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)卷?yè)P(yáng)機(jī)電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)及能耗制動(dòng)等功能的控制。1.2.2無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1.無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)不存在電器磨損、機(jī)械磨損、碰撞和沖擊，所以元件運(yùn)行可靠、動(dòng)作快、壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小；2.操作安全，維修方便。缺點(diǎn)：1.溫度穩(wěn)定性差；2.抗干擾性差；3.過(guò)載能力差，由于半導(dǎo)體元件的過(guò)電壓、過(guò)電流能力差，所以容易過(guò)載擊穿或燒毀。1.3卷?yè)P(yáng)機(jī)使用無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的原因在電力系統(tǒng)配電網(wǎng)中,為減少線路壓降和提高功率因數(shù),以降低網(wǎng)損、節(jié)約電能和改善供電電壓質(zhì)量,大都安裝無(wú)功功率自動(dòng)補(bǔ)償裝置。而電力負(fù)載一直進(jìn)行

18、難以預(yù)期的動(dòng)態(tài)變化,因此電容器到電網(wǎng)間有一個(gè)頻繁投切的過(guò)程。傳統(tǒng)的投切用電氣開(kāi)關(guān)通常有兩種:一種是普通的開(kāi)關(guān)，其優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通時(shí)無(wú)壓降,能耗少,但是缺點(diǎn)卻非常明顯觸點(diǎn)投入瞬間,觸頭處往往會(huì)產(chǎn)生火花,并且浪涌電流非常大;切斷觸點(diǎn)時(shí),觸頭又容易拉出電弧,造成咬死現(xiàn)象,盡管采用帶預(yù)投電阻的專用接觸器一定程度上可以降低浪涌,但是綜合效果并非理想。另一種開(kāi)關(guān)就是電力電子開(kāi)關(guān)器件,常用的是晶閘管,通過(guò)過(guò)零投切可以大大減少浪涌電流、火花等現(xiàn)象。目前，很多工廠用的電動(dòng)機(jī)功率都比較大，并且需要頻繁起動(dòng)，如果仍然用這種機(jī)械式接觸器開(kāi)關(guān)的控制系統(tǒng)，事故率就會(huì)極高，所造成的維修量也極大，存在的問(wèn)題很多，大致可以歸納為

19、以下幾點(diǎn)：（1）各種機(jī)械式控制器、交流接觸器和電流繼電器接點(diǎn)多、線路聯(lián)鎖、互鎖復(fù)雜，經(jīng)常出現(xiàn)接點(diǎn)接觸不良，甚至接點(diǎn)粘連事故，造成電控系統(tǒng)失效，從而引起電動(dòng)機(jī)停機(jī)或是損壞；（2）頻繁的起動(dòng)時(shí)，機(jī)械式控制器和交流接觸器受機(jī)械磨損和電流沖擊作用，壽命大大降低，從而加大了檢修工作量，當(dāng)然備品、備件的消耗量也隨之增加；（3）電動(dòng)機(jī)的過(guò)流、過(guò)載保護(hù)均通過(guò)電流繼電器來(lái)完成，而普通的電流繼電器工作整定值整定困難，并且誤差較大，不能對(duì)電動(dòng)機(jī)形成有效的電氣保護(hù)，極易造成電動(dòng)機(jī)的燒損；（4）轉(zhuǎn)子回路多級(jí)切換金屬電阻的起動(dòng)方式會(huì)造成切換時(shí)弧光閃爍，再加上環(huán)境灰塵大，因此在工作時(shí)經(jīng)常會(huì)發(fā)生交流接觸器主接點(diǎn)接觸不良，轉(zhuǎn)子

20、電阻不平衡，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱，鐵心接合面未對(duì)好，交流鐵心吸合時(shí)噪聲過(guò)大，接觸器滯磁，斷開(kāi)動(dòng)作遲緩，接點(diǎn)黏結(jié)，接觸器線圈燒損等多種故障，多級(jí)切換金屬電阻起動(dòng)時(shí)機(jī)械沖擊力也很大，嚴(yán)重影響配套機(jī)械設(shè)備的使用壽命。而與卷?yè)P(yáng)機(jī)配套的電動(dòng)機(jī)需要頻繁起動(dòng)和正反轉(zhuǎn)間的切換，在這種情況下要保證電動(dòng)機(jī)的可靠運(yùn)行，提高設(shè)備有效作業(yè)率，除加強(qiáng)對(duì)控制系統(tǒng)和電動(dòng)機(jī)的維護(hù)外，更重要的是從根本上提高控制系統(tǒng)的可靠性，而利用無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)技術(shù)可為需要頻繁起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)工作的可靠性提供保證。隨著電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用機(jī)電工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)機(jī)電產(chǎn)品控制技術(shù)的要求也越來(lái)越高，無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)必將逐漸代替有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)技術(shù)也將應(yīng)用的更加廣泛。2無(wú)觸

21、點(diǎn)開(kāi)關(guān)的組成及其原理2.1無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的工作原理晶閘管元件具有導(dǎo)通與阻斷兩種作用，相當(dāng)于有觸電開(kāi)關(guān)的開(kāi)和關(guān)，可用作定子回路中的控制元件或控制開(kāi)關(guān)，由于它沒(méi)有觸頭的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，所以稱為無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。當(dāng)晶閘管加有正向電壓的情況下，加上適當(dāng)?shù)挠|發(fā)信號(hào)就可使晶閘管從關(guān)斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)。除去觸發(fā)信號(hào)，當(dāng)陽(yáng)極電壓為零時(shí)即自行關(guān)斷，從而達(dá)到開(kāi)與關(guān)的目的。利用兩只反并聯(lián)的晶閘管組成的雙向無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)就可以代替交流接觸器的一相主觸頭，無(wú)處發(fā)信號(hào)時(shí)，晶閘管不導(dǎo)通，電路處于斷開(kāi)狀態(tài)2；有觸發(fā)信號(hào)時(shí)，晶閘管導(dǎo)通，電路處于導(dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)兩只晶閘管在正負(fù)半周交替導(dǎo)通，電路得到的是正弦交流電，也就是說(shuō)接通與斷開(kāi)晶閘管的觸發(fā)信號(hào)即能控

22、制交流回路的導(dǎo)通與關(guān)斷，起到開(kāi)關(guān)作用。由兩只反并聯(lián)的晶閘管組成的單向交流無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的主電路如圖2.1所示。如果兩只晶閘管SCR1和SCR2都加上正向控制電壓，再加以適當(dāng)?shù)挠|發(fā)信號(hào)，那么，在電源電壓u的正半周時(shí)，SCR1導(dǎo)通，而SCR2截止；在電源電壓u的負(fù)半周時(shí)，SCR1因承受反向陽(yáng)極電壓即自行關(guān)斷，而SCR2則導(dǎo)通。這樣，兩只晶閘管交替工作，負(fù)載得到一個(gè)交流電壓。這時(shí)相當(dāng)于無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)。圖2.1 單向交流無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)主電路如果不加正向電壓，或無(wú)觸發(fā)信號(hào)時(shí)，兩只晶閘管都不導(dǎo)通，這時(shí)相當(dāng)于無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)。2.2無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的組成無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)大功率三相交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行

23、適時(shí)準(zhǔn)確的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)和監(jiān)測(cè)反饋等控制。根據(jù)其要求進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，將無(wú)觸點(diǎn)控制系統(tǒng)分成三個(gè)主要模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，即：無(wú)觸點(diǎn)控制系統(tǒng)的主回路、控制電路、檢測(cè)電路。無(wú)觸點(diǎn)控制系統(tǒng)主回路中的主要元件就是晶閘管，被用來(lái)作為三相交流電源和三相交流電動(dòng)機(jī)的中間連接元件。根據(jù)來(lái)自控制電路的控制信息來(lái)控制晶閘管的導(dǎo)通和斷開(kāi)，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)電源的加載和電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、正反轉(zhuǎn)和制動(dòng)等控制。采用這種方式對(duì)高電壓、大電流的通斷控制，避免了普通強(qiáng)電通斷控制中產(chǎn)生的強(qiáng)烈電弧所帶來(lái)的危害?？刂齐娐凡捎肐ntel公司生產(chǎn)的TN87C196KD-20型號(hào)的單片機(jī)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各種控制信號(hào)的處理和輸出，從而實(shí)現(xiàn)主電路中晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷

24、控制。無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖如圖2.2所示。圖2.2無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)整體結(jié)構(gòu)圖3無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)主回路設(shè)計(jì)3.1主回路的工作原理及過(guò)零點(diǎn)觸發(fā)3.1.1主回路的工作原理如圖3.1所示，是卷?yè)P(yáng)機(jī)電動(dòng)機(jī)無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)主回路?？梢钥闯觯瑹o(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的主回路7是利用晶閘管控制電動(dòng)機(jī)的供電回路來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的各種啟動(dòng)方式，通過(guò)內(nèi)部的整定實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的直接啟動(dòng)、間接啟動(dòng)以及能耗制動(dòng)，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)頻繁正反轉(zhuǎn)切換控制和定時(shí)正反轉(zhuǎn)切換控制。根據(jù)三相交流異步電動(dòng)機(jī)的工作原理，只要將三相電源正確加載到電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)即可實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)，改變?nèi)嚯娫慈我鈨上嗟南嘈?，電?dòng)機(jī)即可實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)。本次設(shè)計(jì)中電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方式采用能耗制動(dòng)，能耗制動(dòng)是比較

25、常用的準(zhǔn)確停車的方法3。根據(jù)能耗制動(dòng)的原理，只要將三相交流電動(dòng)機(jī)定子繞組從三相交流電源斷開(kāi)，然后立即將一低壓直流電源通入定子繞組。三相交流電動(dòng)機(jī)內(nèi)部就會(huì)立即產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)子實(shí)際旋轉(zhuǎn)方向相反的制動(dòng)力矩實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的快速制動(dòng)。圖3.1 無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)主回路圖按照上述所要實(shí)現(xiàn)功能的工作原理，只要將上述各種控制的接線方式融合在一起，組成圖3.1所示的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)主回路就可以了。但是由于無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)主回路是由五組反向并聯(lián)的晶閘管構(gòu)成的，所以，還需要配合適當(dāng)?shù)挠|發(fā)電路來(lái)控制每相回路的通斷。本次設(shè)計(jì)中采用的是過(guò)零點(diǎn)觸發(fā)。3.1.2過(guò)零點(diǎn)觸發(fā)所謂晶閘管的過(guò)零點(diǎn)觸發(fā)就是指在電路電壓為零或是接近零的瞬間給晶閘管一觸發(fā)脈沖使之

26、導(dǎo)通，利用管子電流小于維持電流時(shí)管子自行關(guān)斷4。在一般的調(diào)壓和整流電路中通常采用移向觸發(fā)控制的晶閘管，這種觸發(fā)方式的主要缺點(diǎn)是其產(chǎn)生的缺角正弦波中包含較大的高次諧波，對(duì)電力系統(tǒng)形成干擾。然而在無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)電路中只要求電流的通斷，并不要求電壓的調(diào)節(jié)，所以這里晶閘管使用過(guò)零點(diǎn)觸發(fā)的方式，其波形圖如圖3.2所示。圖3.2 過(guò)零點(diǎn)觸發(fā)波形圖3.2元件選擇及參數(shù)計(jì)算（1）晶閘管的選擇及相關(guān)計(jì)算由于晶閘管工作時(shí)可能會(huì)遭受到一些瞬時(shí)過(guò)電壓，為了確保管子安全運(yùn)行，在選用晶閘管時(shí)應(yīng)使其額定電壓為正常工作電壓峰值的23 倍。本課題所研究卷?yè)P(yáng)機(jī)電動(dòng)機(jī)電壓為380V ，雙向晶閘管的額定電壓的選擇由下式?jīng)Q定：雙向晶閘管在

27、用于交流電路時(shí)，其通態(tài)額定電流是電流指有效值。異步電機(jī)額定功率為 22KW，則晶閘管額定電流與為：而啟動(dòng)電流可以高達(dá)額定電流的48倍，這就要求雙向晶閘管的額定通態(tài)平均電流：在選擇晶閘管時(shí)僅僅加大安全裕量是不夠的。為了使晶閘管能正常工作而不受損壞，還必須對(duì)過(guò)電壓、過(guò)電流等進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)。根據(jù)市場(chǎng)現(xiàn)有產(chǎn)品和價(jià)格，系統(tǒng)最后選擇了型號(hào)為 3CT300A/1000V 的晶閘管，其額定電壓為 1000V ，額定電流為300A , 能滿足系統(tǒng)。(2) 阻容電路元件選擇電容、電阻可按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算,即:C = (2.55) × ITR = (24) U / IT () PR = fcU2m ×

28、; (W)電容耐壓: Ud式中: IT 通態(tài)平均電流；Ud 斷態(tài)端電壓；Um 工作峰值電壓；f工作頻率, 50Hz。經(jīng)計(jì)算結(jié)果為:C = (2.55) ××200 = 0.51 (F) 可取系列值1F。R = (24) ×380 /200 = 3.87.6 () 可取系列值10。PR = 50 ×1 ×(220) × 5 (W) 可取系列值10W。電容耐壓: 380= 537 (V)可取系列值630V。由此,最后選用R取 10、10W, C取1F、630V。(3) 防止誤觸發(fā)電容的選擇5為了避免由于干擾引起誤觸發(fā),在晶閘管控制極上并聯(lián)

29、一個(gè)電容C,以利用電容的電壓惰性來(lái)防止誤觸發(fā),一般C的值取0.010.1F之間。因晶閘管3CT300A/1000V的門極觸發(fā)電壓為4V,故耐容電壓為：(68)VGT = ( 68) ×4 = 24 32 (V)取系列值C =0.1F, 32V。(4) 快速熔斷器的選擇熔體的額定電流IRD按下式選擇: 1.57 IT(VA) > IRD > IT(實(shí)際管子的Imax的有效值) 。為了保證可靠與選用方便,取IRD = IT(VA) ,即: IRD = 200A根據(jù)熔斷器的規(guī)格,可選用RS3 (500V、200A)快熔器。(5) 壓敏電阻的選擇主要考慮額定電壓和通流裕量,額定電

30、壓U1mA的下限是線路工作電壓峰值,考慮到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)及多次承受沖擊電流以后U1mA可能下降,故額定電壓的取值以30%的冗余量計(jì)算,即:U1mA 1.32U式中: U壓敏電阻兩端正常工作電壓有效值。本設(shè)計(jì)的壓敏電阻額定電壓為:U1mA 1.32×380 = 698 (V)3.3晶閘管的保護(hù)晶閘管由于擊穿電壓接近工作電壓，熱容量又較小，所以承受過(guò)電壓、過(guò)電流能力較差，短時(shí)間內(nèi)的過(guò)電壓、過(guò)電流都可能造成元件損壞。晶閘管是主回路中最為重要的元件，所以，為了使晶閘管能正常工作，除了合理的選擇元件外，還必須對(duì)過(guò)電壓、過(guò)電流發(fā)生的原因加以分析，并采取合適的保護(hù)措施。3.3.1過(guò)電壓保護(hù)過(guò)電壓可

31、以分為以下兩類：（1）操作過(guò)電壓：因變流裝置拉、合閘或器件關(guān)斷等經(jīng)常性操作，由電磁過(guò)程引起的過(guò)電壓。（2）浪涌過(guò)電壓：因雷擊等偶然原因引起，從電網(wǎng)串入到變流裝置的過(guò)電壓，其幅度可能比操作過(guò)電壓還高。對(duì)過(guò)電壓保護(hù)原則是：限制操作過(guò)電壓，使其在晶閘管額定電壓UR以下，浪涌過(guò)電壓限制在晶閘管的斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓UDSM和反相不重復(fù)峰值電壓URSM之間。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中，過(guò)電壓保護(hù)采用RC阻容吸收回路。主回路電路中，在每一個(gè)晶閘管的兩端都并聯(lián)上RC阻容吸收回路。利用電容兩端電壓不能突變的特性，可以有效地抑制過(guò)電壓；串聯(lián)電阻能消耗部分過(guò)電壓能量，同時(shí)能抑制 L-C 回路的振蕩。3.3.2過(guò)電流保護(hù)由于晶閘

32、管的電流過(guò)載能力比一般電氣設(shè)備差很多，因此必須對(duì)變流裝置進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪^(guò)電流保護(hù)。在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中，采用交流斷路器作為交流裝置的后備保護(hù)，采用快速熔斷器保護(hù)晶閘管的過(guò)電流。4控制電路的設(shè)計(jì)4.1輸入電路設(shè)計(jì)4.1.1 X1輸入端子設(shè)計(jì)1，2：控制板電源，AC200V/50Hz3：PE 端，保護(hù)地4：COM 輸入信號(hào)公共端5：正轉(zhuǎn)信號(hào)6：停止信號(hào)7：反轉(zhuǎn)信號(hào)8：復(fù)位信號(hào)9：外部故障信號(hào)10：急停信號(hào)11，12：正轉(zhuǎn)運(yùn)行輸出干接點(diǎn)，接點(diǎn)容量：3A/220VAC13，14：反轉(zhuǎn)運(yùn)行輸出干接點(diǎn)，接點(diǎn)容量：3A/220VAC15，16：制動(dòng)運(yùn)行輸出干接點(diǎn)，接點(diǎn)容量：3A/220VAC17，18：故障狀態(tài)輸出

33、干接點(diǎn)，接點(diǎn)容量：3A/220VAC19，20，21，22，23，24：控制裝置內(nèi)部電流互感器二次電流輸入端25，26：外部零序電流互感器輸入端4.1.2電源抗干擾設(shè)計(jì)由于無(wú)觸點(diǎn)控制器的電源結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。因此在這里我們只對(duì)抗干擾6部分進(jìn)行簡(jiǎn)要的設(shè)計(jì)說(shuō)明。如圖4.1所示，圖中變阻器RT1對(duì)整個(gè)回路起到一定的保護(hù)作用。電路中的電容均采用安規(guī)電容。圖4.1 電源抗干擾電路圖（1）安規(guī)電容安規(guī)電容中包括X，Y電容，火線零線間的是X電容,火線與地間的是Y電容。在這里，X電容是指跨于L3-N之間的電容器，Y電容是指跨于L-PE/N-PE之間的電容器。使用安規(guī)電容的優(yōu)點(diǎn)在于即使電容器失效，也不會(huì)導(dǎo)致電擊，危

34、及人身安全。并且它們用在電源濾波器里，起到電源濾波作用，分別對(duì)共模，差模干擾起濾波作用。X電容底下又分為X1，X2，X3，主要差別在于: 1.X1耐高壓大于2.5 kV, 小于等于4 kV。2.X2耐高壓小于等于2.5 kV。3.X3耐高壓小于等于1.2 kV。Y電容底下又分為Y1，Y2，Y3，Y4，主要差別在于: 1.Y1耐高壓大于8 kV。2.Y2耐高壓大于5 kV。3.Y3耐高壓 n/a 。4.Y4耐高壓大于2.5 kV。（2）橋式整流電路原理7上圖中DB1-GBP10實(shí)際上是一個(gè)橋式整流電路，其等效原理圖如圖4.2所示：當(dāng)正半周時(shí)，瞬時(shí)極性a（+），b（）。二極管VD1，VD3正偏導(dǎo)通

35、，VD2，VD4反偏截止。導(dǎo)電回路aVD1負(fù)載VD3b，負(fù)載上電壓極性上正下負(fù)。當(dāng)負(fù)半周時(shí)，瞬時(shí)極性a（），b（+）。二極管VD1，VD3反偏截止，VD2，VD4正偏導(dǎo)通。導(dǎo)電回路bVD2負(fù)載VD4a，負(fù)載上電壓極性上正下負(fù)。、及波形圖如圖4.3所示。圖4.2 橋式整流電路原理圖圖4.3 橋式整流電路波形圖4.1.3光隔輸入部分設(shè)計(jì)該電路由正轉(zhuǎn)控制輸入電路、停止控制輸入電路、反轉(zhuǎn)控制輸入電路、復(fù)位控制輸入電路、外部故障輸入電路、急?？刂戚斎腚娐方M成，其電路圖如圖4.4所示。圖4.4 光隔輸入部分電路圖光隔輸入電路中的六個(gè)回路的元件類型基本相同，可對(duì)正轉(zhuǎn)控制輸入電路進(jìn)行舉例分析，如圖4.5所示。

36、該電路包括兩個(gè)基本回路，它們由光電耦合器連接，使兩個(gè)回路的地隔開(kāi)，起到抗干擾作用。此外，該電路中還使用了發(fā)光二極管（LED），下面就對(duì)這兩種主要元件進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹及參數(shù)計(jì)算。圖4.5 正轉(zhuǎn)控制輸入電路圖（1）光電耦合器簡(jiǎn)介及原理分析光電耦合器是將發(fā)光元件和受光元件密封在同一管殼中，用作光電轉(zhuǎn)換的一種半導(dǎo)體器件。即通過(guò)輸入端加電信號(hào)，發(fā)光器件發(fā)光，受光器件受到光照后，產(chǎn)生光電效應(yīng)，輸出電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了電到光、光再到電的傳輸。光是傳輸?shù)拿浇?，從而使輸入和輸出兩端?shí)現(xiàn)電器上的絕緣和隔離，輸出端對(duì)輸入端無(wú)反饋?zhàn)饔?，信?hào)能從輸入端單向傳輸?shù)捷敵龆耍哂锌垢蓴_能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。光電耦合

37、器亦稱光耦合器，簡(jiǎn)稱光耦。光電耦合器的基本原理：典型光電耦合器輸入部分是砷化鎵紅外發(fā)光二極管，輸出部分是硅光電三極管，如圖4.6所示。當(dāng)發(fā)光器的發(fā)光二極管中有電流流過(guò)時(shí)其就會(huì)發(fā)光，照射到施加有偏壓的受光器硅光電三極管上光電三極管就有光電流產(chǎn)生。如果發(fā)光二極管中沒(méi)有電流流過(guò)，即發(fā)光二極管不發(fā)光，光電三極管就無(wú)光電流產(chǎn)生。因此輸入信號(hào)可以經(jīng)過(guò)光媒介傳輸?shù)捷敵龆?，?shí)現(xiàn)輸入端和輸出端電隔離。圖4.6 PC817內(nèi)部電路方框圖使用光電耦合器的原因：a 光電耦合器的輸入阻抗很小而干擾源大的阻抗很大；b 光耦的輸入回路和輸出回路間無(wú)電器聯(lián)系，也無(wú)共地；它們之間的分布電容極小，而絕緣電阻很大。c 由于各類光電

38、耦合器的輸入端均為發(fā)光二極管，只有正偏是通過(guò)一定強(qiáng)度的電流才會(huì)發(fā)光，而大多數(shù)干擾信號(hào)即使有很高的幅值，也會(huì)由于沒(méi)有足夠的能量而不能驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管發(fā)光，這樣可以抑制高峰尖脈沖的沖擊，使來(lái)自光電器件或輸入電路的各種干擾噪聲不能傳輸至輸出端。d 光耦輸入回路和輸出回路間能承受電壓在500V以上甚至幾千伏高壓。即使外部設(shè)備出現(xiàn)故障，甚至輸入電路短路，也不會(huì)損壞光耦電路或設(shè)備，能起很好的安全保障作用。（2）發(fā)光二極管（LED）簡(jiǎn)介發(fā)光二極管是一種用于電-光轉(zhuǎn)換的半導(dǎo)體器件，在各部門，尤其是儀器、家用電器中廣泛應(yīng)用。發(fā)光二極管按發(fā)光顏色分，分為紅色、橙色、綠色、藍(lán)色等。另外有的發(fā)光二極管中包含兩種或三種顏

39、色的芯片。根據(jù)摻或不摻散發(fā)劑、有色還是無(wú)色，又可分為有色透明、無(wú)色透明、有色散色和無(wú)色散色四種類型。散色型發(fā)光二極管常用來(lái)做指示燈。使用發(fā)光二極管時(shí)的注意事項(xiàng)：a 對(duì)于全塑形封裝的LED，正、負(fù)極引腳靠環(huán)氧樹(shù)脂固定。為避免管芯受熱損壞和因環(huán)氧樹(shù)脂受熱軟化致使引腳移動(dòng)使內(nèi)引線斷開(kāi)，裝配焊接時(shí)要注意；第一，印制電路板上LED安裝孔應(yīng)與管子兩引腳間距相同，使引腳與環(huán)氧樹(shù)脂管帽不產(chǎn)生應(yīng)力；第二，焊接所用電烙鐵應(yīng)選25W以下，焊接點(diǎn)應(yīng)離管帽4mm以上；第三，焊接時(shí)電烙鐵接觸時(shí)間不要超過(guò)4s，最好用鑷子夾住管腳進(jìn)行散熱。b 要合理選用LED的驅(qū)動(dòng)電流，不能超過(guò)允許值，以免PN結(jié)溫度過(guò)高，縮短管子壽命。c

40、限流電阻R對(duì)保證LED正常工作起決定作用。一旦R值選定，電源Vcc值就不能改變，否則將會(huì)造成LED發(fā)光強(qiáng)度的變化，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞LED。（3）參數(shù)計(jì)算表4-1為國(guó)產(chǎn)部分LED的型號(hào)、參數(shù)表，本設(shè)計(jì)中采用的是BT202型發(fā)光二極管，其具體參數(shù)可由該表查得。表4-1 國(guó)產(chǎn)部分LED的型號(hào)、參數(shù)表參考型號(hào)極限功率（mW）極限工作電流（mA）正向工作電流（mA）正向工作電壓（V）反向漏電流（）反向擊穿電壓（V）發(fā)光顏色光視效能K（mIm/mW）BT201A1007020紅BT201E1007020紅BT201F1007020紅續(xù)表4-1參考型號(hào)極限功率（mW）極限工作電流（mA）正向工作電流（mA）正向

41、工作電壓（V）反向漏電流（）反向擊穿電壓（V）發(fā)光顏色光視效能K（mIm/mW）BT203A1007010紅BT203E1007010紅BT203F1007010紅BT202A30205紅BT202E100205紅BT301A10060401.11.3綠BT301B10060401.11.3綠BT401A10040紅外光BT401B10040BT401C10040注：BT401的的測(cè)試條件為=400mA。生產(chǎn)廠家：蘇州半導(dǎo)體總廠。PC817型光電耦合器的具體參數(shù)見(jiàn)表4-2。表4-2 PC817型光電耦合器具體參數(shù)型 號(hào)等 級(jí) 牌 號(hào)（mA）PC817XABCD或無(wú)牌號(hào)2.53.0PC817X1

42、A4.08.0PC817X2B6.513PC817X3C1020PC817X4D1530PC817X5A或B4.013PC817X6B或C6.520PC817X7C或D1030PC817X8AB或C4.020PC817X9BC或D6.530PC817X10ABC或D4.030根據(jù)元件參數(shù)可以計(jì)算出限流電阻的阻值：這里我們選阻值為4.7。輸出回路中根據(jù)查表計(jì)算：4.2繼電器輸出電路設(shè)計(jì)4.2.1繼電器輸出電路原理在無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，繼電器輸出部分起到極其重要的作用。它可以通過(guò)接在其外部的儀器準(zhǔn)確的判斷出電動(dòng)機(jī)當(dāng)時(shí)所處的工作狀態(tài)，尤其對(duì)故障繼電器輸出的監(jiān)測(cè)更為重要。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，可以

43、及時(shí)有效的顯示，以防止發(fā)生大的事故。4.2.2繼電器輸出電路的組成及分析繼電器輸出電路由正轉(zhuǎn)繼電器輸出電路、反轉(zhuǎn)繼電器輸出電路、制動(dòng)繼電器輸出電路和故障繼電器輸出電路組成，其電路圖如圖4.7所示。圖4.7 繼電器輸出電路圖由于構(gòu)成繼電器輸出電路中的四個(gè)繼電器輸出電路結(jié)構(gòu)及原理基本相同，因此在這里僅以故障繼電器輸出電路為例進(jìn)行分析，其電路圖如圖4.8所示。該部分的電路主要由限流電阻、NPN型三極管9013、光電耦合器PS2701、續(xù)流二極管、發(fā)光二極管以及繼電器組成。圖4.8 故障繼電器輸出電路圖通過(guò)故障繼電器輸出電路的電路圖可知，控制器輸出的信號(hào)通過(guò)限流電阻R83輸入到三極管T7的基極，使得光

44、電耦合器的輸入回路導(dǎo)通，發(fā)光二極管發(fā)光，使得輸出回路導(dǎo)通，電流流進(jìn)三極管T8的基極，使得三級(jí)管導(dǎo)通，繼電器K4的線圈得電，觸點(diǎn)隨之閉合。回路中加入續(xù)流二極管D12，起到保護(hù)電路的作用。1.三極管9013三極管9013是一種非常常見(jiàn)的晶體三極管，在收音機(jī)以及各種放大電路中經(jīng)常用到，應(yīng)用范圍很廣。它是NPN型小功率三極管，其具體參數(shù)可由表4-3和表4-4查得。表4-3 9013型三極管具體參數(shù)參數(shù)符號(hào)測(cè)試條件最小值最大值單位集電極基極擊穿電壓45集電極發(fā)射極擊穿電壓25發(fā)射極基極擊穿電壓5集電極基極截止電流0.1集電極發(fā)射極截止電流0.1發(fā)射極基極截止電流0.1直流電流增益6430040集電極發(fā)射

45、極飽和壓降0.6基極發(fā)射極飽和壓降1.2基極發(fā)射極正向電壓1.4特征頻率150表4-4 分類檔次DEFGHI范圍64-9178-11296-135112-166144-220190-300特征：最大耗散功率 最大集電極電流 集電極-基極擊穿電壓 2.光電耦合器PS2701這部分電路選用的光電耦合器型號(hào)為PS2701，其作用是把+5V和24V電源的地隔開(kāi)，起到抗干擾的作用。光電耦合器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖及原理分析在4.1.3中有詳細(xì)介紹，這里不再重述。特點(diǎn)：高壓隔離。隔離電壓：正向電流：50mA反向擊穿電壓：40V電流傳輸比：50%300%3.發(fā)光二極管LED該電路里，發(fā)光二極管LED起到指示燈的作用，

46、據(jù)此可判斷出電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)。4.固體繼電器固體繼電器是采用固體元件組成的一種類似于無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的電子器件，它的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。其主要特點(diǎn)與參數(shù)如下：a光電隔離輸入驅(qū)動(dòng)電流僅幾毫安，與TTL、HTL、CMOS等數(shù)字電路相兼容，輸入輸出及底殼之間的絕緣耐壓高于2KV；b應(yīng)用范圍廣。交流：大功率1A40A，電網(wǎng)電壓110V380V；直流：電流1A5A，負(fù)荷電壓3V50V；c無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)動(dòng)作噪聲、無(wú)火花干擾、耐振動(dòng)、壽命長(zhǎng)、抗干擾、開(kāi)關(guān)速度快；d膠木殼密封結(jié)構(gòu)，耐潮、耐腐蝕，適宜于防爆場(chǎng)合；e固態(tài)繼電器的最大缺點(diǎn)在于沒(méi)有輔助“觸點(diǎn)” 。4.3驅(qū)動(dòng)輸出回路設(shè)計(jì)4.3.1驅(qū)動(dòng)輸出回路原理驅(qū)動(dòng)輸出電路8是整

47、個(gè)無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的執(zhí)行部分，它接收單片機(jī)處理后的信號(hào)，通過(guò)對(duì)信號(hào)的處理，觸發(fā)主回路的晶閘管，控制晶閘管的導(dǎo)通或關(guān)斷，從而控制電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等操作。此外，驅(qū)動(dòng)輸出回路還可以控制晶閘管的移向觸發(fā)，來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)。4.3.2驅(qū)動(dòng)輸出回路的組成及分析驅(qū)動(dòng)輸出電路由過(guò)零觸發(fā)電路和移相觸發(fā)電路兩部分組成，過(guò)零觸發(fā)電路控制晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷，移相觸發(fā)電路控制電機(jī)的能耗制動(dòng)。在具體線路的連接上分成六組電路圖：L1相正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)回路、B相過(guò)觸發(fā)回路、L3相正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)回路、L1相反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)回路、L3相反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)回路以及控制它們互鎖的繼電器輸出電路。如圖4.9和圖4.10所示。圖4.9 驅(qū)動(dòng)回路組成圖圖4.10

48、繼電器輸出組成圖由于其中的控制思想有許多相同之處，我們可以總結(jié)舉例來(lái)逐個(gè)分析，可以分為繼電器輸出驅(qū)動(dòng)回路、過(guò)零觸發(fā)驅(qū)動(dòng)回路和能耗制動(dòng)驅(qū)動(dòng)回路。1.繼電器輸出驅(qū)動(dòng)回路繼電器開(kāi)關(guān)回路是利用固體繼電器具有無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)噪聲、抗干擾、開(kāi)關(guān)速度快、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。使CPU發(fā)出信號(hào)可以安全、穩(wěn)定的傳輸?shù)津?qū)動(dòng)回路中去。由繼電器開(kāi)關(guān)控制驅(qū)動(dòng)回路正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)等回路基本相同，因此在這里我們僅以正反轉(zhuǎn)繼電器輸出互鎖驅(qū)動(dòng)回路為例進(jìn)行簡(jiǎn)要的說(shuō)明，如圖4.11和圖4.12所示。圖4.11 正反轉(zhuǎn)繼電器輸出電路圖圖4.12 正反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)回路圖正轉(zhuǎn)繼電器輸出回路和反轉(zhuǎn)繼電器輸出回路分別控制正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)回路和反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)回路，而且在控制上

49、實(shí)現(xiàn)互鎖，如圖4.11和圖4.12所示。當(dāng)HSO2A接收到來(lái)自CPU的信號(hào)使光電耦合器PS2701中的發(fā)光二極管發(fā)光，從而使得整個(gè)回路導(dǎo)通，繼電器J200得電，接在正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)回路上的常開(kāi)觸點(diǎn)J200閉合，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，而接在反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)回路上的常閉觸點(diǎn)J200則斷開(kāi)，這樣無(wú)論反轉(zhuǎn)繼電器輸出回路中的線圈J201是否得電，反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)回路都不工作。反之，當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于反轉(zhuǎn)工作狀態(tài)時(shí)，正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)回路同樣也不工作，這就實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制的互鎖。以上的工作方式不僅保證了正反轉(zhuǎn)的正常運(yùn)作，還可以使其相互之間不受干擾，更好地對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。同理制動(dòng)與正反轉(zhuǎn)之間的互鎖關(guān)系也是這樣控制的。2.過(guò)零觸發(fā)驅(qū)動(dòng)回路由于本設(shè)計(jì)的

50、無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)不需要調(diào)壓因此驅(qū)動(dòng)回路采用過(guò)零觸發(fā)?？煽毓柽^(guò)零觸發(fā)是在電源電壓零點(diǎn)觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通。而在工程實(shí)際中常出現(xiàn)延時(shí)，一般的延時(shí)角大約為4°左右。在此過(guò)零觸發(fā)回路中我們采用連續(xù)信號(hào)來(lái)替代脈沖信號(hào)觸發(fā)主回路晶閘管。采用連續(xù)信號(hào)可以使整個(gè)過(guò)零觸發(fā)的過(guò)程變得簡(jiǎn)單，觸發(fā)時(shí)間容易掌握。當(dāng)采用連續(xù)信號(hào)時(shí)，整個(gè)回路的觸發(fā)過(guò)程只與主回路晶閘管連接方式有關(guān)，其余不需要采用特殊的控制方式。而采用脈沖觸發(fā)就要考慮到觸發(fā)時(shí)間的問(wèn)題。而且還要注意觸發(fā)幾個(gè)晶閘管的同時(shí)性，再加上外界的干擾，這樣使觸發(fā)回路變得復(fù)雜而且難于控制。本設(shè)計(jì)采用過(guò)零觸發(fā)的另一原因是無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)在正反轉(zhuǎn)的過(guò)程中只起到開(kāi)關(guān)作用而過(guò)零觸發(fā)可以提供

51、完整的正弦波。這與傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)控制電動(dòng)機(jī)的波形相一致。使無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的工作更加可靠。若要采用移相觸發(fā)則會(huì)形成導(dǎo)通角，電動(dòng)機(jī)功率也會(huì)隨著導(dǎo)通角的變化而變化，不符合我們的設(shè)計(jì)要求。下面我們以L3相正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)回路為例進(jìn)行分析，如圖4.13所示。該電路主要由光電耦合器IL4118、限流電阻、分壓電阻、二極管、晶閘管等元器件組成。當(dāng)常開(kāi)觸點(diǎn)J200閉合時(shí)，兩個(gè)光電耦合器的發(fā)光二極管部分導(dǎo)通，發(fā)光二極管發(fā)光，觸發(fā)導(dǎo)通雙相可控硅，當(dāng)交流電流由L3流向L1時(shí)，晶閘管2處于反向截至狀態(tài)，電流由K32端口流進(jìn)控制回路，由于電阻R88的阻值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于二極管D28的阻值，電流經(jīng)過(guò)二極管D28和限流電阻，流經(jīng)兩個(gè)光電耦合器U29

52、、U30的雙向可控硅，電流分為兩路，一路電流流向晶閘管1的門極B點(diǎn)，而另一路經(jīng)過(guò)降壓電阻R90降壓后,使得A點(diǎn)和B點(diǎn)的電位高于C點(diǎn)的電位，形成壓差，使晶閘管1觸發(fā)導(dǎo)通。IL4118光耦的斷態(tài)峰值電壓為800V,而L1與L3之間的峰值電壓大約為600V，為了保護(hù)光電耦合器不被損壞，使用了兩個(gè)光電耦合器進(jìn)行分壓，并在兩個(gè)光耦上并聯(lián)兩個(gè)電阻進(jìn)行分壓。二極管D28作用是K32和G32產(chǎn)生正向電壓，防止晶閘管2誤導(dǎo)通，造成環(huán)流，發(fā)生事故。當(dāng)電流由L1流向L3時(shí)，其原理與上述原理相同，這里不再重?cái)?。圖4.13 L3相正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)回路3.能耗制動(dòng)驅(qū)動(dòng)回路（1）能耗制動(dòng)的特點(diǎn)：能耗制動(dòng)是指電機(jī)在正常運(yùn)行中，為了迅

53、速停車，不僅斷開(kāi)三相交流電源，還要在定子線圈中接入直流電源，在定子線圈中通入直流電流，形成磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子由于慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)切割磁場(chǎng)，而在轉(zhuǎn)子中形成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩方向與電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向相反，產(chǎn)生制動(dòng)作用，最終使電機(jī)停止。制動(dòng)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生反轉(zhuǎn)、制動(dòng)停車準(zhǔn)確、制動(dòng)過(guò)程平穩(wěn)。適用于電動(dòng)機(jī)容量較大、要求制動(dòng)平穩(wěn)和啟動(dòng)頻繁的場(chǎng)合。（2）能耗制動(dòng)回路設(shè)計(jì)思想：能耗制動(dòng)廣泛的應(yīng)用于各種電動(dòng)回路當(dāng)中。其形式多種多樣，本設(shè)計(jì)采用的能耗制動(dòng)設(shè)計(jì)回路具有獨(dú)特的優(yōu)越性。a.適用范圍廣：對(duì)于不同功率電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制,此電路只需按電動(dòng)機(jī)功率大小來(lái)選擇可控硅的規(guī)格即可,其他部分無(wú)需重新設(shè)計(jì)。b.成本低：此電路能耗制動(dòng)控制

54、部分的成本主要集中在繼電器開(kāi)關(guān)和可控硅，其余部分電路屬電子線路,成本很低。c.避免復(fù)雜計(jì)算：此電路只需按電動(dòng)機(jī)功率大小來(lái)計(jì)算可控硅的規(guī)格即可。無(wú)需根據(jù)負(fù)載情況來(lái)確定制動(dòng)力的大小，從而計(jì)算確定變壓器和整流元件的規(guī)格。d.可靠性高：該回路采用了很好的保護(hù)方式可以大大降低了可控硅被擊穿的可能性同時(shí)能耗制動(dòng)控制部分多為電子線路、體積小、電壓低、安裝方便。（3）能耗制動(dòng)回路工作過(guò)程：如圖4.14所示為卷?yè)P(yáng)機(jī)電動(dòng)機(jī)無(wú)觸點(diǎn)控制的能耗制動(dòng)電路圖。當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)并且穩(wěn)定工作以后。在需要對(duì)其進(jìn)行能耗制動(dòng)時(shí)繼電器開(kāi)關(guān)回路中的J202吸合，促使光耦合器工作。產(chǎn)生的穩(wěn)定回路電流觸發(fā)晶閘管VT1-1，VT3-2的基極，使晶閘管導(dǎo)通，能耗制動(dòng)開(kāi)始。晶閘管VT1-1, VT3-2在此過(guò)程中起到整流的效果，其工作特點(diǎn)相當(dāng)于橋式整流電路將交流電變?yōu)橹绷麟姡@也是能耗制動(dòng)的基本要求。圖4.14 能耗制動(dòng)驅(qū)動(dòng)回路原理圖另外在此回路中續(xù)流過(guò)零觸發(fā)起到極其重要的作用。當(dāng)L1，L3回路導(dǎo)通過(guò)程中電感U-W將產(chǎn)生反向電動(dòng)勢(shì)形成反向電流，使L1，L3回路不夠穩(wěn)定，阻礙能耗制動(dòng)的正常工作。而續(xù)流過(guò)零觸發(fā)可以促使晶閘管VT5-1導(dǎo)通。在電感、晶閘管V