1、 遼寧科技大學畢業(yè)設計 第42頁帶式輸送機電動機無觸點開關設計摘 要本文設計，制作了一套完整的帶式輸送機電動機無觸點開關控制系統(tǒng)，并在實驗室成功完成了試驗，整個系統(tǒng)由三相異步電動機主回路，無觸點開關控制電路，和檢測電路組成。針對帶式輸送機電動機大功率、高負載的工作狀況，通過相關參數(shù)的計算，合理的選擇了可控硅的型號，完成了主回路的設計。運用模塊化的方法，通過對輸入電路、輸出電路、CPU接口的參數(shù)計算完成了對無觸點開關控制電路的設計。再通過主回路的故障分析和性能分析完成采樣電流檢測回路和同步電壓檢測回路的計算和估算，從而完成了檢測電路的設計。本設計采用美國微芯公司(MICROCHIP)的最新單片機

2、dsPIC30F6014,提供了強大的16位單片機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的能耗制動系統(tǒng)的設計。關鍵詞：帶式輸送機；無觸點開關；主回路；控制電路；檢測電路；單片機；能耗制動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 帶式輸送機簡介11.2 無觸點開關簡介21.2.1 無觸點開關的

7、發(fā)展歷史21.2.2 無觸點控制的優(yōu)缺點31.3 帶式輸送機使用無觸點開關的原因32 無觸點開關組成及其原理52.1 無觸點開關的原理52.1.1 無觸點開關基本電路52.1.2 過零點觸發(fā)62.2 無觸點開關的組成63 無觸點開關主回路設計83.1 主回路原理及組成83.2晶閘管的選擇及相關計算93.3 主回路與控制回路的連接104 控制電路的設計124.1 控制電路概述124.2 輸入電路設計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 驅動輸出回路的設計204.4.1 驅動輸出電路原理204.4.2 驅動輸出電路的組成和電路圖214.5 控制器介紹265 檢測電路的設計285.1電流信號的檢測回路的設計285.1.1 電流信號檢測回路原理285.1.2 電路的組成295.1.3 參數(shù)計算335.2 電壓同步信號檢測回路的設計346 無觸點開關的軟件設計376.1 系統(tǒng)的主程序設計386.2 脈沖觸發(fā)同步信號中斷程序設計38結論40致謝41參考文獻421 緒論1.1 帶式輸送機簡介帶式輸送機的主要部件是輸送帶，輸送帶間作牽引機構和承載機構，帶式輸送機它主要包括以下幾個部分：輸送帶、托輥及中間架、滾筒拉緊裝置、制動裝置、

9、清掃裝置和卸料裝置等。其結構如圖1.1所示。輸送帶繞經傳動滾筒和機尾換向滾筒形成一個無極的環(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轉所需要的拉緊力。電動機通過減速裝置使傳動滾筒傳動時，傳動滾筒通過它和輸送帶之間的摩擦力帶動輸送帶運行。物料從裝載點裝到輸送帶上，形成連續(xù)運動的物流，在卸載點卸載。一般物料是裝載到上帶（承載段）的上面，在機頭滾筒（在此，即是傳動滾筒）卸載，利用專門的卸載裝置也可在中間卸載。普通型帶式輸送機的機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。帶式輸送機可用于水平、傾斜和垂直運輸。對于普通型帶式輸送

10、機傾斜向上運輸，其傾斜角不超過18°，向下運輸不超過15°.輸送帶是帶式輸送機部件中最易磨損的部件。當輸送磨損性強的物料時，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11.2 無觸點開關簡介1.2.1 無觸點開關的發(fā)展歷史在六十年代迅速發(fā)展起來的硅可控整流元件即可控硅，是電子技術中的一種新型大功率半導體器件，它被廣泛的應用在電氣化、自動化技術當中，成為技術改造不可缺少的重要元件。它可作可控整流、無觸點開關、變頻等用途，具有體積小、重量輕、效率高、無噪聲、操作維護方便等許多優(yōu)點。晶閘管即可控硅，利用它的開關特性可代替接觸器、繼電器用于頻繁操作與開關的場合，具

11、有無觸點、開關頻率高以及電磁干擾小等優(yōu)點。對三相交流異步電動機實行無觸點控制，具有無拉弧現(xiàn)象、不需要觸點接通電路、不需要觸點電器的電磁線圈，有利于交流電動機的控制電子化2 。如今世界微電子及電力技術的發(fā)展，已經滲透到各國的工農、科技、經濟、社會和日常生活的各個領域。由于電器開關產品量大而廣，在工農業(yè)、運輸、共用事業(yè)、人民生活的各個方面起著不可缺少的作用，毫無例外在電子技術風靡全球中也經歷著深刻的變化，尤其電器開關和電子技術結合在一起發(fā)展壯大，帶腦子部件參與組成的電器開關向著高速、高科技方向發(fā)展，可以說，及時利用微電子、電力電子最新技術成就，也是改善電器開關的根本。智能化電器是在傳統(tǒng)開關設備中，

12、引入計算機技術數(shù)字處理和網絡通訊技術而發(fā)展起來的新一代開關電器。在智能化電器中，實現(xiàn)微機測量、保護和控制，部分或全部取代傳統(tǒng)開關設備的二次系統(tǒng)；引入網絡通訊功能，實現(xiàn)電器之間和電器與電力自動化系統(tǒng)之間的信息交換及信息共享；利用現(xiàn)代傳感器技術對開關電器的運行狀態(tài)進行在線監(jiān)測。隨著現(xiàn)代文明的發(fā)展與進步，社會產生和生活對電能供應的質量和管理提出越來越高的要求。作為電能傳輸與控制設備，電器元件設備必須改變傳統(tǒng)的設計和控制模式，才能適應現(xiàn)代電力系統(tǒng)、現(xiàn)代化工業(yè)和社會的發(fā)展趨勢，近年來出現(xiàn)了智能型無觸點開關等一系列產品，并開始在供配電系統(tǒng)中得以應用7。1.2.2 無觸點控制的優(yōu)缺點優(yōu)點：1無觸點控制系統(tǒng)不

13、存在電器磨損、機械磨損、碰撞和沖擊，所以元件運行可靠、動作快、壽命長、結構緊湊，體積小。2操作安全，維修方便。缺點：1溫度穩(wěn)定性差。2抗干擾性差。3過載能力差，由于半導體元件的過電壓、過電流能力差，所以容易過載擊穿或燒毀。1.3 帶式輸送機使用無觸點開關的原因在電力系統(tǒng)配電網中,為減少線路壓降和提高功率因數(shù),以降低網損、節(jié)約電能和改善供電電壓質量,大都安裝無功功率自動補償裝置。而電力負載一直進行難以預期的動態(tài)變化,因此電容器到電網間有一個頻繁投切的過程。傳統(tǒng)的投切用電氣開關通常有兩種:一是普通的接觸器,其優(yōu)點是穩(wěn)態(tài)導通時無壓降,能耗少,但是缺點卻非常明顯觸點投入瞬間,觸頭處往往會產生火花,并且

14、浪涌電流非常大;切斷觸點時,觸頭又容易拉出電弧,造成咬死現(xiàn)象,盡管采用帶預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。另一種開關就是電力電子開關器件,常用的是晶閘管,通過過零投切可以大大減少浪涌電流、火花等現(xiàn)象。很多工廠用電動機的功率都比較大，如果仍用機械式控制器的控制系統(tǒng)，事故率就會極高，所造成的維修量也極大，存在的問題也很多，可以歸納為以下幾點3。1）大功率的電動機使機械式控制器和交流接觸器機械磨損和電流沖擊作用，壽命大大降低。2）各種機械式控制器、交流接觸器和電流接點多、線路聯(lián)鎖、互鎖特別復雜，經常出現(xiàn)接點的接觸不良，甚至出現(xiàn)接點的粘連事故，造成電控系統(tǒng)的失效，從而引

15、起電動機的停機或損壞。3）轉子回路多級切換金屬電阻的啟動方式會造成切換時弧光閃爍，再加上環(huán)境灰塵大，因此在工作時經常發(fā)生交流接觸器主觸點接觸不良，轉子電阻不平衡，電動機發(fā)熱，鐵心接合面臟污，接合面未對好，交流鐵心吸合時噪聲過大，接觸器滯磁，斷開動作遲緩，接點粘連，接觸器線圈燒損等多種故障。而與帶式輸送機配套的電動機的功率都比較大，控制電動機的機械式控制器和交流接觸器機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機的可靠運行，提高設備有效作業(yè)率，除加強對控制系統(tǒng)和電動機的維護外，更重要的是從根本上提高控制系統(tǒng)的可靠性，而利用無觸點開關技術可為電動機提供可靠的保證。隨著機電工業(yè)的

16、不斷發(fā)展, 大型機電設備越來越多, 對機電產品的控制技術也就要求得越來越高, 無觸點開關技術也將應用的更加廣泛。 2 無觸點開關組成及其原理2.1 無觸點開關的原理2.1.1 無觸點開關基本電路晶閘管元件具有導通與阻斷兩種作用，相當于有觸點開關的開和關，可用作定子回路中的控制元件或控制開關，由于它沒有觸頭的機械運動，所以稱為無觸點開關。當晶閘管加有正向電壓的情況下，加上適當?shù)挠|發(fā)信號就可使晶閘管從關斷轉為導通狀態(tài)。除去觸發(fā)信號，當陽極電壓為零時即自行關斷，從而達到開與關的目的。利用兩只反并聯(lián)的晶閘管組成的雙向無觸點開關就可以代替交流接觸器的一相主觸頭，無觸發(fā)信號時，晶閘管不導通，電路處于斷開的

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關主電路如圖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，SCR1導通，而SCR2截止；在電源電壓u的負半周時，SCRl因承受反向陽極電壓即自動關斷，而SCR2則導通。這樣，兩個可控硅交替工作，負載就得到一個交流電壓。這就相當于開關處在閉合狀態(tài)。如果不加正向控制電壓，兩個可控硅都不導通，就相當于開關處在斷開狀態(tài)。 圖1.2 單相交流可控硅開關主電路2.1.2 過零點觸發(fā) 在一般的調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)方式的主要缺點是其所產生的缺角正弦波中包含較大的高次諧波，對電力系統(tǒng)形成干擾。

18、然而在無觸點開關電路中只要求電流的通斷，并不要求電壓的調節(jié)，所以晶閘管使用過零點觸發(fā)的方式。其波形圖如圖1.3，晶閘管過零觸發(fā)開關是在電路電壓為零或接近零的瞬間給晶閘管以觸發(fā)脈沖使之導通，利用管子電流小于維持電流使管子自行關斷9。圖1.3 過零點觸發(fā)波形圖2.2 無觸點開關的組成三相交流電機無觸點開關控制器是為了實現(xiàn)對大功率三相交流電機進行適時準確的正轉、反轉、制動和監(jiān)測反饋等控制。根據要求進行電路設計，將無觸點控制器分成三個主要模塊進行設計，即：無觸點控制器的主回路、控制電路、檢測電路。無觸點開關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的中間連接元件。通過來自控制電路的控制信息

19、控制晶閘管的通斷來實現(xiàn)電機電源的加載和電機的啟動、正反轉和制動等控制。采用這種方式對高電壓、大電流的通斷控制，避免了普通強電通斷控制中產生的強烈電弧帶來的危害。 控制電路采用美國微芯公司MICROCHIP的最新單片機dsPIC30F6014來實現(xiàn)對各種控制信號的處理和輸出，從而實現(xiàn)主電路中晶閘管的導通和關斷控制。無觸點開關控制器的整體結構如圖2.1所示。檢測信號外界控制信號控制信號三相電源輸入端無觸點控制器主電路三相交流電機控制電路檢測電路圖 2.1 無觸點開關整體結構圖3 無觸點開關主回路設計3.1 主回路原理及組成根據三相交流異步電機的工作原理，只要將三相電源正確加載到電機，電機即可實現(xiàn)正

20、轉。改變三相電源任意兩相的相序，電機即實現(xiàn)反轉。本設計中電機的制動方式采用能耗制動。能耗制動是比較常用的準確停車的方法11。根據能耗制動的原理，只要三相交流電機定子繞組從三相交流電源斷開，然后立即將一低壓直流電源通入定子繞組。三相交流電動機內部會立即產生一個與轉子實際旋轉方向相反的制動力矩實現(xiàn)電機的快速制動。正轉、反轉、制動的連接如圖3.1所示。圖 3.1 正轉、反轉、制動的連接圖 根據上述原理，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，就可以實現(xiàn)三相交流電機的無觸點開關控制。無觸點開關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，必須認真考慮其參數(shù)特性。在此電路中采用五組雙向反并聯(lián)晶閘管構成晶閘管回路，用的是過零點觸發(fā)，觸發(fā)的原理已經于第二章介紹過。圖 3.2 無觸點開關主回路3.2晶閘管的選擇及相關計算由于晶閘管工作時可能會遭受到瞬時過電壓，為了確保管子安全運行，在選用晶閘管時應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用電機電壓為 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，其通態(tài)額定電流是指電流有效值。異步電機額定功率為 11K

22、W，則晶閘管額定電流與為： (3-2)而啟動電流可以高達額定電流的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，還必須對過電壓、過電流等進行適當?shù)谋Ｗo。根據市場現(xiàn)有產品和價格，系統(tǒng)最后選擇了型號為 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電電路對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，電路設計中一般將強電電路（如：三相主電路）和弱電電路（如：控制電路）隔離設計，最后通過光電元件耦合。這樣的設

23、計不僅有利于減小電路整體消耗的功率，而且可以避免強電控制引發(fā)的干擾問題。三相交流電機無觸點開關控制器采用了光電耦合器來實現(xiàn)控制信號的傳遞。光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一電轉換器件。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，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、光電達林頓型、集成電路型等。由于它是借助于光作為媒介物進行耦合的，所以它具有較強的隔離和抗干擾能力，廣泛的應用于電信號耦合

24、，電平匹配、光電開關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使發(fā)光源發(fā)光，光的強度取決于激勵電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應而產生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實現(xiàn)了電一光一電的轉換。基本工作特性（以光敏三極管為例） 1、共模抑制比很高 在光電耦合器內部，由于發(fā)光管和受光器之間的耦合電容很小（2pF以內）所以共模輸入電壓通過極間耦合電容對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之間的關系，當IF=0時，發(fā)光二極管不發(fā)光，此時的光敏晶體管

25、集電極輸出電流稱為暗電流，一般很小。當IF>0時，在一定的IF作用下，所對應的IC基本上與VCE無關。IC與IF之間的變化成線性關系，用半導體管特性圖示儀測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偏置電流，再把信號電壓通過電阻耦合到發(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，其輸出電流將隨輸入的信號電壓作線性變化。光電耦合器也可工作于開關狀態(tài)，傳輸脈沖信號。在傳輸脈沖信號時，輸入信號和輸出信號之間存在一定的延遲時間，不同結構的光電耦合器輸入、輸出延遲時間相差很大。4 控制電路的設計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輸入時，控制電路發(fā)出相應的控制信號控制主電路中相應的晶閘管適時觸發(fā)和關斷，從而實現(xiàn)對主電路中電機的有效控制。控制電路的設計是三相交流電機無觸點控制器的核心部分，控制電路的工作流程圖4.1所示輸出轉換電路控制信號單片機輸入電路外界控制信號控制需求圖 4.1 控制電路的工作流程圖4.2 輸入電路設計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，輸入信號采用24V的電平信號，而單片機所要求的電平信號為5V，必須完成由24V到5V的轉化，在電路中為了防止電信號的互相干擾，必須把24V的地與5V的地分開，在這里本設計采用的是光電耦合器，型號為P

27、C817,內部電路方框圖如圖4.2所示。圖4.2 PC817內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，用作光電轉換的一種半導體器件。為了實現(xiàn)波長的最佳匹配，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行耦合的，所以它具有較強的隔離和抗干擾能力，廣泛的應用于電信號耦合，電平匹配、光電開關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 該電路由正轉控制輸入電路、停止控制輸入電路、反轉控制輸入電路、復位控制輸入電路、

28、外部故障輸入電路、急停控制輸入電路組成，如圖4.3所示。 圖4.3 輸入電路圖4.4 正轉控制輸入電路4.2.3 參數(shù)計算輸入電路的六個電路的元件類型基本相同，可對正轉控制輸入回路進行舉例分析，如圖4.4所示，該電路包含兩個基本回路，它們由光電耦合器連接，使兩個回路的地隔開，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經過光電耦合器接地,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-光轉換半導體器件，在各部門，尤其是儀器、家用電器中廣泛應用。表4.1為國產部分LED的型號、參數(shù)表，本設計采用的是BT202型發(fā)光二極管，具

29、體參數(shù)可查表。表4.1 國產部分LED的型號、參數(shù)表參考型號極限功率（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、測試條件為=400mA 生產廠家：蘇州半導體總廠2、PC817型光電耦合器的具體參數(shù)見表4.2表 4.2 PC817型光電耦合器具體參數(shù)型號等級牌號Ic(mA)PC817XABCD或無牌號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根據元件參數(shù)可以計算出限流電阻的阻值:這里我們選R1阻值為4.7

31、。輸出回路中根據查表計算: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觸點開關的重要部分，通過接在繼電器輸出電路外部的儀器，可以準確的判斷出電機的運行狀態(tài)，特別是故障繼電器輸出更為重要，當系統(tǒng)發(fā)生故障時，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繼電器輸出電路，反轉繼電器輸出電路，制動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繼電器輸出電路結構大致相同，下面以故障繼電器輸出電路進行分析，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通過限流電阻R83輸入三極管T7的基極，使得光電耦合器的輸入回路導通，發(fā)光二極管發(fā)光，使得輸出回路導通，電流流進三極管T8的基極，使得三極管導通，繼電器K4的線圈得電，觸點K4閉合。回路中加入續(xù)流保護二極管D12起到保護作用。1、三極管90139013是一種NPN型硅小功率的三極管它是非常常見的晶體三極管，在收音機以及各種放大電路中經常看到它，應用范圍很廣,它是NPN型小功率三極管，它的具體參數(shù)見表4.4，4.5。表 4.4 9013型三極管具體參數(shù)參數(shù)符號測試條件最小

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：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，起到抗干擾的作用。4.4 驅動輸出回路的設計4.4.1 驅動輸出電路原理 驅動輸出電路是整個無觸點開關系統(tǒng)的執(zhí)行部分，它接收單片機處理后的信號，通過對信號的處理，觸發(fā)主回路的晶閘管，控制晶閘管的導通或關斷。驅動輸出電路還可以控制晶閘管的移相觸發(fā)，來控制電機的能耗制動。4.4.2 驅動輸出電路的組成和電路圖 驅動輸出電路由過零觸發(fā)電路和移相觸發(fā)電路兩大部分組成，過零觸發(fā)電路控制晶閘管的導通和關斷，移相觸發(fā)電路控制電機的能耗制動。在具體線路的鏈接上分化成六組電路圖，為L1相驅動回路、L3相驅動回路如圖、

35、B相過觸發(fā)回路如圖、L1相反轉驅動回路如圖、L3相反轉驅動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，我們可以總結舉例來逐個分析，可以分為繼電器輸出驅動回路、過零觸發(fā)驅動回路和能耗制動驅動回路。1、繼電器輸出驅動回路 這里我們以正反轉繼電器輸出互鎖驅動回路為例如圖4.8，4.9所示。正轉繼電器輸出回路和反轉繼電器輸出回路分別控制正轉驅動回路和反轉驅動回路，而且在控制上實現(xiàn)互鎖，如圖，當繼電器J200的線圈得電時，接在正轉驅動回路上的常開觸點J200閉合，電機正轉，而接在反轉驅動回路上的常閉觸點J200則斷開，這樣無論反轉繼電器的線圈J201是否得電，反轉驅

36、動回路都不工作。反之，當電機在反轉工作時，正轉驅動回路同樣也不工作，這就實現(xiàn)了電機的正反轉的互鎖。圖 4.8 正反轉繼電器輸出互鎖驅動回路圖 4.9 正反轉繼電器輸出互鎖驅動回路2、過零觸發(fā)驅動回路這里我們以L3相正轉驅動回路為例進行分析，如圖4.10所示。圖 4.10 L3相正轉驅動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)設計中采用型號為IL4118的光耦來觸發(fā)晶閘管，該光電耦合器由發(fā)光二極管和過零光敏可控硅組成，專門用于控制可控硅過零觸發(fā)。當常開觸點J200閉合時，兩個光電耦合器的發(fā)光二極管部分導通，發(fā)光二極管發(fā)光，觸

37、發(fā)導通雙相可控硅，當交流電流由L3流向L1時，晶閘管VT3-2處于反向截至狀態(tài)，電流由K32端口流進控制回路，由于電阻R88的阻值遠遠大于二極管D28的阻值，電流經過二極管D28和限流電阻，流經兩個光電耦合器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，而另一路經過降壓電阻R90降壓后,使得A點和B點的電位高于C點的電位，形成壓差，使晶閘管VT3-1觸發(fā)導通。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，為了保護光電耦合器不被損壞，使用了兩個光電耦合器進行分壓，并在兩個光耦上并聯(lián)兩個電阻進行分壓。二極管D28作用是K32

38、和G32產生正向電壓，防止晶閘管VT3-2誤導通，造成環(huán)流，發(fā)生事故。當電流由L1流向L3時，其原理與上述原理相同，這里不再重敘。3、能耗制動驅動回路 異步電動機的反接制動用于準確停車有一定的困難，因為它容易造成反轉，而且電能損耗比較大，反饋制動雖是比較經濟的制動方法，但它只能在高于同步的轉速下使用；而能耗制動卻是比較常用的準確停車的方法。 本設計采用的就是能耗制動。異步電動機能耗制動的原理線路圖一般如圖4.11所示6圖 4.11 異步電動機能耗制動的原理線路圖進行能耗制動時，首先將定子繞組從三相交流電源斷開（1KM打開），接著立即將一低壓直流電源通入電源定子繞組（2KM閉合）。直流電流通過定

39、子繞組后，在電動機內部建立一個固定不變的磁場，由于轉子在運動系統(tǒng)儲存的機械能維持下繼續(xù)旋轉，轉子導體內就產生感應電勢和電流，該電流與恒定磁場相互作用產生作用方向與轉子實際旋轉方向相反的制動轉矩，在它的作用下，電動機轉速迅速下降，此時運動系統(tǒng)貯存的機械能被電動機轉換成電能后消耗在轉子電路的電阻中。而在本設計中并沒有單獨加上整流橋，因為無觸點開關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 能耗制動驅動回路原理圖該電路主要由移相觸發(fā)回路和續(xù)流過零觸發(fā)回路組成，移相觸發(fā)回路和過零觸發(fā)回路的主要元件為光耦合的可控硅開關驅動器，光耦的基本結構是將光發(fā)射器（

40、紅外發(fā)光二極管、紅外LED）和光敏器（硅光電探測敏感器件）的芯片封裝在同一外殼內，并用透明樹脂灌封充填作光傳遞介質，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，當輸入端加電信號時，光發(fā)射器發(fā)出的光信號通過透朗樹脂光導介質投射到光敏器后，轉換成電信號輸出，實現(xiàn)了以光為媒介的電光電信號轉換傳輸，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關器件IL4218,是非過零控制，而續(xù)流過零觸發(fā)回路采用的元件為過零控制電路及光敏雙向開關器件組合體IL4118,是過零控制。IL4118光耦：在本系統(tǒng)設計中采用型號為IL4118的光耦來觸發(fā)晶閘管在能耗制動過程中控制續(xù)流過流觸發(fā)。 IL421

41、8 光耦：在本系統(tǒng)設計中采用型號為IL4218的光耦來觸發(fā)晶閘管控制能耗制動移相觸發(fā)，其結構原理圖如圖4.13所示。圖 4.13 IL4218光耦結構圖由于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，為了保護光電耦合器不被損壞，使用了兩個光電耦合器進行分壓，并在兩個光耦上并聯(lián)兩個電阻進行分壓。當光電耦合器U33和U34的發(fā)光二極管由單片機控制導通角導通時，雙向可控硅導通。當三相交流電流由L1流向L3時，電流通過二極管D34和限流電阻R123通過雙向可控硅分成兩路，一路流向晶閘管VT1-1的門極，另一路經過降壓電阻R131，形成壓差，使得晶閘

42、管導通。晶閘管VT3-2的導通方法與VT1-1的導通方法相同。而當電流由L3流向L1時，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^定子繞組后，在電動機內部建立一個固定不變建立一個固定不變的磁場，由于轉子在運動系統(tǒng)儲存的機械能維持下繼續(xù)旋轉，轉子導體內就產生感應電勢和電流，該電流與恒定磁場相互作用產生作用方向與轉子實際旋轉方向相反的制動轉矩，在它的作用下，電動機轉速迅速下降，此時運動系統(tǒng)貯存的機械能被電動機轉換成電能后消耗在轉子電路的電阻中。負載U-W為電感性負載，電感具有阻礙電流變化的作用晶閘管的導通角將大于，也就是說，在電源電壓為負時仍然可能導通。為了處理這樣的問題，

43、一般情況下在負載的兩端要并聯(lián)一個續(xù)流二極管，使電源負電壓不加在負載上。在這里我們用的是晶閘管VT5-1,對晶閘管進行過零觸發(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，這里不再重敘。這樣就可以完成電機的能耗制動。4.5 控制器介紹本系統(tǒng)選用了 Microchip 推出的 dsPIC30F60l4 單片機8作為系統(tǒng)的控制器，其引腳圖如圖4.148。它負責信號檢測、實時運算、輸出控制等功能。無觸點開關的參數(shù)設置通過RF0-RF7 八個輸入接口送入單片機進行運算，電壓檢測的采樣信號也經A/D數(shù)模轉換接口送入單片機進行運算處理。變換的三相電流信號也接入單片機的A/D 輸入端。同步電壓信號外部中

44、斷接口，產生高速中斷請求信號。另外，供給三相可控硅觸發(fā)端的觸發(fā)脈沖由3個捕捉輸出端輸出。dsPIC16 位數(shù)字信號控制器（DSC）運算速度可達30MIPS，配備自編程閃存，并能在工業(yè)級溫度和擴展級溫度范圍內工作。 Microchip 的 dsPIC30F 數(shù)字信號控制器提供了強大的 16 位單片機所具備的所有功能：快速復雜和靈活的中斷處理，豐富的數(shù)字和模擬片上外設，靈活的電源管理能力，可靈活使用的多種時鐘模式，上電復位和掉電保護，看門狗定時器，代碼加密，全速實時仿真及全速在線等調試功能。目前， Microchip 的 dsPIC30F 家族有三大系列，分別是通用系列、電機控制和電源變換系列以及

45、傳感器系列。其中的電機控制系列，目前有 7 個產品，支持多種電機控制應用，如 BLDC 電機、單相和三相感應電機（ACIM）和開關磁阻電機等。該系列同時也適用于不間斷電源（UPS）、逆變器、開關電源和功率因數(shù)校正（P FC）等電源變換應用12。圖 4.14 dsPIC30F60l4單片機引腳圖5 檢測電路的設計5.1電流信號的檢測回路的設計5.1.1 電流信號檢測回路原理電流檢測信號來自于母線。將三相電流的大小經中間變換電路送入單片機的A/D 通道，作為故障檢測，過流及欠流保護電壓顯示等依據。當電機經常處于過流運行時，鐵損增加，效率降低。同時鐵損的增加，帶來鐵芯的溫升、電極的冷卻、絕緣層壽命的

46、縮短以及金屬某些物理性質變壞等諸多問題，所以電機不能長時間地運行在過電流狀態(tài)，因此在系統(tǒng)中加入過流及欠流保護環(huán)節(jié)很有必要。具體的電流檢測回路如圖5.1所示。圖 5.1 電流檢測回路5.1.2 電路的組成 該電路主要由電流互感器、信號轉變電阻、薄膜整流電容、肖特基二級管、集成運算放大器LM324以及保護二極管組成。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，供給儀表和保護裝置，并將儀表和保護裝置與高壓電路分開。電流互感器的二次側電流絕大多數(shù)為5A，只有極少一部分為1A，這使得測量儀表和保護裝置使用起來安全、方便，也使其在制造

47、上可以標淮化，簡化了生產工藝，并降低了成本。因此，電流互感器在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。本設計采用的電流互感器的參數(shù)為.2.信號采樣電阻信號采樣電阻的作用是使采樣來的電流信號轉變?yōu)殡妷盒盘枺赃m合單片機的處理，根據經驗，本設計采用的電阻阻值為20。3.薄膜電容薄膜電容是利用蒸鍍或濺射的方法在半導體材料上（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，其等效電路如圖5.2所示。這個介質可以是,也可是等。薄膜電容的單位面積的電容值和設計公式與MOS電容相同，即式中 絕緣材料介電常數(shù)真空介質常數(shù)電介質的厚度圖 5.2 薄膜電容等效電路本設計的電容的大小為0.47uf。4.肖特基二

48、極管肖特基二極管具有開關頻率高和正向壓降低等優(yōu)點，但其反向擊穿電壓比較低，大多不高于60V，最高僅約100V，以致于限制了其應用范圍。像在開關電源（SMPS）和功率因數(shù)校正（PFC）電路中功率開關器件的續(xù)流二極管、變壓器次級用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，只有使用快速恢復外延二極管（FRED）和超快速恢復二極管（UFRD）。目前UFRD的反向恢復時間Trr也在20ns以上，根本不能滿足像空間站等領域用1MHz3MHz的SMPS需要。即使是硬開關為100kHz的SMPS，由于UFRD的導通損耗和開關損耗均較大，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。因此，發(fā)展100V以上的高壓SBD，一直是人們研究的課題和關注的熱點。近幾年，SBD已取得了突破性的進展，150V和200V的高壓SBD已經上市，使用新型材料制作的超過1kV的SBD也研制成功，從而為其應用注入了新的生機與活力。在這里肖特基二級管起到整流的作用。5.集成運算放大器LM324LM324四運放集成電路是美國國家半導體公司的產品，其內部方框圖如圖5.3所示，電特性見表5.1。許多國家都有類似的產品，。我國的同類產品有F324、SF324等。該集成電路是通用的四運算放大器，在音箱設備里多用于有源濾波

50、器、均衡器等電路。在本設計中LM324采用同相輸入，阻抗很大，可以防止采樣電壓信號的泄漏。特點： 1可用單電源工作； 2工作電源電壓范圍寬：330V 3電源電流小；4輸入偏置電路有溫度補償。 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內部方框圖圖 5.3 LM324內部方框圖表 5.1 LM324電特性（）參數(shù)名稱符號主要測試條件參數(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.保護二極管保護二極管起到續(xù)流保護的作用，當單片機的輸入電壓超過許用電壓時通過續(xù)流保護二極管續(xù)流，達到保護單片機的作用。本設計采用的是MMBD4148CC,具體參數(shù)如見表5.2：表 5.2 MMBD4148CC規(guī)格參數(shù)表 （）符號參數(shù)名稱檢測條件最小值最大值單位擊穿電壓75100_VV正向電壓_1.0V最大反向瞬時電流, _25505.0nA總電容_4.0pF反向恢復時間,_4.0ns5.1.3 參數(shù)計算圖 5.4 A相電流檢測

52、電路如圖5.4所示，以A相為例，本設計為板式輸送機電動機無觸點開關的設計，選用的電動機的型號為JZT252-4，其拖動功率為11kw。 根據工程經驗，可推算出電流有效值和峰值： 啟動電流可以高達額定電流的68倍，這就要求啟動電流峰值本設計選用的電流互感器的電流比為,那么可計算出： 信號轉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采樣電壓經過薄膜電容和肖特基二極管的整流要經過LM324的兩個運算放大器U9A和U9D的放大，經過放大后，要經過單片機的判斷后選擇接收。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,單片機許用輸入電壓為05V,

53、那么衰減電阻,這里設另外三個采樣信號計算過程與A相類似，這里不再重敘。5.2 電壓同步信號檢測回路的設計在電動機無觸點開關的設計過程中，同步信號檢測是很重要的一個環(huán)節(jié)。為保證無觸點開關主回路中各個晶閘管的觸發(fā)脈沖與其陽極電壓保持嚴格的相位關系，將三相電源的模擬電路轉變?yōu)榉讲ㄐ盘栕鳛橛|發(fā)在相晶閘管的的同步信號。只有準確的測量出電壓的過零點，才能完成無觸點開關的功能。本系統(tǒng)采用了單相變壓器把一線電壓信號采樣反饋到單片機中進行控制和處理計算，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，由變壓器采集的同步電壓，經比較器輸出方波，以方波上升沿作為同步中斷輸入單片機，以達到確定定時起點和定相