在工业企业中, 大量应用电动机作为原动机去拖动各种生产机械, 这些生产机械往往要求在不同的情况下, 以不同的速度工作, 这就要求用一定的方法改变生产机械的工作速度。
针对上述生产要求, 最长采用的方法就是对电动机转速进行调节来实现。例如:改变直流电动机的电枢电压或交流电动机的定子电压, 都可以在一定范围内改变他们的转速。从20世纪60年代生产出成套的晶闸管整流装置, 使变流技术产生根本性的变革, 开始进入晶闸管时代。到今天直流电力拖动系统中已大量采用晶闸管元件作为可调电源向电动机供电, 从而取代了笨重的电动机——发电机组以及饱和电抗器的控制方式, 和电动机——发电机组系统相比, 不仅在经济性和可靠性上都有很大提高, 而且在技术性能上也显示出较大的优越性。它不再象直流发电机那样需要较大的功率放大装置, 其快速性达到毫秒级, 大大提高了系统的动态性能。这种晶闸管——电动机调速系统的基本控制方法是:通过改变晶闸管的控制角来调节电动机的供电电压, 从而达到平衡调速的目的。
本设计采用两种晶闸管反并联连接线路, 解决了电动机频繁正反转运行和回馈制动中电能的回馈通道, 但接踵来的是影响系统安全工作并决定可逆系统性质的一个重要问题——环流问题。所谓环流是指不流过电动机或其他负载, 直接在两组晶闸管之间流通的短路电流。环流太大甚至会导致晶闸管损坏, 固必须予以抑制。
本设计采用磁补偿式霍尔电流传感器来进行电流反馈信号的检测。霍尔电流传感器是一种较好的隔离式强电流检测装置, 它不仅能测量静态、动态的参数, 还具有动作频率宽、电隔离等优点, 给系统的应用带来不少方便。
在用计算机进行触发控制时, 对触发装置的要求有三条:分辨率要小;各相触发脉冲的不对称性要小;移相触发控制占CPU的时间要短。要想提高控制系统的控制精度, 必须响应地提高数字触发器的精度。本设计采用高分辨率的数字触发器。使其分辨及置位精度都较高。选用一个16位定时器便可对正反两组可控硅全控桥准确触发。触发器采用硬件立即触发方式, 突破以往的软件触发方式。触发器工作稳定可靠, 各相触发脉冲整齐, 对称度好, 无论角如何移动均不会丢脉冲或多脉冲, 控制输入量与变流器输出之间的线性度较高。
本设计中的8031单片机是控制系统的核心, 它主要具有数字自动调节功能, 这时相当于典型的双闭环模拟系统中速度调节器和电流调节器作用。它通过一定算法实现自动调节, 当采样系统的频率满足采样定理时, 采样系统的特性接近于连续变化的模拟系统, 即采样后的离散信号能不失真地反映原连续信号变化。
本设计先选用“模拟系统设计法”, 然后再进行离散化来进行电流调节器和速度调节器内环, 再设计外环的方法。因此, 先研究电流调节器设计, 再进行转速调节器的设计。
本设计选用的8 0 3 1单片机内部无ROM, 不能构成完整的计算机系统, 须外接EPROM作为程序存储器, 外接一片2764可以扩展成8k程序存储器的8031系统, 它具有价格低, 使用灵活, 能方便维修和更新程序存储器的特点, 再考虑到扩展应保留有一定余量, 综合技术性和经济性两方面因素, 本设计用外接2764扩展8031单片机。
本设计采用一片2764EPROM存储器扩展为8k存储器的8031系统。2764EPROM是一种8k字节的紫外光可擦式可编程只读存储器, 单一的+5 V电源供电, 工作电流为1 0 0 m A, 维持电流为5 0 m A, 读出时间为250ns, 是一种高速大容量的存储器电路。
主程序包括三个程序段:置初态程序:所谓“置初态”就是在执行功能程序前, 对有关的数据单元、计数单元、寄存器等进行送数、置位和清零;事故保护程序:这个程序对系统进行自检, 显示故障性质, 并进行处理;启动准备程序:这个程序用来获得起动信号, 并做好起动的所有准备。
系统的整个起动过程可分为三个阶段:电流上升段、恒流升速阶段、转速调节阶段。直流可逆调速系统, 就电动机而言, 有正、反两种状态;就晶闸管而言, 有整流和逆变两种状态。而正转、反转的起动、调速以及制动在原理上是相同的。
在这次设计中选用了多种器件, 按照经济实用的原则, 经过适当选取其型号如表1所示。
在本次设计中, 由于本人能力经验有限, 在选择器件的过程中遇到很多的困难, 通过查阅资料做出了以上的器件选取, 其中不乏错误和漏洞。选取的目标首先要保证质量, 最后就是根据实际情况选择性价比高的器件。
直流电动机具有良好的起、制动性能, 容易实现在大范围内平滑调速, 且与交流调速系统相比控制电路简单。所以在矿井提升机、皮带运输机以及在其他行业中的轧钢机、造纸机、高层电梯、金属切削机床和挖掘机等需要高性能的可控电力拖动领域中得到了广泛的应用。
本设计通过单片机来实现电动机调速很多。在这些方法中单片机控制的双闭环调速方法来实现调速对于其他用硬件或者硬软结合的方法实现电动机调速具有以下优点:本系统采用8031单片机配合中、小功率器件构成双闭环调速系统能获得良好的调速指标;本系统采用8031单片机控制电动机调速, 提高了系统的稳定性和可靠性;本系统采用8031单片机控制电动机调速实现调速过程具有更大的灵活性。能充分发挥电动机的效能;本系统具有调速范围宽、调速平衡, 起动转矩大、起动性能好等优点, 在工业传动系统中得到广泛应用
摘要：本设计采用“模拟设计法”对数字调节器进行离散化设计, 并配合一定的外围电路, 实现了数字触发, 数字测速等功能, 并完成了逻辑无环流调速系统的全部过程。
关键词：自动控制,PI调节器,模拟设计法
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