電梯（有配重）計(jì)算機(jī)速度調(diào)節(jié)拖動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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電梯（有配重）計(jì)算機(jī)速度調(diào)節(jié)拖動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1）院 系 工學(xué)Ⅰ部專 業(yè) 自動(dòng)化班 級(jí) B641302學(xué) 號(hào) 200514185051姓 名 劉 揚(yáng)指導(dǎo)教師 趙文成負(fù)責(zé)教師 趙文成沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院20010 年 6 月沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 2 -摘要本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)控制交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電梯系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電梯自動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以單片機(jī)技術(shù)為核心并與其它電子技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)出一種較貼近實(shí)際的電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)?？梢詫?shí)現(xiàn)電梯的平滑起動(dòng)和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。采用轉(zhuǎn)子串電阻實(shí)現(xiàn)電梯的速度調(diào)節(jié)。也可實(shí)現(xiàn)越限、過(guò)載、過(guò)壓和過(guò)熱等故障報(bào)警，排除故障后解除警報(bào)，恢復(fù)電梯正常工作。最大限度減少硬件設(shè)備，將軟件功能最大化，增強(qiáng)了系統(tǒng)安全性、可靠性。關(guān)鍵詞：位能負(fù)載，平滑起動(dòng)，交流電動(dòng)機(jī)速度調(diào)節(jié)，故障報(bào)警。沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 3 -abstractThis design USES the single-chip microcomputer control ac motor drive system, and realization of elevator lift the automatic control system.The system takes microcontroller technology as the core and combining with other electronic technology, design a kind of relatively close to the actual motor drive system. To realize the smooth start-up and steady-state operation. Using the rotor resistance of realization of elevator's speed adjustment. Also can realize the limit, overload, over-voltage and overheating fault alarm etc, trouble-shooting, restore elevator lift alert after work. Minimize hardware, software function, strengthen the maximization of system safety and reliability .Key words: Can load, smooth start-up, ac motor speed adjustment, fault alarm.沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 4 -第一章 緒論 .51.1 選題背景 .51.2 我國(guó)電梯的發(fā)展 .51.3 課題任務(wù)分析 .6第二章 方案論證 102.1 電機(jī)的選擇與論證 102.2 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速模塊 102.2.1 降壓調(diào)速 102.2.2：轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)電阻調(diào)速 122.2.3：鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)變極對(duì)數(shù)調(diào)速 152.24：電磁調(diào)速 .152.2.5：串級(jí)調(diào)速 162.3 各模塊簡(jiǎn)要說(shuō)明及主要器件 182.3.1 A/D 轉(zhuǎn)換硬件分析 182.3.2 AT89S51 單片機(jī)介紹 212.3.3 單片機(jī)時(shí)鐘電路和復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 242.3.4 異步電動(dòng)機(jī) 25第三章 軟件設(shè)計(jì) 323.1 系統(tǒng)示意圖及流程圖 323.2 課題擴(kuò)展 33第四章 社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益 48第五章 結(jié)論 49第六章 致 謝 49參考文獻(xiàn) .50附錄 Ⅰ系統(tǒng)程序 52沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 5 -第一章緒論1.1 選題背景隨著現(xiàn)代高科技的發(fā)展，住房和辦公用樓都已經(jīng)逐漸向高層發(fā)展。電梯是高層賓館、商店、住宅、多層倉(cāng)庫(kù)等高層建筑不可缺少的垂直方向的交通運(yùn)輸工具。1889 年美國(guó)奧梯斯升降機(jī)公司推出的世界上第一部以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的升降機(jī)，同年在紐約市馬累特大廈安裝成功。隨著建筑物規(guī)模越來(lái)越大，樓層也越來(lái)越高，對(duì)電梯的調(diào)速精度、調(diào)速范圍等靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性都提出了更高的要求。由于傳統(tǒng)的電梯運(yùn)行邏輯控制系統(tǒng)采用的是繼電器邏輯控制線路。采用這種控制線路,存在易出故障、維護(hù)不便、運(yùn)行壽命較短、占用空間大等缺點(diǎn)。從技術(shù)發(fā)展來(lái)看,這種系統(tǒng)將逐漸被淘汰。目前，由可編程控制器（PLC）或微型計(jì)算機(jī)組成的電梯運(yùn)行邏輯控制系統(tǒng)，正以很快的速度發(fā)展著?？删幊炭刂破鳎俏C(jī)技術(shù)與繼電器常規(guī)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是在順序控制器和微機(jī)控制器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新型控制器，是一種以微處理器為核心用作數(shù)字控制的專用計(jì)算機(jī)，它有良好的抗干擾性能，適應(yīng)很多工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境，所以現(xiàn)在的電梯控制系統(tǒng)主要還是由可編程控制器控制。但是由于 PLC 的針對(duì)性較強(qiáng)，每一臺(tái) PLC 都是根據(jù)一個(gè)設(shè)備而設(shè)計(jì)的，所以價(jià)格較昂貴。而單片機(jī)價(jià)格相當(dāng)便宜，如果在抗干擾功能上有所提高的話完全可以代替 PLC 實(shí)現(xiàn)對(duì)工控設(shè)備的控制。當(dāng)然單片機(jī)并不象 PLC 那么有針對(duì)性，所以由單片機(jī)設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)可以隨著設(shè)備的更新而不斷修改完善，更完美的實(shí)現(xiàn)設(shè)備的升級(jí)。電梯控制系統(tǒng)是比較復(fù)雜的一個(gè)大型系統(tǒng)，在計(jì)算機(jī)誕生的幾十年里，繼電器控制系統(tǒng)為電梯控制的發(fā)展做了巨大的貢獻(xiàn)，但在性能上和 PLC 還是有本質(zhì)上的差距。在科技的不斷發(fā)展下，我想單片機(jī)控制系統(tǒng)很快可以解決抗擾性，成為方便有效的電梯控制系統(tǒng)。1.2 我國(guó)電梯的發(fā)展追溯電梯這種提升設(shè)備的歷史，早在公元前 1100 年左右的周朝我國(guó)就有利用人力作動(dòng)力的簡(jiǎn)單提升設(shè)備，直到現(xiàn)在我國(guó)北方部分農(nóng)村仍用于手搖轆轤沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 6 -提取井水的升降提水裝置，所以說(shuō)，我國(guó)是世界上最早出現(xiàn)這種提升設(shè)備—電梯雛形的國(guó)家之一。我國(guó)電梯事業(yè)起步較晚，但發(fā)展較快。1952-1954 年先后在上海、天津、沈陽(yáng)建立了三家電梯廠，并先后成立有關(guān)科研單位，獨(dú)立自主制造各類電梯產(chǎn)品，如交流貨梯、客梯，直流快速、高速客梯等。用我們自己生產(chǎn)的電梯產(chǎn)品裝備了人民大會(huì)堂、北京飯店等政府機(jī)關(guān)和國(guó)家賓館。60 年代開始批量生產(chǎn)自動(dòng)扶梯和自動(dòng)人行道，用我們自己生產(chǎn)的自動(dòng)扶梯裝備了北京地鐵站，用我們自己生產(chǎn)的自動(dòng)人行道裝備了北京首都機(jī)場(chǎng)。隨著我國(guó)對(duì)外開放、對(duì)內(nèi)搞活經(jīng)濟(jì)的政策深入貫徹執(zhí)行，吸取和引進(jìn)了國(guó)外先進(jìn)的電梯技術(shù)、先進(jìn)的電梯制造工藝與設(shè)備、先進(jìn)的科學(xué)管理，使我國(guó)電梯工業(yè)又取得巨大發(fā)展。產(chǎn)品連續(xù)多年連續(xù)增長(zhǎng)，產(chǎn)品質(zhì)量和整機(jī)性能明顯提高。為了進(jìn)一步推動(dòng)和發(fā)展電梯工業(yè)，在上海、北京、天津、廣州等地先后建立中外合資電梯制造公司，使電梯的制造和驅(qū)動(dòng)技術(shù)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，先后向市場(chǎng)推出了一批能耗小、效率高、速度快、平層和舒適感好的交流調(diào)速電梯、直流高速電梯（包括機(jī)群控制電梯） 。為了進(jìn)一步提高和控制產(chǎn)品質(zhì)量，近年頒布一批具有國(guó)際水平的電梯制造等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，使個(gè)制造廠家用新標(biāo)準(zhǔn)去更新、設(shè)計(jì)電梯產(chǎn)品，加強(qiáng)管理，促進(jìn)電梯工業(yè)新發(fā)展。1.3 課題任務(wù)分析圖 1.1 電梯示意圖吊廂配重拖拽電機(jī)計(jì)算機(jī)系 統(tǒng)A B CnCnKNfEUd????24.12硬件系統(tǒng)沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 7 -課題要求實(shí)現(xiàn)四級(jí)調(diào)速，以 穩(wěn)定速度提升吊廂，以速度 穩(wěn)速下放吊廂1n2n過(guò)載停車、越限停車?；驹O(shè)計(jì)思路：采用交流電動(dòng)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的四級(jí)調(diào)速（如圖1.2） ，用測(cè)速發(fā)電機(jī)（如圖 1.3）實(shí)現(xiàn)穩(wěn)速提升和下放，采集吊廂的質(zhì)量并進(jìn)行計(jì)算，實(shí)現(xiàn)過(guò)載停車，建立限位開關(guān)實(shí)現(xiàn)越限停車。圖 1.2 轉(zhuǎn)子串電阻電路圖~1?R2?R4?R1?3?1M3~沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 8 -交流測(cè)速發(fā)電機(jī)又可分為兩大類，一類為異步測(cè)速發(fā)電機(jī)，一類為同步測(cè)速發(fā)電機(jī) 因前者使用較廣泛。交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的一般用途及特點(diǎn):交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)完全相同．其轉(zhuǎn)子可以做成非磁杯形，也可以做成鼠籠形，鼠籠形轉(zhuǎn)子異步測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出斜率大，但特性差，誤差大，轉(zhuǎn)子慣量大，一般僅用于精度要求不高的系統(tǒng)中。非磁杯形轉(zhuǎn)子異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的精度要高得多，轉(zhuǎn)子慣量也?。悄壳皯?yīng)用最廣泛的一種交流測(cè)速發(fā)電機(jī)，交流測(cè)速發(fā)電機(jī)主要用于交流伺服系統(tǒng)和解算裝置中。選用時(shí)應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的頻率、電壓、工作轉(zhuǎn)速的范周和具體用途選擇交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的規(guī)格。用作解算元件時(shí)，應(yīng)著重考慮精度要高，輸出電壓穩(wěn)定性要好。用作一般轉(zhuǎn)速檢測(cè)或作阻尼元件時(shí)，應(yīng)著重考慮輸出斜率要大，而不宜既要精度高，又要輸出斜率大。與直流測(cè)速發(fā)電機(jī)相比，交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是，①不需電刷和換向器，構(gòu)造簡(jiǎn)單，維護(hù)容易，運(yùn)行可靠。②無(wú)滑動(dòng)接觸，輸出特性穩(wěn)定，精度高。③摩擦阻力矩小，慣量小 不④產(chǎn)生干擾無(wú)線電的火花 。⑤ 正、反轉(zhuǎn)輸出電壓對(duì)稱 其缺點(diǎn)是，存在相位誤差和剩余電壓，輸出斜率小，其輸出特性因負(fù)載的性質(zhì)不同而有所不同。交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)工作原理交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)與交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)相似，其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有籠型的，也有杯型的，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中多用空心杯轉(zhuǎn)子異步測(cè)速發(fā)電機(jī)?？招谋D(zhuǎn)子異步測(cè)速發(fā)電機(jī)定子上有兩個(gè)在空間上互差 90°電角度的繞組，一為勵(lì)磁繞組，另一為輸出繞組?？招谋D(zhuǎn)子異步測(cè)速發(fā)電機(jī)原理：當(dāng)定子勵(lì)磁繞組外接頻率為 f 的恒壓交流電源 u，勵(lì)磁繞組中有電流 i 流過(guò)，在直軸（即軸）上產(chǎn)生以頻率 f 脈振的磁通。在轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)，脈振磁通在空心杯轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出變壓器電勢(shì)（空心杯轉(zhuǎn)子可以看成有無(wú)數(shù)根導(dǎo)條的籠式轉(zhuǎn)子，相當(dāng)于變壓器短路時(shí)的二次繞組，而勵(lì)磁繞組相當(dāng)于變壓器的一次繞組），產(chǎn)生的磁場(chǎng)與勵(lì)磁電源同頻率的脈振磁場(chǎng)，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子切割直軸磁通，在杯型轉(zhuǎn)子中感應(yīng)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電勢(shì)，其大小沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 9 -正比于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，并以勵(lì)磁磁場(chǎng)的脈振頻率交變，又因空心杯轉(zhuǎn)子相當(dāng)于短路繞組，故旋轉(zhuǎn)電勢(shì)在杯型轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生交流短路電流，若忽視杯型轉(zhuǎn)子的漏抗的影響，那么此短路電流所產(chǎn)生的脈振磁通在空間位置上與輸出繞組的軸線一致，因此轉(zhuǎn)子脈振磁場(chǎng)與輸出繞組相交鏈而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。輸出繞組感應(yīng)產(chǎn)生的電勢(shì)實(shí)際就是交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出的空載電壓，其大小正比于轉(zhuǎn)速，其頻率為勵(lì)磁電源的頻率。交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與交流伺服電動(dòng)機(jī)完全一樣。其工作原理如圖1.3所示。圖 1.3 交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的工作原理氣隙脈振磁密： xtBtxdmd ??πcos),(?tEtCne rqdrq ??2cos沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 10 -旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)：第二章方案論證2.1 電機(jī)的選擇與論證電力拖動(dòng)系統(tǒng)是電梯的動(dòng)力來(lái)源，它驅(qū)動(dòng)電梯部件完成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。在電梯中主要有如下兩個(gè)運(yùn)動(dòng)：轎廂的升降運(yùn)動(dòng)，轎門及廳門的開關(guān)運(yùn)動(dòng)。轎廂的運(yùn)動(dòng)由曳引電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力，經(jīng)曳引傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行減速、改變運(yùn)動(dòng)形式（將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)改變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)）來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)，其功率在幾千瓦到幾十千瓦，是電梯的主驅(qū)動(dòng)方案一：采用直流電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑、方便，調(diào)整范圍廣，過(guò)載能力強(qiáng)，能承受頻繁的沖擊負(fù)載，可實(shí)現(xiàn)頻繁的無(wú)級(jí)快速起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。方案二：采用交流電動(dòng)機(jī)。其顯著特點(diǎn)是具有快速的起停能力，若夠負(fù)載不超過(guò)交流電動(dòng)機(jī)所能提供的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩值，就能夠立即使電機(jī)起動(dòng)后反轉(zhuǎn)，且轉(zhuǎn)換精度高、正反轉(zhuǎn)控制靈活。直流電動(dòng)機(jī)與交流電動(dòng)機(jī)都可以提供動(dòng)力，在大容量、高轉(zhuǎn)速、高電壓以及環(huán)境惡劣的場(chǎng)合，直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速達(dá)不到要求，本設(shè)計(jì)中轉(zhuǎn)換速度和起停要迅速，所以采用交流電動(dòng)機(jī)更為合適。2.2 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速模塊2.2.1 降壓調(diào)速根據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)降低電源電壓人為機(jī)械特性（如圖2.1，2.2），其同步轉(zhuǎn)速 不變， 不變，電磁恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，調(diào)速范圍很窄。1nmsnCKNfEUd?????24.212沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 11 -圖 2.1 圖 2.2若拖動(dòng)泵類，調(diào)速效果較好，但在低速運(yùn)行時(shí)電流過(guò)大和功率因數(shù)低。如果求拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載并且有較好的調(diào)速效果，則應(yīng)選擇高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)。采用速度閉環(huán)控制系統(tǒng)（如圖 2.3） ，提高調(diào)壓調(diào)速機(jī)械特性（如圖 2.4）的硬度。圖 2.3 速度閉環(huán)控制系統(tǒng)沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 12 -圖 2.4 速度閉環(huán)控制系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性降低后電動(dòng)機(jī)電流將大于額定值，電動(dòng)機(jī)如長(zhǎng)時(shí)連續(xù)運(yùn)行，最終溫升將超過(guò)允許值，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)壽命縮短，甚至燒壞。2.2.2：轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)電阻調(diào)速 根據(jù)轉(zhuǎn)子回路串電阻人為機(jī)械特性，拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，所串電阻越大，轉(zhuǎn)速越低。T∝ФmＩ2 cos?2當(dāng)電源電壓一定時(shí)，Фm 基本不變，轉(zhuǎn)子電流維持在額定值。在額定電壓時(shí)，磁通定值，調(diào)速時(shí) 定 值?????????????????21Ω22N22 XsREXsREI 1Ω2NsR??? 定 值????????????????? N22N221Ω212 cos//cos ??XsRs沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 13 -轉(zhuǎn)子損耗功率為：輸出功率為 ：調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)子電路的效率為:圖 2.5 轉(zhuǎn)速逐級(jí)提升的機(jī)械特性在空廂下放時(shí)也屬電動(dòng)狀態(tài)。此時(shí)不但有空廂重量產(chǎn)生的位能力矩，而且有摩擦力產(chǎn)生的阻力矩，而阻力矩又比位能力矩大 ， 將二者疊加即為電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。??????RIsPT223??1定 值??N2NcosICTJ????sPsPTT?????1Δ2?沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 14 -圖 2.6 反接制動(dòng)狀態(tài)下空廂提升與下放時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性圖 2.7 回饋制動(dòng)狀態(tài)提升和下放空廂時(shí)的機(jī)械特性與負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 15 -2.2.3：鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)變極對(duì)數(shù)調(diào)速根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速 與電機(jī)極對(duì)數(shù)成反比，改變定子繞組的極對(duì)1n數(shù)（如圖 2.8） ，就可以改變同步轉(zhuǎn)速 ，實(shí)現(xiàn)變極調(diào)速。圖 2.8 鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)2.24：電磁調(diào)速電磁轉(zhuǎn)差離合器（如圖 2.9）與異步電動(dòng)機(jī)裝成一體，稱為滑差電機(jī)或電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)。圖 2.9 電磁轉(zhuǎn)差離合器沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 16 -電磁離合器主要由電樞與磁極（如圖 2.10）兩個(gè)旋轉(zhuǎn)部分組成。電樞隨異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子同速旋轉(zhuǎn)。 圖 2.10 電樞與磁電磁轉(zhuǎn)差離合器理想空載的轉(zhuǎn)速為異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 n 而不是同步轉(zhuǎn)速 。1n改變 就可以調(diào)節(jié)負(fù)載的轉(zhuǎn)速。fI電磁轉(zhuǎn)差離合器控制方便，可實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，其機(jī)械特性（如圖 2.11）較軟轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性差，調(diào)速范圍小。低速時(shí)，效率較低。圖 2.11 電磁轉(zhuǎn)差離合器機(jī)械特性2.2.5：串級(jí)調(diào)速根據(jù)雙饋調(diào)速（如圖 2.12）要求加在轉(zhuǎn)子繞組的電壓頻率與轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)同頻率。把異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變?yōu)橹绷麟妱?dòng)勢(shì)，同時(shí)把轉(zhuǎn)子外加電壓也變?yōu)橹绷髁?，?shí)現(xiàn)串級(jí)調(diào)速。沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 17 -圖 2.12 異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速系統(tǒng)整流橋把異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差電動(dòng)勢(shì)、電流變成直流，逆變器的作用是給電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路提供直流電動(dòng)勢(shì)，同時(shí)給轉(zhuǎn)子電流提供通路并把轉(zhuǎn)差功率大部分送回交流電源。s異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)為： 22sEs?211ksd逆變器直流電動(dòng)勢(shì)為： ??cos2Uk?直流回路直流電流為： REIdd?IEdd???R 是直流回路等效電阻。因 R 較小，可忽略不計(jì)?？傻茫??? cos221UkskEd?當(dāng)整流器、逆變器都為三相橋式電路時(shí)， ，21k?得轉(zhuǎn)差率： ?cos2EUs?沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 18 -從上式可知，改變逆變角?的大小，就能改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率 s.這種調(diào)速方法合適于高壓、大容量繞線式異步電動(dòng)機(jī)、拖動(dòng)風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載等要求調(diào)速不高的場(chǎng)合。圖 2.13 串級(jí)調(diào)速功率流程圖電梯的電力拖動(dòng)系統(tǒng)對(duì)電梯的起動(dòng)加速、穩(wěn)速運(yùn)行、制動(dòng)減速起著控制作用。拖動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)直接影響電梯的起動(dòng)，制動(dòng)加減速度，平層精度，乘坐的舒適性等指標(biāo)。將以上五種方案進(jìn)行比較后，采用轉(zhuǎn)子串電阻速度調(diào)節(jié)方案。2.3 各模塊簡(jiǎn)要說(shuō)明及主要器件2.3.1 A/D 轉(zhuǎn)換硬件分析ADC0809 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 8 位 ADC，采用逐次逼近的方法完成 A/D 轉(zhuǎn)換。ADC0809 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 5.1.2-1 所示。ADC0809 由單一+5V 電源供電，片內(nèi)有帶鎖存功能的 8 路模擬多路開關(guān)，可對(duì) 8 路 0-5V 的輸入模擬電壓信號(hào)分時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，完成一次轉(zhuǎn)換約需 100μs；輸出具有 TTL 三態(tài)鎖存緩沖器，可直接接到單片機(jī)數(shù)據(jù)總線上。通過(guò)適當(dāng)?shù)耐饨与娐?，ADC0809 可對(duì) 0-5V 的雙極性模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 19 -ADC0809 是 28 腳雙列直插式封裝，引腳如圖 2.14 所示。各引腳功能如下：圖 2.14-1ADC0809 引腳圖IN7～I(xiàn)N0——模擬量輸入通道ALE——地址鎖存允許信號(hào)。對(duì)應(yīng) ALE 上跳沿，A、B、C 地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。START——轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。START 上升沿時(shí)，復(fù)位 ADC0809；START 下降沿時(shí)啟動(dòng)芯片，開始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換；在 A/D 轉(zhuǎn)換期間，START 應(yīng)保持低電平。本信號(hào)有時(shí)簡(jiǎn)寫為 ST.A、B、C——地址線。 通道端口選擇線，A 為低地址，C 為高地址，引腳圖中為 ADDA，ADDB 和 ADDC。CLK——時(shí)鐘信號(hào)。ADC0809 的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)由外界提供，因此有時(shí)鐘信號(hào)引腳。通常使用頻率為 500KHz 的時(shí)鐘信號(hào)EOC——轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。EOC=0,正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換；EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。使用中該狀態(tài)信號(hào)即可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可作為中斷請(qǐng)求信號(hào)使用。D7～D0——數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機(jī)的數(shù)據(jù)線直接相連。D0 為最低位，D7 為最高 OE——輸出允許信號(hào)。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。Vcc—— +5V 電源。 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 20 -Vref——參考電源參考電壓用來(lái)與輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。其典型值為+5V(Vref(+)=+5V, Vref(-)=-5V).ADC0809 的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖 2.15 所示：圖 2.15 ADC0809 內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖中多路開關(guān)可選通 8 個(gè)模擬通道，允許 8 路模擬量分時(shí)輸入，共用一個(gè)A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這是一種經(jīng)濟(jì)的多路數(shù)據(jù)采集方法。地址鎖存與譯碼電路完成對(duì) A、B、C 3 個(gè)地址位進(jìn)行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉(zhuǎn)換結(jié)果通過(guò)三態(tài)輸出鎖存器存放、輸出，因此可以直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連。沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 21 -圖 2.16 ADC0809 硬件接線2.3.2 AT89S51 單片機(jī)介紹AT89S51是具有8051內(nèi)核的，由美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的8位單片機(jī)。它采用低功耗的CMOS設(shè)計(jì)，具有良好的使用性能，并且與國(guó)際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS一51指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。AT89S51引腳結(jié)構(gòu)如圖2.17所示。各引腳功能說(shuō)明如下：沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 22 -圖 2.17 AT89S51 單片機(jī)引腳圖I/O端口：89S51共有四個(gè)I/O端口，為P0、P1、P2、P3，4個(gè)I/O口都是雙向的，且每個(gè)口都具有鎖存器。每個(gè)口有8條線，共計(jì)32個(gè)I/0口。各端口的功能敘述如下：1．P0口有三個(gè)功能：1)外部擴(kuò)充存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作數(shù)據(jù)總線(D0～D7)。2)外部擴(kuò)充存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作地址總線(A0～A7)。3)不擴(kuò)充時(shí)，可做一般I／O口使用，但內(nèi)部無(wú)上拉電阻，作為輸入輸出時(shí)應(yīng)在外部接上拉電阻。2．P1口：只做I／O口使用，其內(nèi)部有上拉電阻。3．P2口有兩個(gè)功能：1)外部擴(kuò)充存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作地址總線(A8～A15)使用。2)做一般I／O口使用，其內(nèi)部有上拉電阻。4．P3口有兩種功能：除了作為I／O口使用外，還有一些特殊功能，如表3．1所示，由特殊寄存器來(lái)設(shè)置。沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 23 -表 1 P3 口引腳的特殊功能端口引腳 特殊功能P3.0 RXD 串行輸入口P3.1 TXD 串行輸出口P3.2 ／INT0 外部中斷 0P3.3 ／INT1 外部中斷 1P3.4 T0 定時(shí)器 O 的外部輸入腳P3.5 T1 定時(shí)器 1 的外部輸入腳P3.6 ／WR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫入控制信號(hào)P3.7 ／RD 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀取控制信號(hào)5．VDD：電源，接+5V。VSS：接地。6．RST：此腳為高電平時(shí)(約兩個(gè)機(jī)器周期)，可將CPU復(fù)位。7．ALE／PROG地址鎖存使能信號(hào)端，有三種功能：1)89S51外接RAM／ROM：ALE接地址鎖存器，當(dāng)CPIJ對(duì)外部數(shù)據(jù)進(jìn)行存取時(shí)，用以鎖住地址的低位地址。2)89S51未外接RAM／ROM：在系統(tǒng)中未使用外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE腳也會(huì)有1／6石英晶體的振蕩頻率，可作為外部時(shí)鐘。3)在燒寫EPR．OM時(shí)：ALE作為燒寫時(shí)鐘的輸入端。8．PSEN：程序儲(chǔ)存使能端1)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀取：不動(dòng)作。2)外部程序存儲(chǔ)器讀取(ROM)：在每個(gè)機(jī)器周期會(huì)動(dòng)作兩次。3)外部程序存儲(chǔ)器讀取(RAM)：兩個(gè)／PSEN脈沖被跳過(guò)不會(huì)輸出。4)外接ROM時(shí)，與ROM的／OE腳連接。9．EA／VPP1)接高電平時(shí)：·CPU讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器(ROM)沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 24 -·外部擴(kuò)充ROM：當(dāng)讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器超過(guò)0FFFH時(shí)，自動(dòng)讀取外部ROM。2)接低電平時(shí)：CPU讀取外部程序存儲(chǔ)器(ROM)。10．XTALl，XTAL2：接石英晶體振蕩器。2.3.3 單片機(jī)時(shí)鐘電路和復(fù)位電路的設(shè)計(jì)1．單片機(jī)時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)是程序控制式計(jì)算機(jī)，它的運(yùn)行過(guò)程就是在控制器的控制下逐條執(zhí)行指令的過(guò)程，從程序存儲(chǔ)器中讀取指令送指令存儲(chǔ)器，然后指令譯碼器進(jìn)行譯碼，產(chǎn)生一系列符合定時(shí)要求的微操作信號(hào)，用以控制單片機(jī)各部分的工作。時(shí)鐘是產(chǎn)生定時(shí)動(dòng)作的基礎(chǔ)，時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，其質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時(shí)鐘電路有兩種方式：內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。這里，采用內(nèi)部方式產(chǎn)生時(shí)鐘。該方式利用片內(nèi)振蕩電路，在XTAL1和XTAL2引腳上外接石英晶體振蕩器做定時(shí)元件。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反向放大器，當(dāng)外接晶振后就能夠組成自激振蕩器，并產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。本設(shè)計(jì)采用11．0592MHz晶振頻率，電容C1，C2選擇30Pf，單片機(jī)時(shí)鐘電路如圖2.18所示。圖 2.18 單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘電路沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 25 -2．單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)通過(guò)某種方式，使單片機(jī)內(nèi)各寄存器的值變?yōu)槌跏紶顟B(tài)的操作稱為復(fù)位。復(fù)位的作用是單片機(jī)在工作中遇到問(wèn)題和故障時(shí)，可以使單片機(jī)從故障中跳出并重新工作。如果無(wú)復(fù)位電路，單片機(jī)工作的初始狀態(tài)就處于未知狀態(tài)，在程序執(zhí)行時(shí)就會(huì)造成邏輯混亂，從而導(dǎo)致硬件電路運(yùn)行錯(cuò)誤，所以單片機(jī)復(fù)位電路是必不可少的。它的主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了使系統(tǒng)初始化之外，當(dāng)程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫死鎖狀態(tài)，也需要按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。復(fù)位電路一般可以分為上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種。上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)對(duì)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而按鈕復(fù)位則是通過(guò)手動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位電路的作用是使單片機(jī)片內(nèi)電路初始化，使單片機(jī)從一種確定的狀態(tài)開始運(yùn)行。89S51單片機(jī)第9腳RST端為復(fù)位端。當(dāng)該引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。在復(fù)位電路中，電阻R選10K，電容C選47uF，如圖2.19所示。圖 2.19 單片機(jī)按鈕復(fù)位電路2.3.4 異步電動(dòng)機(jī)電動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)：電動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的特點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)的方向相同。電動(dòng)狀態(tài)下異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性如圖2.20所示。沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 26 -圖 2.20 電動(dòng)狀態(tài)下異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性制動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)：異步電動(dòng)機(jī)可工作于回饋制動(dòng)，反接制動(dòng)及能耗制動(dòng)三種制動(dòng)狀態(tài)。其共同特點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的方向相反，以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。此時(shí)，電動(dòng)機(jī)由軸上吸收機(jī)械能，并轉(zhuǎn)換為電能?；仞佒苿?dòng)狀態(tài) ：當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)由于某種原因（例如位能負(fù)載的作用 ），使其轉(zhuǎn)速高于同步速度 時(shí)，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)反向，轉(zhuǎn)子電流的有功分量也改變了方向，其無(wú)功分量的方向則不變。此時(shí)異步電動(dòng)機(jī)既回饋電能，又在軸上產(chǎn)生機(jī)械制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，即在制動(dòng)狀態(tài)下工作。位能負(fù)載帶動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)入回饋制動(dòng)狀態(tài)如圖2.21所示。異步電動(dòng)機(jī)回饋制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性如圖2.22所示。沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 27 -圖 2.21 位能負(fù)載帶動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)入回饋制動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)子電流的有功分量為： 轉(zhuǎn)子電流的無(wú)功分量為： ??0/0???ns當(dāng) 時(shí)0n?22'2' cos?IIa??????2''2''22222 /// XsREXsRXsREIa ?????????? 222sin?IIr?????????2'2' ''22222 /// XsREXsRXsREIa ??????????異步電動(dòng)機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率也為負(fù)22co??ICTmJ?也為負(fù)，與轉(zhuǎn)速方向相反 ?TP?2沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 28 -圖 2.22 異步電動(dòng)機(jī)回饋制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性如果異步機(jī)定子脫離電網(wǎng)，又希望它能發(fā)電，則必須在異步機(jī)定子三相之間接上連接成三角形或者星形的三組電容器。這時(shí)電容器組可供給異步電動(dòng)機(jī)發(fā)電所需要的無(wú)功功率，即供給建立磁場(chǎng)所需要的勵(lì)磁電流。電容器接成三角形時(shí)如圖2.23所示：圖 2.23 電容器接成三角形N160π23UfIC?? N103.II?沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 29 -電容器接成星形時(shí) ：反接制動(dòng)狀態(tài) ：轉(zhuǎn)速反向的反接制動(dòng) 圖 2.24 轉(zhuǎn)速反向的反接制動(dòng)時(shí)的異步電動(dòng)機(jī)特性N160π23UfIC???沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 30 -圖 2.25 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速反向反接制動(dòng)電路圖此時(shí)的轉(zhuǎn)差率： 轉(zhuǎn)子由定子輸入的電功率即為電磁功率： 為正轉(zhuǎn)子軸上機(jī)械功率 為負(fù)轉(zhuǎn)子電路的損耗 為兩者之和，因此能量損耗極大。定子兩相反接的反接制動(dòng)，如圖2.26所示 ：為了迅速停車或反向，可將定子兩相反接，工作點(diǎn)由A 轉(zhuǎn)移到B此時(shí)轉(zhuǎn)差率為 在兩相反接時(shí) ，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩為－T，與負(fù)載轉(zhuǎn)矩共同作用下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速很快下降，這相當(dāng)于圖中機(jī)械特性（如圖2.26）的 BC段。在轉(zhuǎn)速為零的C點(diǎn)，如不切斷電源，電動(dòng)機(jī)即反向加速，進(jìn)入反向的電動(dòng)狀態(tài)（對(duì)應(yīng)于特性CD段） ，加速到D點(diǎn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)將穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)的逆轉(zhuǎn)過(guò)程。1)(00?????nns sRIPfT??23?)1(2sPT??22PT??? 100????nnso