单片机控制的直流调速系统

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1、单片机控制的直流调速系统1引言直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在广泛范围内平滑调速，在轧钢机、矿井卷扬机、挖掘机、高层电梯等需要高性能可控电力拖动的领域屮应用历史悠久。人功率肓流调速系统通常采用三相全控桥式整流电路对电动机进行供电，从而控制电动机的转速，传统的控制系统采用模拟元件，虽在一定程度上满足了生产要求，但是因为元件容易老化和在使用中易受外界干扰影响，并口线路复杂、通用性差，控制效果受到器件性能、温度等因素的影响，故系统的运行町靠性及准确性得不到保证，甚至出现事故。忖前，直流电动机调速系统数字

2、化已经走向实用化，其主要特点是：结构简单、维修方便、动态参数调整方便、系统可靠性高、可采用数字滤波来提高系统的抗干扰性能、可采用数字反馈來提高系统的梢度、貝有信息存储和数据通信的功能以及成本低。2总体结构设计2.1调速方案的选择本设计选用V・M系统。由于耍求直流电压脉动较小，故采用三相整流电路。考虑使电路简单、经济口•满足性能要求，选择晶闸管三相全控桥供电方案。并且晶闸管对控整流装置无噪声、无髀损、响应快、体积小、重虽轻、投资省。而且工作可靠，能耗小，效率高。综上选晶闸管三和全控桥整流电路供电方案［12.

3、2总体结构设计采用转速电流双闭环调速系统［2］,在系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流,二者Z间实行串级联接，这样就可以实现在起动过程中只有电流负反馈，而它和转速负反馈不同时加到一个调节器的输入端，到达稳态转速后，只靠转速负反馈，不靠电流负反馈发挥主要的作用，这样就能够获得良好的静、动态性能。综上所述，木系统用一台单片机及外部扩展设备代替原模拟系统中速度调节器、电流调节器、触发器、锁零单元和电流口适应调节器等，从而使直流调速系统实现全数字化。其硬件结构如图1所示。■cmi—»Hb■,IST图1单片机

4、控制的应流调速系统结构图3主电路的设计整流变压器的设计。通过对变压器二次侧电压U2的计算、一次、二次相电流11、I2的计算以及变压器容量的计算最后确定整流变压器的型号。晶闸管元件的选择。经过计算晶闸管的额定电压和晶闸管的额定电流来确定晶闸管的型号。直流调速系统的保护。晶闸管有换相方便，无噪音的优点。设计晶闸管电路除了正确的选择晶闸管的额定电压、额定电流等参数外，还必须采取必要的过电压［3］、过电流保护措施。正确的保护是品闸管装置能否可靠地正常运行的关键。以过电压保护的部位來分，有交流侧过压保护、直流侧过电

5、压保护和器件两端的过电压保护三种。在电流保护中，快速熔断器的断流时间短，保护性能较好，是目前应用最普遍的保护措施。快速熔断器可以安装在直流侧、交流侧和直接与晶闸管串联。为了使直流负载得到平滑的直流电流，通常在整流输岀电路屮串入带有气隙的铁心电抗器。4控制电路的设计4.1单片机系统对于快速性和控制精度要求不高的调速系统，可选用高性能8位单片机，木系统采用Inter的MCS・5仲的80C31单片机［5］。单片机系统屮，80C31外接27128EPROM作为16K程序存储器，存放全部控制软件。用两片74LS37

6、4和四个PNP屮功率三极管以动态扫描方式驱动四位LED数字，以显示转速、设定速度、电流等数据，两片74LS374采用线选法与80C31接口，地址分別为ODFFFH和OBFFFHo在80C31的P3口上外接三个按键，一个为启动/停止键，用于启动或停止电机运转；另两个为显示选择键，一个用于控制显示速度设定值，另一个用于控制显示电流值，不按这两个键时，显示实际电机转速。另外利用一片74LS374的多余输出线，外接两个LED发光管，一个用于显示工作正常与否，它每隔1秒闪亮一次；另一个用于显示是否处于运行状态。4.

7、2电流测最和速度给定值输入系统使用ADC0808A/D转换器。写入该地址，启动A/D转换器。A/D转换完成，产生EOC脉冲和中断。这时，MCU可读入转换结果。交流电流通过电流互感器变成0〜5V电压信号，经整流和滤波后加到ADC0808的IN0上。速度给定釆用电位器输入，它加到IN1上。在调整速度给定值时，可按下速度给定显示键。这时，四位LED±将显示対应于电位器输入的速度给定值，可调整电位器至显示值为所需的给定值。4.3速度测量对于要求梢度高、调速范围大的系统，往往需要采用旋转编码器测速，即数字测速。本系

8、统的速度测量采用数字M/T法测速［6］。其中利用T1作为定吋器，计吋Tc吋间产牛中断,旋转编码器输出的脉冲个数M1由P1.6口检测，同一时间间隔的高频时钟脉冲个数M2由P1.7口检测，最后由转速中断程序完成转速的测量等等。4.4晶闸管控制晶闸管触发采用80C31的定时器TO实现。在TO溢出时，转到TO中断处理程序，按脉冲分配表从P1D(P1.0-P1.5)输出晶闸管触发脉冲。然后延吋50ps,置位P1.0〜P1.5,从而输出宽