帶式輸送機(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)畢業(yè)設(shè)計(jì) 第42頁(yè)帶式輸送機(jī)電動(dòng)機(jī)無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)摘 要本文設(shè)計(jì)，制作了一套完整的帶式輸送機(jī)電動(dòng)機(jī)無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)，并在實(shí)驗(yàn)室成功完成了試驗(yàn)，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)控制電路，和檢測(cè)電路組成。針對(duì)帶式輸送機(jī)電動(dòng)機(jī)大功率、高負(fù)載的工作狀況，通過(guò)相關(guān)參數(shù)的計(jì)算，合理的選擇了可控硅的型號(hào)，完成了主回路的設(shè)計(jì)。運(yùn)用模塊化的方法，通過(guò)對(duì)輸入電路、輸出電路、CPU接口的參數(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)。再通過(guò)主回路的故障分析和性能分析完成采樣電流檢測(cè)回路和同步電壓檢測(cè)回路的計(jì)算和估算，從而完成了檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)采用美國(guó)微芯公司(MICROCHIP)的最新單片機(jī)

2、dsPIC30F6014,提供了強(qiáng)大的16位單片機(jī)所具備的的所有功能。還采用了晶閘管的半波整流功能完成了電機(jī)的能耗制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：帶式輸送機(jī)；無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)；主回路；控制電路；檢測(cè)電路；單片機(jī)；能耗制動(dòng)The Design of Belt Conveyor Electric EngineNo Touch Relay AbstractIn this paper, design, produced a full plate of the conveyor motor no touch relay control system and the successful completion of t

3、he laboratory test, the entire system by the three-phase asynchronous motor main circuit, non-contact switch control circuits, and testing circuit Composition. Conveyor motor plate for high-power, high-load status of work, through the relevant parameters, a reasonable choice of the SCR models, compl

4、etion of the main circuit design. Use of modular approach, through the input circuit, the output circuit, and the parameters surrounding SCM completed a non-contact switch control circuit design. Then through the main circuit failure analysis and performance analysis completed sampling voltage detec

5、tion circuit voltage detection circuit and synchronization of calculation and estimates, thus completing the detection circuit design. This design uses the U.S.-core companies (MICROCHIP) the latest SCM dsPIC30F6014, with a powerful 16-bit microcontroller has the all the features. SCR also used to c

6、omplete the rectification of the motor function of the brake system of energy consumption.Key words：belt conveyor;no touch relay ; primary heat transport system ; control circuit ; checkout circuit ; chip microcomputer ; dynamic braking目 錄摘 要IAbstractII目 錄III1 緒論11.1 帶式輸送機(jī)簡(jiǎn)介11.2 無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)簡(jiǎn)介21.2.1 無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的

7、發(fā)展歷史21.2.2 無(wú)觸點(diǎn)控制的優(yōu)缺點(diǎn)31.3 帶式輸送機(jī)使用無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的原因32 無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)組成及其原理52.1 無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的原理52.1.1 無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)基本電路52.1.2 過(guò)零點(diǎn)觸發(fā)62.2 無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的組成63 無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)主回路設(shè)計(jì)83.1 主回路原理及組成83.2晶閘管的選擇及相關(guān)計(jì)算93.3 主回路與控制回路的連接104 控制電路的設(shè)計(jì)124.1 控制電路概述124.2 輸入電路設(shè)計(jì)124.2.1 輸入電路原理124.2.2 輸入電路的組成及電路圖134.2.3 參數(shù)計(jì)算144.3 繼電器輸出電路164.3.1 繼電器輸出電路原理164.3.2 繼電器輸出電路的組成以及電路圖17

8、4.4 驅(qū)動(dòng)輸出回路的設(shè)計(jì)204.4.1 驅(qū)動(dòng)輸出電路原理204.4.2 驅(qū)動(dòng)輸出電路的組成和電路圖214.5 控制器介紹265 檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)285.1電流信號(hào)的檢測(cè)回路的設(shè)計(jì)285.1.1 電流信號(hào)檢測(cè)回路原理285.1.2 電路的組成295.1.3 參數(shù)計(jì)算335.2 電壓同步信號(hào)檢測(cè)回路的設(shè)計(jì)346 無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的軟件設(shè)計(jì)376.1 系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì)386.2 脈沖觸發(fā)同步信號(hào)中斷程序設(shè)計(jì)38結(jié)論40致謝41參考文獻(xiàn)421 緒論1.1 帶式輸送機(jī)簡(jiǎn)介帶式輸送機(jī)的主要部件是輸送帶，輸送帶間作牽引機(jī)構(gòu)和承載機(jī)構(gòu)，帶式輸送機(jī)它主要包括以下幾個(gè)部分：輸送帶、托輥及中間架、滾筒拉緊裝置、制動(dòng)裝置、

9、清掃裝置和卸料裝置等。其結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。輸送帶繞經(jīng)傳動(dòng)滾筒和機(jī)尾換向滾筒形成一個(gè)無(wú)極的環(huán)形帶。輸送帶的上、下兩部分都支承在托輥上。拉緊裝置給輸送帶以正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的拉緊力。電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速裝置使傳動(dòng)滾筒傳動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)滾筒通過(guò)它和輸送帶之間的摩擦力帶動(dòng)輸送帶運(yùn)行。物料從裝載點(diǎn)裝到輸送帶上，形成連續(xù)運(yùn)動(dòng)的物流，在卸載點(diǎn)卸載。一般物料是裝載到上帶（承載段）的上面，在機(jī)頭滾筒（在此，即是傳動(dòng)滾筒）卸載，利用專門的卸載裝置也可在中間卸載。普通型帶式輸送機(jī)的機(jī)身的尚待是用槽形托輥支撐，以增加物流斷面積，下帶為返回段（不承載的空帶）一般下托輥為平托輥。帶式輸送機(jī)可用于水平、傾斜和垂直運(yùn)輸。對(duì)于普通型帶式輸送

10、機(jī)傾斜向上運(yùn)輸，其傾斜角不超過(guò)18°，向下運(yùn)輸不超過(guò)15°.輸送帶是帶式輸送機(jī)部件中最易磨損的部件。當(dāng)輸送磨損性強(qiáng)的物料時(shí)，如鐵礦石等，輸送帶的耐久性要顯著降低。圖 1.1 帶式輸送機(jī)11.2 無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)簡(jiǎn)介1.2.1 無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的發(fā)展歷史在六十年代迅速發(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)。晶閘管即可控硅，利用它的開(kāi)關(guān)特性可代替接觸器、繼電器用于頻繁操作與開(kāi)關(guān)的場(chǎng)合，具

11、有無(wú)觸點(diǎn)、開(kāi)關(guān)頻率高以及電磁干擾小等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)三相交流異步電動(dòng)機(jī)實(shí)行無(wú)觸點(diǎn)控制，具有無(wú)拉弧現(xiàn)象、不需要觸點(diǎn)接通電路、不需要觸點(diǎn)電器的電磁線圈，有利于交流電動(dòng)機(jī)的控制電子化2 。如今世界微電子及電力技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)滲透到各國(guó)的工農(nóng)、科技、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和日常生活的各個(gè)領(lǐng)域。由于電器開(kāi)關(guān)產(chǎn)品量大而廣，在工農(nóng)業(yè)、運(yùn)輸、共用事業(yè)、人民生活的各個(gè)方面起著不可缺少的作用，毫無(wú)例外在電子技術(shù)風(fēng)靡全球中也經(jīng)歷著深刻的變化，尤其電器開(kāi)關(guān)和電子技術(shù)結(jié)合在一起發(fā)展壯大，帶腦子部件參與組成的電器開(kāi)關(guān)向著高速、高科技方向發(fā)展，可以說(shuō)，及時(shí)利用微電子、電力電子最新技術(shù)成就，也是改善電器開(kāi)關(guān)的根本。智能化電器是在傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)設(shè)備中，

12、引入計(jì)算機(jī)技術(shù)數(shù)字處理和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的新一代開(kāi)關(guān)電器。在智能化電器中，實(shí)現(xiàn)微機(jī)測(cè)量、保護(hù)和控制，部分或全部取代傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)設(shè)備的二次系統(tǒng)；引入網(wǎng)絡(luò)通訊功能，實(shí)現(xiàn)電器之間和電器與電力自動(dòng)化系統(tǒng)之間的信息交換及信息共享；利用現(xiàn)代傳感器技術(shù)對(duì)開(kāi)關(guān)電器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。隨著現(xiàn)代文明的發(fā)展與進(jìn)步，社會(huì)產(chǎn)生和生活對(duì)電能供應(yīng)的質(zhì)量和管理提出越來(lái)越高的要求。作為電能傳輸與控制設(shè)備，電器元件設(shè)備必須改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和控制模式，才能適應(yīng)現(xiàn)代電力系統(tǒng)、現(xiàn)代化工業(yè)和社會(huì)的發(fā)展趨勢(shì)，近年來(lái)出現(xiàn)了智能型無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)等一系列產(chǎn)品，并開(kāi)始在供配電系統(tǒng)中得以應(yīng)用7。1.2.2 無(wú)觸點(diǎn)控制的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1無(wú)觸點(diǎn)控制系統(tǒng)不

13、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 帶式輸送機(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:一是普通的接觸器,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

14、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。很多工廠用電動(dòng)機(jī)的功率都比較大，如果仍用機(jī)械式控制器的控制系統(tǒng)，事故率就會(huì)極高，所造成的維修量也極大，存在的問(wèn)題也很多，可以歸納為以下幾點(diǎn)3。1）大功率的電動(dòng)機(jī)使機(jī)械式控制器和交流接觸器機(jī)械磨損和電流沖擊作用，壽命大大降低。2）各種機(jī)械式控制器、交流接觸器和電流接點(diǎn)多、線路聯(lián)鎖、互鎖特別復(fù)雜，經(jīng)常出現(xiàn)接點(diǎn)的接觸不良，甚至出現(xiàn)接點(diǎn)的粘連事故，造成電控系統(tǒng)的失效，從而引

15、起電動(dòng)機(jī)的停機(jī)或損壞。3）轉(zhuǎn)子回路多級(jí)切換金屬電阻的啟動(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)常發(fā)生交流接觸器主觸點(diǎn)接觸不良，轉(zhuǎn)子電阻不平衡，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱，鐵心接合面臟污，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)粘連，接觸器線圈燒損等多種故障。而與帶式輸送機(jī)配套的電動(dòng)機(jī)的功率都比較大，控制電動(dòng)機(jī)的機(jī)械式控制器和交流接觸器機(jī)械磨損和電流沖擊作用，壽命大大降低。那么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)可為電動(dòng)機(jī)提供可靠的保證。隨著機(jī)電工業(yè)的

16、不斷發(fā)展, 大型機(jī)電設(shè)備越來(lái)越多, 對(duì)機(jī)電產(chǎn)品的控制技術(shù)也就要求得越來(lái)越高, 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)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)組成及其原理2.1 無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的原理2.1.1 無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)基本電路晶閘管元件具有導(dǎo)通與阻斷兩種作用，相當(dāng)于有觸點(diǎn)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)觸發(fā)信號(hào)時(shí)，晶閘管不導(dǎo)通，電路處于斷開(kāi)的

17、狀態(tài)5。兩只可控硅反向并聯(lián)組成的單相交流可控硅開(kāi)關(guān)主電路如圖1.2所示。如果可控硅SCR1、SCR2、都加上正向控制電壓，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)，SCRl因承受反向陽(yáng)極電壓即自動(dòng)關(guān)斷，而SCR2則導(dǎo)通。這樣，兩個(gè)可控硅交替工作，負(fù)載就得到一個(gè)交流電壓。這就相當(dāng)于開(kāi)關(guān)處在閉合狀態(tài)。如果不加正向控制電壓，兩個(gè)可控硅都不導(dǎo)通，就相當(dāng)于開(kāi)關(guān)處在斷開(kāi)狀態(tài)。 圖1.2 單相交流可控硅開(kāi)關(guān)主電路2.1.2 過(guò)零點(diǎn)觸發(fā) 在一般的調(diào)壓和整流電路所采用的晶閘管是移相觸發(fā)控制，這種觸發(fā)方式的主要缺點(diǎn)是其所產(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。

18、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)，所以晶閘管使用過(guò)零點(diǎn)觸發(fā)的方式。其波形圖如圖1.3，晶閘管過(guò)零觸發(fā)開(kāi)關(guān)是在電路電壓為零或接近零的瞬間給晶閘管以觸發(fā)脈沖使之導(dǎo)通，利用管子電流小于維持電流使管子自行關(guān)斷9。圖1.3 過(guò)零點(diǎn)觸發(fā)波形圖2.2 無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的組成三相交流電機(jī)無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)控制器是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)大功率三相交流電機(jī)進(jìn)行適時(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)要求進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，將無(wú)觸點(diǎn)控制器分成三個(gè)主要模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，即：無(wú)觸點(diǎn)控制器的主回路、控制電路、檢測(cè)電路。無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)控制器主回路中采用晶閘管作為三相交流電源和三相交流電機(jī)的中間連接元件。通過(guò)來(lái)自控制電路的控制信息

19、控制晶閘管的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)電源的加載和電機(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)烈電弧帶來(lái)的危害。 控制電路采用美國(guó)微芯公司MICROCHIP的最新單片機(jī)dsPIC30F6014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)斷控制。無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)控制器的整體結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。檢測(cè)信號(hào)外界控制信號(hào)控制信號(hào)三相電源輸入端無(wú)觸點(diǎn)控制器主電路三相交流電機(jī)控制電路檢測(cè)電路圖 2.1 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 主回路原理及組成根據(jù)三相交流異步電機(jī)的工作原理，只要將三相電源正確加載到電機(jī)，電機(jī)即可實(shí)現(xiàn)正

20、轉(zhuǎn)。改變?nèi)嚯娫慈我鈨上嗟南嘈?，電機(jī)即實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)。本設(shè)計(jì)中電機(jī)的制動(dòng)方式采用能耗制動(dòng)。能耗制動(dòng)是比較常用的準(zhǔn)確停車的方法11。根據(jù)能耗制動(dòng)的原理，只要三相交流電機(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)電機(jī)的快速制動(dòng)。正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)的連接如圖3.1所示。圖 3.1 正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)的連接圖 根據(jù)上述原理，只要把上述各種控制的接線方式融合到一起，然后在三相電源的每相回路中串聯(lián)可控晶閘管，在控制電路和晶閘管觸發(fā)電路的配合下，就可以實(shí)現(xiàn)三相交流電機(jī)的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)控制。無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)主回路的具體電路如圖3.2所示。

21、該控制系統(tǒng)主回路采用三相交流電路，工作時(shí)QL0閉合，由程序控制晶閘管的工作，在此電路中晶閘管的選擇尤其重要。在選擇晶閘管時(shí)，必須認(rèn)真考慮其參數(shù)特性。在此電路中采用五組雙向反并聯(lián)晶閘管構(gòu)成晶閘管回路，用的是過(guò)零點(diǎn)觸發(fā)，觸發(fā)的原理已經(jīng)于第二章介紹過(guò)。圖 3.2 無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)主回路3.2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。本課題所研究輸送機(jī)用電機(jī)電壓為 380V ，晶閘管的額定電壓的選擇由式(3-1)決定。 (3-1)晶閘管在用于交流電路時(shí)，其通態(tài)額定電流是指電流有效值。異步電機(jī)額定功率為 11K

22、W，則晶閘管額定電流與為： (3-2)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 (3-3)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 3CT200A/1600V 的晶閘管，其額定電壓為 1600V ，額定電流為200A , 能滿足系統(tǒng)。3.3 主回路與控制回路的連接為了避免電路中強(qiáng)電電路對(duì)弱電電路可能造成的不必要損壞和其它互相干擾因素的影響，電路設(shè)計(jì)中一般將強(qiáng)電電路（如：三相主電路）和弱電電路（如：控制電路）隔離設(shè)計(jì)，最后通過(guò)光電元件耦合。這樣的設(shè)

23、計(jì)不僅有利于減小電路整體消耗的功率，而且可以避免強(qiáng)電控制引發(fā)的干擾問(wèn)題。三相交流電機(jī)無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)控制器采用了光電耦合器來(lái)實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)的傳遞。光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號(hào)的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見(jiàn)的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等等。光電耦合器的種類較多，常見(jiàn)有光電二極管型、光電三極管型、光敏電阻型、光控晶閘管型、光電達(dá)林頓型、集成電路型等。由于它是借助于光作為媒介物進(jìn)行耦合的，所以它具有較強(qiáng)的隔離和抗干擾能力，廣泛的應(yīng)用于電信號(hào)耦合

24、，電平匹配、光電開(kāi)關(guān)和電位隔離等多種模擬和數(shù)字電路中。工作原理：在光電耦合器輸入端加電信號(hào)使發(fā)光源發(fā)光，光的強(qiáng)度取決于激勵(lì)電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實(shí)現(xiàn)了電一光一電的轉(zhuǎn)換?；竟ぷ魈匦裕ㄒ怨饷羧龢O管為例） 1、共模抑制比很高 在光電耦合器內(nèi)部，由于發(fā)光管和受光器之間的耦合電容很小（2pF以內(nèi)）所以共模輸入電壓通過(guò)極間耦合電容對(duì)輸出電流的影響很小，因而共模抑制比很高。 2、輸出特性光電耦合器的輸出特性是指在一定的發(fā)光電流IF下，光敏管所加偏置電壓VCE與輸出電流IC之間的關(guān)系，當(dāng)IF=0時(shí)，發(fā)光二極管不發(fā)光，此時(shí)的光敏晶體管

25、集電極輸出電流稱為暗電流，一般很小。當(dāng)IF>0時(shí)，在一定的IF作用下，所對(duì)應(yīng)的IC基本上與VCE無(wú)關(guān)。IC與IF之間的變化成線性關(guān)系，用半導(dǎo)體管特性圖示儀測(cè)出的光電耦合器的輸出特性與普通晶體三極管輸出特性相似。3、光電耦合器可作為線性耦合器使用。 在發(fā)光二極管上提供一個(gè)偏置電流，再把信號(hào)電壓通過(guò)電阻耦合到發(fā)光二極管上，這樣光電晶體管接收到的是在偏置電流上增、減變化的光信號(hào)，其輸出電流將隨輸入的信號(hào)電壓作線性變化。光電耦合器也可工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，傳輸脈沖信號(hào)。在傳輸脈沖信號(hào)時(shí)，輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之間存在一定的延遲時(shí)間，不同結(jié)構(gòu)的光電耦合器輸入、輸出延遲時(shí)間相差很大。4 控制電路的設(shè)計(jì)4.1

26、控制電路概述控制回路的主要作用是在外界控制信號(hào)輸入時(shí)，控制電路發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)控制主電路中相應(yīng)的晶閘管適時(shí)觸發(fā)和關(guān)斷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)主電路中電機(jī)的有效控制?？刂齐娐返脑O(shè)計(jì)是三相交流電機(jī)無(wú)觸點(diǎn)控制器的核心部分，控制電路的工作流程圖4.1所示輸出轉(zhuǎn)換電路控制信號(hào)單片機(jī)輸入電路外界控制信號(hào)控制需求圖 4.1 控制電路的工作流程圖4.2 輸入電路設(shè)計(jì)4.2.1 輸入電路原理輸入電路的基本作用為完成給定的命令，輸入信號(hào)采用24V的電平信號(hào)，而單片機(jī)所要求的電平信號(hào)為5V，必須完成由24V到5V的轉(zhuǎn)化，在電路中為了防止電信號(hào)的互相干擾，必須把24V的地與5V的地分開(kāi)，在這里本設(shè)計(jì)采用的是光電耦合器，型號(hào)為P

27、C817,內(nèi)部電路方框圖如圖4.2所示。圖4.2 PC817內(nèi)部電路方框圖光電耦合器是將發(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。為了實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)的最佳匹配，光電耦合器的發(fā)光源通常是砷化鎵和鎵鋁砷發(fā)光二極管，受光部分由硅光敏二極管、光敏三極管或光晶閘管組成。由于它是借助于光作為媒介物進(jìn)行耦合的，所以它具有較強(qiáng)的隔離和抗干擾能力，廣泛的應(yīng)用于電信號(hào)耦合，電平匹配、光電開(kāi)關(guān)和電位隔離等多種模擬和數(shù)字電路中。采用PC817型的光電耦合器，可以更好的起到抗干擾的作用。4.2.2 輸入電路的組成及電路圖 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、

28、外部故障輸入電路、急?？刂戚斎腚娐方M成，如圖4.3所示。 圖4.3 輸入電路圖4.4 正轉(zhuǎn)控制輸入電路4.2.3 參數(shù)計(jì)算輸入電路的六個(gè)電路的元件類型基本相同，可對(duì)正轉(zhuǎn)控制輸入回路進(jìn)行舉例分析，如圖4.4所示，該電路包含兩個(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)，起到抗干擾的作用。光電耦合器出入回路電流由24V電源，限流電阻，發(fā)光二極管LED經(jīng)過(guò)光電耦合器接地,下面介紹一下所用元件的具體原理以及參數(shù)。1發(fā)光二極管LED發(fā)光二極管LED是一種電-光轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體器件，在各部門，尤其是儀器、家用電器中廣泛應(yīng)用。表4.1為國(guó)產(chǎn)部分LED的型號(hào)、參數(shù)表，本設(shè)計(jì)采用的是BT202型發(fā)光二極管，具

29、體參數(shù)可查表。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BT203A1007010紅BT203E1007010紅BT203F1007010紅BT202A30205紅BT202E100205紅BT301A10060401.11.3綠BT301B10060401.11.3綠BT401A100_40_紅外光BT401B100_40_BT401C100_40_注：BT401的的

30、測(cè)試條件為=400mA 生產(chǎn)廠家：蘇州半導(dǎo)體總廠2、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)Ic(mA)PC817XABCD或無(wú)牌號(hào)2.5 3.0PC817X1A4.0 8.0PC817X2B6.5 13PC817X3C10 20PC817X4D15 30PC817X5A 或 B4.0 13PC817X6B 或 C6.5 20PC817X7C 或 D10 30PC817X8AB 或 C4.0 20PC817X9BC 或 D6.5 30PC817X10ABC 或 D4.0 30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R1阻值為4.7

31、。輸出回路中根據(jù)查表計(jì)算:4.3 繼電器輸出電路4.3.1 繼電器輸出電路原理繼電器輸出部分是無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的重要部分，通過(guò)接在繼電器輸出電路外部的儀器，可以準(zhǔn)確的判斷出電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，特別是故障繼電器輸出更為重要，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，可以有效的顯示，以防止更大的事故發(fā)生。4.3.2 繼電器輸出電路的組成以及電路圖 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4.5所示。 圖 4.5 繼電器輸出電路四個(gè)繼電器輸出電路結(jié)構(gòu)大致相同，下面以故障繼電器輸出電路進(jìn)行分析，電路圖如圖4.6所示，該電路主要由限流電阻，NPN型三極管9013，光

32、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 4.6 故障繼電器輸出電路如圖4.6所示，控制器的輸出的信號(hào)通過(guò)限流電阻R83輸入三極管T7的基極，使得光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，使得三極管導(dǎo)通，繼電器K4的線圈得電，觸點(diǎn)K4閉合。回路中加入續(xù)流保護(hù)二極管D12起到保護(hù)作用。1、三極管90139013是一種NPN型硅小功率的三極管它是非常常見(jiàn)的晶體三極管，在收音機(jī)以及各種放大電路中經(jīng)?？吹剿?，應(yīng)用范圍很廣,它是NPN型小功率三極管，它的具體參數(shù)見(jiàn)表4.4，4.5。表 4.4 9013型三極管具體參數(shù)參數(shù)符號(hào)測(cè)試條件最小

33、值最大值單位集電極基極擊穿電壓,45_V集電極發(fā)射極擊穿電壓,25_V發(fā)射極基極擊穿電壓,5_V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,64300_40_集電極發(fā)射極飽和壓降_0.6V基極發(fā)射極飽和壓降,_1.2V基極發(fā)射極正向電壓_1.4V特征頻率150_MHz表4.5 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如圖4.7圖 4.7光電耦合器PS2701特點(diǎn)：高壓隔離。隔離電壓：正向電流：50mA反

34、向擊穿電壓：40V電流傳輸比：50%300%該光電耦合器的作用是把+5V和24V的電源的地隔開(kāi)，起到抗干擾的作用。4.4 驅(qū)動(dòng)輸出回路的設(shè)計(jì)4.4.1 驅(qū)動(dòng)輸出電路原理 驅(qū)動(dòng)輸出電路是整個(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。驅(qū)動(dòng)輸出電路還可以控制晶閘管的移相觸發(fā)，來(lái)控制電機(jī)的能耗制動(dòng)。4.4.2 驅(qū)動(dòng)輸出電路的組成和電路圖 驅(qū)動(dòng)輸出電路由過(guò)零觸發(fā)電路和移相觸發(fā)電路兩大部分組成，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)。在具體線路的鏈接上分化成六組電路圖，為L(zhǎng)1相驅(qū)動(dòng)回路、L3相驅(qū)動(dòng)回路如圖、

35、B相過(guò)觸發(fā)回路如圖、L1相反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)回路如圖、L3相反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)回路如圖以及控制它們互鎖的繼電器輸出電路如圖。 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 這里我們以正反轉(zhuǎn)繼電器輸出互鎖驅(qū)動(dòng)回路為例如圖4.8，4.9所示。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，而且在控制上實(shí)現(xiàn)互鎖，如圖，當(dāng)繼電器J200的線圈得電時(shí)，接在正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)回路上的常開(kāi)觸點(diǎn)J200閉合，電機(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)繼電器的線圈J201是否得電，反轉(zhuǎn)驅(qū)

36、動(dòng)回路都不工作。反之，當(dāng)電機(jī)在反轉(zhuǎn)工作時(shí)，正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)回路同樣也不工作，這就實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的正反轉(zhuǎn)的互鎖。圖 4.8 正反轉(zhuǎn)繼電器輸出互鎖驅(qū)動(dòng)回路圖 4.9 正反轉(zhuǎn)繼電器輸出互鎖驅(qū)動(dòng)回路2、過(guò)零觸發(fā)驅(qū)動(dòng)回路這里我們以L3相正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)回路為例進(jìn)行分析，如圖4.10所示。圖 4.10 L3相正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)回路該電路主要由光電耦合器IL4118、限流電阻、分壓電阻、二極管、晶閘管等元件組成。IL4118光耦：在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用型號(hào)為IL4118的光耦來(lái)觸發(fā)晶閘管，該光電耦合器由發(fā)光二極管和過(guò)零光敏可控硅組成，專門用于控制可控硅過(guò)零觸發(fā)。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

37、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VT3-2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、U30的雙向可控硅，電流分為兩路，一路電流流向晶閘管VT3-1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VT3-1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

38、和G32產(chǎn)生正向電壓，防止晶閘管VT3-2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)ⅰ?、能耗制動(dòng)驅(qū)動(dòng)回路 異步電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)用于準(zhǔn)確停車有一定的困難，因?yàn)樗菀自斐煞崔D(zhuǎn)，而且電能損耗比較大，反饋制動(dòng)雖是比較經(jīng)濟(jì)的制動(dòng)方法，但它只能在高于同步的轉(zhuǎn)速下使用；而能耗制動(dòng)卻是比較常用的準(zhǔn)確停車的方法。 本設(shè)計(jì)采用的就是能耗制動(dòng)。異步電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)的原理線路圖一般如圖4.11所示6圖 4.11 異步電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)的原理線路圖進(jìn)行能耗制動(dòng)時(shí)，首先將定子繞組從三相交流電源斷開(kāi)（1KM打開(kāi)），接著立即將一低壓直流電源通入電源定子繞組（2KM閉合）。直流電流通過(guò)定

39、子繞組后，在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部建立一個(gè)固定不變的磁場(chǎng)，由于轉(zhuǎn)子在運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)儲(chǔ)存的機(jī)械能維持下繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體內(nèi)就產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)和電流，該電流與恒定磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生作用方向與轉(zhuǎn)子實(shí)際旋轉(zhuǎn)方向相反的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，在它的作用下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速下降，此時(shí)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)貯存的機(jī)械能被電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換成電能后消耗在轉(zhuǎn)子電路的電阻中。而在本設(shè)計(jì)中并沒(méi)有單獨(dú)加上整流橋，因?yàn)闊o(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的最主要元件為晶閘管，晶閘管本身就可以起到整流的作用，具體的原理圖如圖4.12。圖 4.12 能耗制動(dòng)驅(qū)動(dòng)回路原理圖該電路主要由移相觸發(fā)回路和續(xù)流過(guò)零觸發(fā)回路組成，移相觸發(fā)回路和過(guò)零觸發(fā)回路的主要元件為光耦合的可控硅開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器，光耦的基本結(jié)構(gòu)是將光發(fā)射器（

40、紅外發(fā)光二極管、紅外LED）和光敏器（硅光電探測(cè)敏感器件）的芯片封裝在同一外殼內(nèi)，并用透明樹(shù)脂灌封充填作光傳遞介質(zhì)，通常將光發(fā)射器的管腳作輸入端，光敏器的引腳作為輸出端，當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí)，光發(fā)射器發(fā)出的光信號(hào)通過(guò)透朗樹(shù)脂光導(dǎo)介質(zhì)投射到光敏器后，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)了以光為媒介的電光電信號(hào)轉(zhuǎn)換傳輸，并在電氣上是完全隔離的。移相觸發(fā)回路的元件為光敏雙向開(kāi)關(guān)器件IL4218,是非過(guò)零控制，而續(xù)流過(guò)零觸發(fā)回路采用的元件為過(guò)零控制電路及光敏雙向開(kāi)關(guān)器件組合體IL4118,是過(guò)零控制。IL4118光耦：在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用型號(hào)為IL4118的光耦來(lái)觸發(fā)晶閘管在能耗制動(dòng)過(guò)程中控制續(xù)流過(guò)流觸發(fā)。 IL421

41、8 光耦：在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用型號(hào)為IL4218的光耦來(lái)觸發(fā)晶閘管控制能耗制動(dòng)移相觸發(fā)，其結(jié)構(gòu)原理圖如圖4.13所示。圖 4.13 IL4218光耦結(jié)構(gòu)圖由于IL4118光耦和IL4218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。當(dāng)光電耦合器U33和U34的發(fā)光二極管由單片機(jī)控制導(dǎo)通角導(dǎo)通時(shí)，雙向可控硅導(dǎo)通。當(dāng)三相交流電流由L1流向L3時(shí)，電流通過(guò)二極管D34和限流電阻R123通過(guò)雙向可控硅分成兩路，一路流向晶閘管VT1-1的門極，另一路經(jīng)過(guò)降壓電阻R131，形成壓差，使得晶閘

42、管導(dǎo)通。晶閘管VT3-2的導(dǎo)通方法與VT1-1的導(dǎo)通方法相同。而當(dāng)電流由L3流向L1時(shí)，晶閘管反向截止，這樣就起到整流的作用，使交流變?yōu)橹绷鳎绷麟娏魍ㄟ^(guò)定子繞組后，在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部建立一個(gè)固定不變建立一個(gè)固定不變的磁場(chǎng)，由于轉(zhuǎn)子在運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)儲(chǔ)存的機(jī)械能維持下繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體內(nèi)就產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)和電流，該電流與恒定磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生作用方向與轉(zhuǎn)子實(shí)際旋轉(zhuǎn)方向相反的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，在它的作用下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速下降，此時(shí)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)貯存的機(jī)械能被電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換成電能后消耗在轉(zhuǎn)子電路的電阻中。負(fù)載U-W為電感性負(fù)載，電感具有阻礙電流變化的作用晶閘管的導(dǎo)通角將大于，也就是說(shuō)，在電源電壓為負(fù)時(shí)仍然可能導(dǎo)通。為了處理這樣的問(wèn)題，

43、一般情況下在負(fù)載的兩端要并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管，使電源負(fù)電壓不加在負(fù)載上。在這里我們用的是晶閘管VT5-1,對(duì)晶閘管進(jìn)行過(guò)零觸發(fā)，起到續(xù)流二極管的作用。其觸發(fā)原理與前面敘述的相同，這里不再重?cái)?。這樣就可以完成電機(jī)的能耗制動(dòng)。4.5 控制器介紹本系統(tǒng)選用了 Microchip 推出的 dsPIC30F60l4 單片機(jī)8作為系統(tǒng)的控制器，其引腳圖如圖4.148。它負(fù)責(zé)信號(hào)檢測(cè)、實(shí)時(shí)運(yùn)算、輸出控制等功能。無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的參數(shù)設(shè)置通過(guò)RF0-RF7 八個(gè)輸入接口送入單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算，電壓檢測(cè)的采樣信號(hào)也經(jīng)A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換接口送入單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理。變換的三相電流信號(hào)也接入單片機(jī)的A/D 輸入端。同步電壓信號(hào)外部中

44、斷接口，產(chǎn)生高速中斷請(qǐng)求信號(hào)。另外，供給三相可控硅觸發(fā)端的觸發(fā)脈沖由3個(gè)捕捉輸出端輸出。dsPIC16 位數(shù)字信號(hào)控制器（DSC）運(yùn)算速度可達(dá)30MIPS，配備自編程閃存，并能在工業(yè)級(jí)溫度和擴(kuò)展級(jí)溫度范圍內(nèi)工作。 Microchip 的 dsPIC30F 數(shù)字信號(hào)控制器提供了強(qiáng)大的 16 位單片機(jī)所具備的所有功能：快速?gòu)?fù)雜和靈活的中斷處理，豐富的數(shù)字和模擬片上外設(shè)，靈活的電源管理能力，可靈活使用的多種時(shí)鐘模式，上電復(fù)位和掉電保護(hù)，看門狗定時(shí)器，代碼加密，全速實(shí)時(shí)仿真及全速在線等調(diào)試功能。目前， Microchip 的 dsPIC30F 家族有三大系列，分別是通用系列、電機(jī)控制和電源變換系列以及

45、傳感器系列。其中的電機(jī)控制系列，目前有 7 個(gè)產(chǎn)品，支持多種電機(jī)控制應(yīng)用，如 BLDC 電機(jī)、單相和三相感應(yīng)電機(jī)（ACIM）和開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)等。該系列同時(shí)也適用于不間斷電源（UPS）、逆變器、開(kāi)關(guān)電源和功率因數(shù)校正（P FC）等電源變換應(yīng)用12。圖 4.14 dsPIC30F60l4單片機(jī)引腳圖5 檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)5.1電流信號(hào)的檢測(cè)回路的設(shè)計(jì)5.1.1 電流信號(hào)檢測(cè)回路原理電流檢測(cè)信號(hào)來(lái)自于母線。將三相電流的大小經(jīng)中間變換電路送入單片機(jī)的A/D 通道，作為故障檢測(cè)，過(guò)流及欠流保護(hù)電壓顯示等依據(jù)。當(dāng)電機(jī)經(jīng)常處于過(guò)流運(yùn)行時(shí)，鐵損增加，效率降低。同時(shí)鐵損的增加，帶來(lái)鐵芯的溫升、電極的冷卻、絕緣層壽命的

46、縮短以及金屬某些物理性質(zhì)變壞等諸多問(wèn)題，所以電機(jī)不能長(zhǎng)時(shí)間地運(yùn)行在過(guò)電流狀態(tài)，因此在系統(tǒng)中加入過(guò)流及欠流保護(hù)環(huán)節(jié)很有必要。具體的電流檢測(cè)回路如圖5.1所示。圖 5.1 電流檢測(cè)回路5.1.2 電路的組成 該電路主要由電流互感器、信號(hào)轉(zhuǎn)變電阻、薄膜整流電容、肖特基二級(jí)管、集成運(yùn)算放大器LM324以及保護(hù)二極管組成。1.電流互感器 電流互感器是一種電流變換裝置(也稱TA)。它的主要作用是將高壓電流和低壓大電流變成電壓較低的小電流，供給儀表和保護(hù)裝置，并將儀表和保護(hù)裝置與高壓電路分開(kāi)。電流互感器的二次側(cè)電流絕大多數(shù)為5A，只有極少一部分為1A，這使得測(cè)量?jī)x表和保護(hù)裝置使用起來(lái)安全、方便，也使其在制造

47、上可以標(biāo)淮化，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝，并降低了成本。因此，電流互感器在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)采用的電流互感器的參數(shù)為.2.信號(hào)采樣電阻信號(hào)采樣電阻的作用是使采樣來(lái)的電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，以適合單片機(jī)的處理，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，本設(shè)計(jì)采用的電阻阻值為20。3.薄膜電容薄膜電容是利用蒸鍍或?yàn)R射的方法在半導(dǎo)體材料上（或陶瓷片上）鍍上兩層金屬作電阻作電極，其間鍍一層絕緣材料作介質(zhì)，其等效電路如圖5.2所示。這個(gè)介質(zhì)可以是,也可是等。薄膜電容的單位面積的電容值和設(shè)計(jì)公式與MOS電容相同，即式中 絕緣材料介電常數(shù)真空介質(zhì)常數(shù)電介質(zhì)的厚度圖 5.2 薄膜電容等效電路本設(shè)計(jì)的電容的大小為0.47uf。4.肖特基二

48、極管肖特基二極管具有開(kāi)關(guān)頻率高和正向壓降低等優(yōu)點(diǎn)，但其反向擊穿電壓比較低，大多不高于60V，最高僅約100V，以致于限制了其應(yīng)用范圍。像在開(kāi)關(guān)電源（SMPS）和功率因數(shù)校正（PFC）電路中功率開(kāi)關(guān)器件的續(xù)流二極管、變壓器次級(jí)用100V以上的高頻整流二極管、RCD緩沖器電路中用600V1.2kV的高速二極管以及PFC升壓用600V二極管等，只有使用快速恢復(fù)外延二極管（FRED）和超快速恢復(fù)二極管（UFRD）。目前UFRD的反向恢復(fù)時(shí)間Trr也在20ns以上，根本不能滿足像空間站等領(lǐng)域用1MHz3MHz的SMPS需要。即使是硬開(kāi)關(guān)為100kHz的SMPS，由于UFRD的導(dǎo)通損耗和開(kāi)關(guān)損耗均較大，殼

49、溫很高，需用較大的散熱器，從而使SMPS體積和重量增加，不符合小型化和輕薄化的發(fā)展趨勢(shì)。因此，發(fā)展100V以上的高壓SBD，一直是人們研究的課題和關(guān)注的熱點(diǎn)。近幾年，SBD已取得了突破性的進(jìn)展，150V和200V的高壓SBD已經(jīng)上市，使用新型材料制作的超過(guò)1kV的SBD也研制成功，從而為其應(yīng)用注入了新的生機(jī)與活力。在這里肖特基二級(jí)管起到整流的作用。5.集成運(yùn)算放大器LM324LM324四運(yùn)放集成電路是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的產(chǎn)品，其內(nèi)部方框圖如圖5.3所示，電特性見(jiàn)表5.1。許多國(guó)家都有類似的產(chǎn)品，。我國(guó)的同類產(chǎn)品有F324、SF324等。該集成電路是通用的四運(yùn)算放大器，在音箱設(shè)備里多用于有源濾波

50、器、均衡器等電路。在本設(shè)計(jì)中LM324采用同相輸入，阻抗很大，可以防止采樣電壓信號(hào)的泄漏。特點(diǎn)： 1可用單電源工作； 2工作電源電壓范圍寬：330V 3電源電流?。?輸入偏置電路有溫度補(bǔ)償。 極限參數(shù)：1、電源電壓Vcc 32v(或16V)2、共摸輸入電壓Vic -0.3一+26V3、差模輸入電壓Vid 32v4、輸入電流Ii 50mA內(nèi)部方框圖圖 5.3 LM324內(nèi)部方框圖表 5.1 LM324電特性（）參數(shù)名稱符號(hào)主要測(cè)試條件參數(shù)值單位最小典型最大電源電流_1.53mA0.71.2mA共模輸入電壓0_V差模輸入電壓_V輸出電壓范圍0V大信號(hào)電壓增益25_15電流源輸出,1020_mA輸出

51、短路電流四單元不可同時(shí)短路_40_mA共模控制比CMR_7085_dB6570_dB電源紋波控制_65100_dB放大器間的雜散耦合用等效輸入電平表示_-120_dB6.保護(hù)二極管保護(hù)二極管起到續(xù)流保護(hù)的作用，當(dāng)單片機(jī)的輸入電壓超過(guò)許用電壓時(shí)通過(guò)續(xù)流保護(hù)二極管續(xù)流，達(dá)到保護(hù)單片機(jī)的作用。本設(shè)計(jì)采用的是MMBD4148CC,具體參數(shù)如見(jiàn)表5.2：表 5.2 MMBD4148CC規(guī)格參數(shù)表 （）符號(hào)參數(shù)名稱檢測(cè)條件最小值最大值單位擊穿電壓75100_VV正向電壓_1.0V最大反向瞬時(shí)電流, _25505.0nA總電容_4.0pF反向恢復(fù)時(shí)間,_4.0ns5.1.3 參數(shù)計(jì)算圖 5.4 A相電流檢測(cè)

52、電路如圖5.4所示，以A相為例，本設(shè)計(jì)為板式輸送機(jī)電動(dòng)機(jī)無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)，選用的電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為JZT252-4，其拖動(dòng)功率為11kw。 根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，可推算出電流有效值和峰值： 啟動(dòng)電流可以高達(dá)額定電流的68倍，這就要求啟動(dòng)電流峰值本設(shè)計(jì)選用的電流互感器的電流比為,那么可計(jì)算出： 信號(hào)轉(zhuǎn)換電阻則可算出采樣最大電壓 即 采樣電壓的變化范圍為：020V采樣電壓經(jīng)過(guò)薄膜電容和肖特基二極管的整流要經(jīng)過(guò)LM324的兩個(gè)運(yùn)算放大器U9A和U9D的放大，經(jīng)過(guò)放大后，要經(jīng)過(guò)單片機(jī)的判斷后選擇接收。U9A閉環(huán)放大倍數(shù)： U9D為電壓跟隨器，放大倍數(shù)為1，輸出出電壓變化范圍為020V,單片機(jī)許用輸入電壓為05V,

53、那么衰減電阻,這里設(shè)另外三個(gè)采樣信號(hào)計(jì)算過(guò)程與A相類似，這里不再重?cái)ⅰ?.2 電壓同步信號(hào)檢測(cè)回路的設(shè)計(jì)在電動(dòng)機(jī)無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，同步信號(hào)檢測(cè)是很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。為保證無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)主回路中各個(gè)晶閘管的觸發(fā)脈沖與其陽(yáng)極電壓保持嚴(yán)格的相位關(guān)系，將三相電源的模擬電路轉(zhuǎn)變?yōu)榉讲ㄐ盘?hào)作為觸發(fā)在相晶閘管的的同步信號(hào)。只有準(zhǔn)確的測(cè)量出電壓的過(guò)零點(diǎn)，才能完成無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的功能。本系統(tǒng)采用了單相變壓器把一線電壓信號(hào)采樣反饋到單片機(jī)中進(jìn)行控制和處理計(jì)算，其電路如圖5.5所示。系統(tǒng)中，采用線電壓作為觸發(fā)脈沖的同步信號(hào)，由變壓器采集的同步電壓，經(jīng)比較器輸出方波，以方波上升沿作為同步中斷輸入單片機(jī)，以達(dá)到確定定時(shí)起點(diǎn)和定相