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礦山帶式輸送機(jī)變頻操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要第三次科技革命被稱之為電子革命。電子設(shè)備運(yùn)用到社會(huì)生活的各個(gè)方面。工廠、礦山等重工業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品在利用傳統(tǒng)的生產(chǎn)工具的基礎(chǔ)之上與現(xiàn)代電子生產(chǎn)設(shè)備相結(jié)合。變頻器是一種數(shù)字式變頻運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備及相關(guān)的散熱技術(shù)為一體的高新技術(shù)產(chǎn)品。用在鏈?zhǔn)竭\(yùn)轉(zhuǎn)器上能夠降低對(duì)輸送帶帶強(qiáng)的要求，減少先期投入，可延長(zhǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)器使用使用周期。變頻器具有明顯的節(jié)能效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，變頻器工作時(shí)，可根據(jù)電機(jī)的負(fù)荷變化，調(diào)整電機(jī)工作電源電壓和周期，達(dá)到所需轉(zhuǎn)矩。用變頻器對(duì)礦井下-845主運(yùn)傳輸帶運(yùn)輸機(jī)變頻器機(jī)繼電操作系統(tǒng)的改造闡述變頻器在產(chǎn)品性能、運(yùn)行周期的功率、及后期正常維護(hù)的優(yōu)越性，希望本文的研究對(duì)后期這方面的研究提供一定的可行性文獻(xiàn)。關(guān)鍵詞：帶式輸送機(jī)、變頻器、改造、干擾abstract: drive (mine flameproof and intrinsically safe ac inverter) rated voltage 660v ac 50hz, or 1140v asynchronous motor heavy-duty soft start, soft stop and running speed control, starting current, stable starting speed, start time is adjustable, small impact on power, reliable starting performance. is a digital frequency control devices and related cooling technology as one of the high-tech products. used in belt conveyor can reduce conveyor belt requirements, reduce upfront investment to extend the conveyor life. converter with energy-saving effect, economic operation, the inverter operates according to the motor load changes, adjust the motor supply voltage and frequency to achieve the required torque. explained the transformation of the mine -845 main transport belt conveyor ac motor relay control system with inverter inverter in product performance, the efficiency of the running cycle, and the superiority of the latter part of normal maintenance, and hoped that this paper late provide feasibility document.keywords: belt conveyor, the drive, the transformation of interference目 錄摘要1abstract11. 礦山帶式輸送機(jī)變頻操作技術(shù)及其應(yīng)用32. 礦山帶式輸送機(jī)變頻操作系統(tǒng)的主要特點(diǎn)及工作要求43.礦山帶式輸送機(jī)變頻操作運(yùn)轉(zhuǎn)方式63.1 v/f協(xié)調(diào)操作63.2變量操作73.3直接轉(zhuǎn)矩操作73.4靜止傳感器變量操作74. 礦山帶式輸送機(jī)變頻操作操作策略分析84.1 uf操作.84.1.1異步傳感器的工作原理及其等效電路84.1.2維持uf常數(shù)的簡(jiǎn)單開環(huán)操作104.2靜止傳感器變量操作124.2.1基本原理124.2.2靜止變電器變量操作總體方案134.2.3有速度變電器變量操作方案164.3建模與仿真174.3.1靜止變電器變量操作系統(tǒng)仿真175. 礦山帶式輸送機(jī)變頻操作功率平衡及設(shè)計(jì)方法185.1 常用計(jì)算比較185.2 等效范圍法195.3 操作規(guī)律 215.4 硬件結(jié)構(gòu)： 215.5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 225.6實(shí)驗(yàn)及結(jié)論 235.7計(jì)算的原理 245.8 計(jì)算的分析及其在dsp上的實(shí)現(xiàn) 255.9變頻系統(tǒng)的最終實(shí)現(xiàn) 276.礦山鏈?zhǔn)竭\(yùn)轉(zhuǎn)器變頻操作運(yùn)轉(zhuǎn)自動(dòng)操作系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)376.1總體說明376.2設(shè)計(jì)依據(jù)及設(shè)計(jì)原則376.2.1本電控系統(tǒng)設(shè)備符合下列標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定和要求：376.3系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)386.3.1主要技術(shù)參數(shù)386.3.2工作生態(tài)條件386.3.3貯運(yùn)氣候生態(tài)條件386.4電控設(shè)備總體技術(shù)方案386.4.1總體技術(shù)方案386.4.2操作系統(tǒng)396.4.3主要操作單元396.5系統(tǒng)特點(diǎn)396.6主要電控設(shè)備的主要特點(diǎn)406.7運(yùn)行效果及分析417結(jié)語42參考文獻(xiàn)42第一章 礦山帶式運(yùn)轉(zhuǎn)器變頻操作技術(shù)及其應(yīng)用利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一周期的電能操作設(shè)備稱為雙逆變電運(yùn)轉(zhuǎn)技術(shù)，是一種無附加轉(zhuǎn)差損耗的高效運(yùn)轉(zhuǎn)方式，將工頻變頻器壓變?yōu)楹愣娏鲏簞t通過整流橋，再由逆變器轉(zhuǎn)換為周期、電壓可調(diào)的變頻器壓作為變頻器機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源，讓傳感器在不可以工作情況下獲得所需電壓和電流，根據(jù)電機(jī)負(fù)載的變化實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、平滑的增速、減速來實(shí)現(xiàn)變頻器提高工作功率。結(jié)合了微機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)和電機(jī)傳動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用，將強(qiáng)弱電混合、機(jī)電一體的綜合性技術(shù)，在能源危機(jī)中從而卓越發(fā)展。鏈?zhǔn)竭\(yùn)轉(zhuǎn)器的最新發(fā)展方向時(shí)一呈現(xiàn)長(zhǎng)距離、大運(yùn)量、高速度、集中操作等特點(diǎn)。同其他運(yùn)輸設(shè)備(如機(jī)車類)比較，其特點(diǎn)不僅具有長(zhǎng)距離、大運(yùn)量、連續(xù)運(yùn)輸，并且運(yùn)行可靠，方便實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和集中操作，經(jīng)濟(jì)效益尤為顯著。作為煤礦最理想的高效連續(xù)運(yùn)輸設(shè)備鏈?zhǔn)竭\(yùn)轉(zhuǎn)器，尤其是大型礦井的煤礦高產(chǎn)高效現(xiàn)代化，在煤炭高效開采機(jī)電一體化技術(shù)與裝備中鏈?zhǔn)竭\(yùn)轉(zhuǎn)器己成為關(guān)鍵設(shè)備。理論研究和產(chǎn)品開發(fā)為煤礦現(xiàn)代化發(fā)展和需求提供了技術(shù)支持，如大傾角固定鏈?zhǔn)竭\(yùn)轉(zhuǎn)器、高產(chǎn)高效工作面順槽可伸縮鏈?zhǔn)竭\(yùn)轉(zhuǎn)器及長(zhǎng)運(yùn)距、大運(yùn)量鏈?zhǔn)竭\(yùn)轉(zhuǎn)器及其關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵零部件，利用動(dòng)態(tài)分析技術(shù)和中間驅(qū)動(dòng)與智能化操作等技術(shù)，成功的研發(fā)軟啟動(dòng)和制動(dòng)設(shè)備以及dra操作為核心的電控設(shè)備，同時(shí)井下大功率防爆變頻器也已經(jīng)進(jìn)入研發(fā)、試制階段。鏈?zhǔn)竭\(yùn)轉(zhuǎn)器各項(xiàng)技術(shù)的提高直接推動(dòng)了高產(chǎn)高效礦井的發(fā)展.本文在對(duì)常規(guī)上運(yùn)鏈?zhǔn)竭\(yùn)轉(zhuǎn)器驅(qū)動(dòng)及制動(dòng)方案的理論研究的基礎(chǔ)上，提出長(zhǎng)運(yùn)距、大運(yùn)量上運(yùn)鏈?zhǔn)竭\(yùn)轉(zhuǎn)器常見驅(qū)動(dòng)方式和制動(dòng)方法，通過系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)建模評(píng)價(jià)和仿真分析，結(jié)合了靜態(tài)設(shè)計(jì)結(jié)論和動(dòng)態(tài)分析結(jié)果，指出長(zhǎng)運(yùn)距、大運(yùn)量上運(yùn)鏈?zhǔn)竭\(yùn)轉(zhuǎn)器啟動(dòng)、運(yùn)行和制動(dòng)過程中出現(xiàn)的狀況，提出可行性操作理論和解決方案。在井下上運(yùn)鏈?zhǔn)竭\(yùn)轉(zhuǎn)器原理及應(yīng)用了解基礎(chǔ)上，在煤礦中目前最理想的運(yùn)輸工具鏈?zhǔn)竭\(yùn)轉(zhuǎn)器，其特點(diǎn)是距離、大運(yùn)量、連續(xù)運(yùn)輸、運(yùn)行可靠、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和集中操作，同其他機(jī)械設(shè)備毫無可比性，在今后總體設(shè)計(jì)、cad畫圖等方面做了充足的準(zhǔn)備。煤礦的經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)功率隨著我國經(jīng)濟(jì)迅速健康發(fā)展在提升，作業(yè)危險(xiǎn)降低，煤礦實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要目標(biāo)便是發(fā)展鏈?zhǔn)竭\(yùn)轉(zhuǎn)器。 第二章 礦山帶式輸送機(jī)變頻操作系統(tǒng)的主要特點(diǎn)及工作要求變頻運(yùn)轉(zhuǎn)是近年來興起的一門新技術(shù)，它是通過改變電源周期來實(shí)現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)，因其具有運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、瞬態(tài)穩(wěn)定性高、節(jié)能等特性越來越被人們所重視。隨著變頻運(yùn)轉(zhuǎn)技術(shù)的不斷成熟，變頻運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備在傳輸帶運(yùn)輸設(shè)備上的應(yīng)用也越來越廣泛。傳輸帶運(yùn)輸變頻運(yùn)轉(zhuǎn)操作設(shè)備具有以下特點(diǎn)：1）真正實(shí)現(xiàn)了鏈?zhǔn)竭\(yùn)轉(zhuǎn)器系統(tǒng)的軟起動(dòng)。運(yùn)用變頻器的軟起動(dòng)功能，將電機(jī)的軟起動(dòng)和傳輸帶機(jī)的軟起動(dòng)合二為一，通過電機(jī)的慢速起動(dòng)，帶動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)器緩慢起動(dòng)，將傳輸帶內(nèi)部貯存的能量緩慢釋放，使運(yùn)轉(zhuǎn)器在起動(dòng)過程中形成的張力波極小，幾乎對(duì)傳輸帶不造成損害。2） 實(shí)現(xiàn)鏈?zhǔn)竭\(yùn)轉(zhuǎn)器多電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)的功率平衡。應(yīng)用變頻器對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，一般采用一拖一操作。當(dāng)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，采用主從操作，實(shí)現(xiàn)功率平衡。傳輸帶運(yùn)轉(zhuǎn)器綜合保護(hù)系統(tǒng)能夠很好的與變頻器實(shí)現(xiàn)接口操作，通過功率平衡調(diào)節(jié)軟件能夠使一條傳輸帶運(yùn)轉(zhuǎn)器上的多臺(tái)變頻器的外傳功率保持一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，使傳輸帶運(yùn)轉(zhuǎn)器的運(yùn)行功率得到提高，而且能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)傳輸帶運(yùn)行過程中的機(jī)械磨損問題。3）降低傳輸帶強(qiáng)要求。采用變頻器驅(qū)動(dòng)之后，由于變頻器的起動(dòng)時(shí)間在1s3600s可調(diào)，通常運(yùn)轉(zhuǎn)器起動(dòng)時(shí)間在60s200s內(nèi)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定，運(yùn)轉(zhuǎn)器的起動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)，大大降低對(duì)傳輸帶帶強(qiáng)的要求，降低設(shè)備初期投資。4） 降低設(shè)備的維護(hù)量。變頻器是一種電子器件的集成，它將機(jī)械的使用周期轉(zhuǎn)化為電子的使用周期，使用周期很長(zhǎng)，大大降低設(shè)備維護(hù)量。同時(shí)，利用變頻器的軟起動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)鏈?zhǔn)竭\(yùn)轉(zhuǎn)器的軟起動(dòng)，起動(dòng)過程中對(duì)機(jī)械基本無沖擊，也大大減少了傳輸帶運(yùn)轉(zhuǎn)器系統(tǒng)機(jī)械部份的檢修量。5） 啟動(dòng)平滑，轉(zhuǎn)矩大，沒有沖擊電流，可實(shí)現(xiàn)重載啟動(dòng)。6）節(jié)能。在鏈?zhǔn)竭\(yùn)轉(zhuǎn)器上采用變頻驅(qū)動(dòng)后的節(jié)能效果主要體現(xiàn)在系統(tǒng)功率因數(shù)和系統(tǒng)功率兩個(gè)方面。（1）提高系統(tǒng)功率因數(shù)通常情況下，煤礦用電機(jī)在設(shè)計(jì)過程中放的裕量比較大，工作時(shí)絕大部分不能滿載運(yùn)行，電機(jī)工作于滿電壓、滿速度而負(fù)載經(jīng)常很小，也有部分時(shí)間空載運(yùn)行。由電機(jī)設(shè)計(jì)和運(yùn)行特性知道，電機(jī)只有在接近滿載時(shí)才是功率最高、功率因數(shù)最佳，輕載時(shí)降低，造成不必要的電能損失。這是因?yàn)楫?dāng)輕載時(shí)，定子電流有功分量很小，主要是磁場(chǎng)的無功分量，因此功率因數(shù)很低。采用雙逆變電驅(qū)動(dòng)后，在整個(gè)過程中功率因數(shù)達(dá)0.9以上，大大節(jié)省了無功功率。（2）提高系統(tǒng)功率采用雙逆變電驅(qū)動(dòng)之后，電機(jī)與減速器之間是直接硬聯(lián)接，中間減少了液力耦合器這個(gè)環(huán)節(jié)。而液力耦合器本身的傳遞功率是不高的，且主要是通過液體來傳動(dòng)，液體的傳動(dòng)功率比直接硬聯(lián)接的傳動(dòng)功率要低許多，因而采用雙逆變電驅(qū)動(dòng)后，系統(tǒng)總的傳遞功率要比液力耦合器驅(qū)動(dòng)的功率要高5%10%。另外，礦井通常離變電站距離較遠(yuǎn)，不同時(shí)段電壓波動(dòng)較大，利用雙逆變電的自動(dòng)穩(wěn)壓功能，也有部份節(jié)能作用.綜上所述，采用鏈?zhǔn)捷斔妥冾l運(yùn)轉(zhuǎn)操作技術(shù)來改造傳統(tǒng)的鏈?zhǔn)竭\(yùn)轉(zhuǎn)器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，不僅在技術(shù)的先進(jìn)性還是帶來的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益方面都是巨大的，隨著變頻運(yùn)轉(zhuǎn)技術(shù)的不斷成熟，在鏈?zhǔn)竭\(yùn)轉(zhuǎn)器的驅(qū)動(dòng)上雙逆變電將占主導(dǎo)地位。紅陽三礦井下-845主運(yùn)鏈?zhǔn)竭\(yùn)轉(zhuǎn)器是礦井理想的高效連續(xù)運(yùn)輸設(shè)備,對(duì)礦井生產(chǎn)起決定性作用。工藝要求:1）實(shí)現(xiàn)快速的起制動(dòng)。2）平滑的無級(jí)運(yùn)轉(zhuǎn)特性。3）電力拖動(dòng)操作系統(tǒng)在最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)自動(dòng)調(diào)節(jié)速度,并要求在不同轉(zhuǎn)速下工作時(shí),速度穩(wěn)定。4）系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運(yùn)行時(shí),能克服負(fù)載的擾動(dòng)、電源電壓波動(dòng)等因素對(duì)系統(tǒng)的影響。在20世紀(jì)90年代,由于變頻器操作技術(shù)及市場(chǎng)產(chǎn)品還沒有得到推廣應(yīng)用,因此選用了高壓直起對(duì)-845主運(yùn)鏈?zhǔn)竭\(yùn)轉(zhuǎn)器進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)操作。但在多年的運(yùn)行中,高壓直起操作系統(tǒng)存在動(dòng)態(tài)特性差,故障率高,維護(hù)困難等缺點(diǎn),主要表現(xiàn)在以下方面:（1）操作系統(tǒng)集成化程度低、分立元器件多,體積大,元器件易受生態(tài)溫度、粉塵、振動(dòng)等因素的影響,操作精度低。（2）操作單元插件板常出現(xiàn)接觸不良故障。（3）系統(tǒng)操作回路為繼電操作回路,故障率高。（4）高壓真空電磁起動(dòng)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜,維修成本高、維護(hù)故障量大。（5）系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性差。因此，為了解決以上問題,提出了-845主運(yùn)鏈?zhǔn)竭\(yùn)轉(zhuǎn)器采用變頻器操作的改造要求。第三章 礦山帶式輸送機(jī)變頻操作運(yùn)轉(zhuǎn)方式第一節(jié) v/f協(xié)調(diào)操作 雙逆電源器的感應(yīng)電勢(shì)e=4.44nf（n為繞組有效匝數(shù)）。忽略定子繞組的阻抗，定子電壓ue=4.44nf。當(dāng)改變周期f運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如電壓u不變，則會(huì)影響磁通。例如，當(dāng)變頻器供電周期降低時(shí)，若保持變頻器的端電壓不變，那末變頻器中的匝數(shù)將增大。由于變頻器設(shè)計(jì)時(shí)的磁通選為接近飽和值，匝數(shù)的增大將導(dǎo)致變頻器鐵心飽和。鐵心飽和后將造成變頻器中流過很大的磁場(chǎng)電流，增加銅耗和鐵耗。而當(dāng)供電周期增加，變頻器將出現(xiàn)欠磁場(chǎng)。因?yàn)閠=cmi2cos2（cm為變頻器結(jié)構(gòu)決定的轉(zhuǎn)矩系數(shù)，i2為轉(zhuǎn)子電流折算值，cos2為轉(zhuǎn)子功率因數(shù)），磁通的減小將會(huì)引起變頻器外傳轉(zhuǎn)矩的下降。因此，在改變變頻器的周期時(shí)，應(yīng)對(duì)變頻器的電壓或電勢(shì)同時(shí)進(jìn)行操作，即變壓變頻（vvvf）。 v/f協(xié)調(diào)操作可近似保持穩(wěn)態(tài)磁通恒定，方法簡(jiǎn)單，可進(jìn)行變頻器的開環(huán)速度操作。主要問題是低速性能較差。因?yàn)榈退贂r(shí)，異步傳感器定子電阻壓降所占比重增加，已不能忽略，不能認(rèn)為ue，這時(shí)v/f協(xié)調(diào)操作已不能保持恒定。 由于v/f協(xié)調(diào)操作是依據(jù)穩(wěn)態(tài)關(guān)系得出，因而動(dòng)態(tài)性能較差。如欲改善v/f協(xié)調(diào)操作的性能，需對(duì)磁通進(jìn)行閉環(huán)操作。第二節(jié) 變量操作 根據(jù)t=cmia，磁場(chǎng)和電樞繞組在空間位置上互差90各自獨(dú)立性，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能是導(dǎo)致恒定傳感器的優(yōu)良啟動(dòng)性和運(yùn)轉(zhuǎn)性能恒定傳感器的作用，而恒定傳感器的性能與其磁場(chǎng)方式緊密相聯(lián)，當(dāng)磁場(chǎng)與電樞繞組在沒有電情況下，那么另外恒定電流源供給磁場(chǎng)繞組，所以，電樞端電壓或電樞電流對(duì)磁場(chǎng)電流不造成影響。由于恒定傳感器存在電磁轉(zhuǎn)矩，因此改變轉(zhuǎn)矩只要操作點(diǎn)數(shù)電流或電樞電壓。由氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩是異步傳感器,轉(zhuǎn)子繞組不需與其他電源相連是它主要特點(diǎn)，其定子電流直接取自變頻器力系統(tǒng)。以一種變頻器機(jī)，它負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速與所接電網(wǎng)的周期之比不存在恒定關(guān)系，因此電磁轉(zhuǎn)矩與定子電流并不成比例。依照恒定傳感器的操作原理是變量操作的思路，將變頻器機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)方程式進(jìn)行坐標(biāo)變換，包括三相至二相的變換（3/2）和靜止坐標(biāo)與旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的變換，將定子電流從而分解成磁場(chǎng)分量和轉(zhuǎn)矩分量（解耦），則可以根據(jù)可測(cè)定的傳感器定子電壓、電流的實(shí)際值通過評(píng)價(jià)得出，然后閉環(huán)操作分別和設(shè)定值一起構(gòu)成，通過調(diào)節(jié)器的作用，再經(jīng)過坐標(biāo)反變換，變成定子電壓的設(shè)定值，做到了逆變器的pwm操作。所以變量操作和恒定傳感器同樣有著優(yōu)異操作性能。第三節(jié) 直接轉(zhuǎn)矩操作 分別操作異步傳感器的轉(zhuǎn)矩和磁鏈也是直接轉(zhuǎn)矩操作，只是它選擇定子磁鏈作為被操作的對(duì)象，并不像變量操作系統(tǒng)那樣選擇了轉(zhuǎn)子磁鏈，因此可以直接在定子坐標(biāo)上評(píng)價(jià)與操作交流傳感器的轉(zhuǎn)矩。即通過實(shí)時(shí)檢測(cè)磁通幅值和轉(zhuǎn)矩值，分別與給定值比較，通過磁通和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器直接外傳，pwm逆變器的空間電壓變量同時(shí)形成，對(duì)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的直接閉環(huán)操作實(shí)現(xiàn)了。電壓操作和周期操作它不可以分開，也不追求單相電壓的正弦，而是把逆變器和電機(jī)視為一體，前提是以三相波形總體生成，使磁通、轉(zhuǎn)矩跟蹤給定值，磁鏈逼近圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 坐標(biāo)變換直接轉(zhuǎn)矩操作不可以，轉(zhuǎn)子參數(shù)變化對(duì)其也沒影響，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的操作器，卻依舊有良好的靜、動(dòng)態(tài)性能。第四節(jié) 靜止傳感器變量操作 1) 轉(zhuǎn)子磁通的變換必須根據(jù)定向的坐標(biāo)進(jìn)行；2) 由傳感器電壓模型(即電壓指令給定)保證磁場(chǎng)方向和轉(zhuǎn)矩的設(shè)定值外傳；3) 轉(zhuǎn)速閉環(huán)、磁通開環(huán)、間接磁場(chǎng)定向的系統(tǒng)設(shè)置操作簡(jiǎn)單，易于完成；4) 在轉(zhuǎn)速環(huán)中，傳感器電壓的靜態(tài)模型與電流的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)分離，可以減低傳感器參數(shù)變化對(duì)電流動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的影響，提高系統(tǒng)的魯棒性；5)通過對(duì)電流進(jìn)行pi調(diào)節(jié)來補(bǔ)償電壓外傳，在低頻段切入電流環(huán)，來降低動(dòng)態(tài)過程中負(fù)載和傳感器參數(shù)對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響，增加響應(yīng)的快速性：6) 傳感器轉(zhuǎn)速推算基于對(duì)轉(zhuǎn)子磁通在兩相靜止坐標(biāo)系下相位的觀測(cè)。 整個(gè)操作過程比較容易，具體的操作效果取決于傳感器參數(shù)設(shè)置的精確性，以及對(duì)傳感器參數(shù)的溫度補(bǔ)償設(shè)計(jì)，同時(shí)由于磁通的開環(huán)，系統(tǒng)操作有其局限性。大體上，該方案簡(jiǎn)單且易于操作，具體的精度設(shè)置提高改進(jìn)，整體方案的性能也會(huì)進(jìn)一步得到提升，以下為具體的推論：只有滿足變換前后功率守恒，坐標(biāo)方可變換。在電壓和電流選取系統(tǒng)變換陣的條件下，功率守恒的坐標(biāo)變換屬于正交變換，也可證明。先在規(guī)定好3s2s坐標(biāo)中變換標(biāo)記好可以兩組坐標(biāo)的相對(duì)位置，通常規(guī)定口軸與a軸重合同向，如圖45所示。設(shè)三相系統(tǒng)每相繞組的有效匝數(shù)為m，二相系統(tǒng)每相繞組的有效匝數(shù)為，有效匝數(shù)及其瞬時(shí)電流的乘積極為各相所求磁動(dòng)勢(shì)，其空間變量則位于相對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)軸上。第四章 礦山帶式輸送機(jī)變頻操作策略分析高壓變頻有兩種主要方法可進(jìn)行操作：一，標(biāo)量操技術(shù)是基于交流傳感器穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型中建立的；二，交流傳感器動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型可以建立使用變量操作技術(shù)。在操作標(biāo)量時(shí)，則采用傳感器的壓頻比來對(duì)其操作，在風(fēng)機(jī)水泵等負(fù)載選擇的高壓變頻運(yùn)轉(zhuǎn)此技術(shù)也經(jīng)常得到應(yīng)用。高壓變頻產(chǎn)品指標(biāo)系數(shù)要求較高時(shí)，則采用變量操作方案：其變量操作技術(shù)在耦操作的靜止傳感器有一定了解方可采用。第1節(jié) uf操作 第一小節(jié) 異步變電器的工作原理及其等效電路旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生，是當(dāng)三相異步傳感器定子的三相電流通入三相對(duì)稱繞組內(nèi)獲得平衡輸出時(shí)，便有恒定的三相合成磁動(dòng)勢(shì)的幅值，磁動(dòng)勢(shì)幅值是每相脈變的32倍，以此看來旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)則是圓形的，當(dāng)傳感器定子電流達(dá)到最大值時(shí)與合成磁動(dòng)勢(shì)的方向其繞組軸線相互重合，就可以判斷電流相位順序與磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向有關(guān)，如果隨意調(diào)整將兩相電源線那么相對(duì)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)向都會(huì)改變。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速即為傳感器的同步轉(zhuǎn)速)(rmin） （4.1）式中，可見到傳感器的極對(duì)數(shù)；z為定子電流周期(hz)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在定子相繞組中的有效值為 （4.2）式中，lk。為定子相繞組等效匝數(shù)；q。為每極氣隙磁通量(wb)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中轉(zhuǎn)子相繞組，轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí) （4.3）當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子相繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) （4.4）式中，正為轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的周期(hz)： s為轉(zhuǎn)差率； （4.5）式中n為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速(rmin)。將轉(zhuǎn)子側(cè)折算到定子側(cè)后可以得到異步傳感器每相的等效電路，異步傳感器的電磁轉(zhuǎn)矩 (4.6)式中，五口為定子相繞組漏抗(q):u為電子相電壓(v)；將定子每相電阻和轉(zhuǎn)子折合到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相電阻(q)。一般運(yùn)行過程中交流傳感器轉(zhuǎn)差率s較小，此時(shí)可以忽略式(46)分母中所有含有s的項(xiàng)，則該式可以簡(jiǎn)化為 （4.7） 在額定電壓和基頻產(chǎn)生聯(lián)系時(shí)，圖42所示即表示了傳感器機(jī)械特性曲線。式(47)是該圖曲線中右側(cè)的直線段的數(shù)學(xué)描述，傳感器正常工作時(shí)，如果不在對(duì)應(yīng)的區(qū)域內(nèi)，傳感器則容易進(jìn)入不穩(wěn)定的工作狀態(tài)。第二小節(jié) 維持uf：常數(shù)的簡(jiǎn)單開環(huán)操作無論是恒定傳感器還是交流傳感器以及交流傳感器的標(biāo)量和變量操作技術(shù)中，傳感器的磁場(chǎng)操作都是必須考慮的因素，一般情況下，在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中保持傳感器的每極氣隙磁通量。通過設(shè)定具體的額定值，從而保證傳感器鐵心的充分利用。 由式(42)可知，如要保持兩極系數(shù)不變，則在調(diào)節(jié)傳感器定子電源周期z的同時(shí)，必須保持uz=常數(shù)。異步傳感器定子電路的電壓平衡方程為 (4.8)式中，輸入對(duì)應(yīng)的定子阻抗，在周期較高時(shí)，可以忽略定子阻抗上的數(shù)值變化影響，因而近似有 （4.9）由式(49)可知，為不使傳感器的磁通過小或飽和，在改變周期的同時(shí)，必須對(duì)端電壓進(jìn)行操作。對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，若保持u1 =常數(shù)，則可同時(shí)保證氣隙磁通、外部轉(zhuǎn)矩和過載能力都不變。但是在周期較低時(shí)，由于傳感器的反電動(dòng)勢(shì)巨較小，式(48)中的電阻的影響不可忽略，此時(shí)可以把傳感器的端電壓u適當(dāng)提高，以補(bǔ)償定子電阻數(shù)值變化的影響，這種方式成為轉(zhuǎn)矩提升。采用u廠操作時(shí)，傳感器的特性如圖43所示。將式(41)、式(45)代入式(47)，并化簡(jiǎn)可以得到 （4.10）當(dāng)采用u1方式操作拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，傳感器帶載后的轉(zhuǎn)速降落，基本上不會(huì)隨著在不同輸入周期點(diǎn)上而發(fā)生改變，所以u(píng)1操作方式的傳感器外傳機(jī)械特性具體呈現(xiàn)是在圖42相平行的曲線。 傳感器拖動(dòng)的類別和用途不同，對(duì)于風(fēng)機(jī)和泵類的負(fù)載，其負(fù)載轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)速的降低大多是以二次方的關(guān)系下降，對(duì)這類負(fù)載，在運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)，從系統(tǒng)的功率最高的角度將，其在低周期時(shí)可以采用弱磁操作方式，此時(shí)設(shè)定的u廠不再是一個(gè)常數(shù)，根據(jù)實(shí)際可以的產(chǎn)生設(shè)計(jì)出相對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品。 一般標(biāo)量操作的高壓變頻器設(shè)備均設(shè)有自備幾套壓頻曲線供用戶選擇，有些還可以由用戶自行設(shè)計(jì)壓頻曲線。高壓變頻器在實(shí)際操作過程中考慮到可能帶來的問題和危險(xiǎn)需要由專業(yè)人員在一旁進(jìn)行指導(dǎo)。第二節(jié) 靜止變電器變量操作經(jīng)過多年的開發(fā)研究，在低壓變頻器領(lǐng)域中，變量操作的技術(shù)的成熟應(yīng)用已經(jīng)極為廣泛。在目前的高壓變頻器應(yīng)用中，大多數(shù)都還在采用標(biāo)量操作的方法，那么在此基礎(chǔ)上不斷的研發(fā)進(jìn)步，并通過市場(chǎng)和產(chǎn)品的統(tǒng)一規(guī)劃來看，對(duì)變量操作的應(yīng)用已經(jīng)逐步接近于目前較為成熟的恒定傳感器，但由于三相異步傳感器其原理是一個(gè)多變量、強(qiáng)耦合的復(fù)雜系統(tǒng)，相對(duì)較難操作。而變量操作則在這一基礎(chǔ)上解決了難題，其原理是通過一系列坐標(biāo)變換將異步傳感器的數(shù)學(xué)模型從三相靜止坐標(biāo)系下變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，與通過分別操作傳感器的磁通和轉(zhuǎn)矩外傳來實(shí)現(xiàn)交流異步傳感器的高性能操作的恒定傳感器原理相類似。其坐標(biāo)的變換還是依附于動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的變換，而坐標(biāo)變換則基于磁通等效原理。事實(shí)上，三相靜止繞組與三相變頻器相通，兩相靜止繞組與正交變頻器相通的方式其實(shí)都能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，以此看來，兩相旋轉(zhuǎn)的繞組中與恒定電流相通必然也能產(chǎn)生磁場(chǎng)。那么在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中傳感器電流電壓都變?yōu)楹愣娏鲿r(shí)，傳感器模型就簡(jiǎn)單化了。在國內(nèi)外變頻器變量操作方案中，多采用定向于轉(zhuǎn)子磁鏈并隨之同速旋轉(zhuǎn)的mt坐標(biāo)系。在這個(gè)坐標(biāo)系中，規(guī)定傳感器的d軸沿轉(zhuǎn)子總磁鏈變量甲，方向，稱之為m軸(磁通軸)；傳感器的q軸則逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90。垂直于甲，稱之為t軸(轉(zhuǎn)矩軸)。通過推算可以得到mt坐標(biāo)系下三相異步傳感器的數(shù)學(xué)模型如下： (4.11)考慮籠型異步傳感器轉(zhuǎn)子短路，故有 um2=ut2=0 (4.12)由于轉(zhuǎn)子總磁鏈變量甲：本身以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，并與m軸重合，顯然有展開式（4.11）的第三項(xiàng)，得第二小節(jié) 靜止傳感器變量操作總體方案4221方案框圖說明圖44所示為靜止傳感器變量操作的總體框圖。1) 轉(zhuǎn)子磁通的變換必須根據(jù)定向的坐標(biāo)進(jìn)行；2) 由傳感器電壓模型(即電壓指令給定)保證磁場(chǎng)方向和轉(zhuǎn)矩的設(shè)定值外傳；3) 轉(zhuǎn)速閉環(huán)、磁通開環(huán)、間接磁場(chǎng)定向的系統(tǒng)設(shè)置操作簡(jiǎn)單，易于完成；4) 通過對(duì)在轉(zhuǎn)速環(huán)中，傳感器電壓的靜態(tài)模型與電流的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)分離，可以減低傳感器參數(shù)變化對(duì)電流動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的影響，提高系統(tǒng)的操作性；5)通過對(duì)電流進(jìn)行pi調(diào)節(jié)來補(bǔ)償電壓外傳，在低頻段切入電流環(huán)，來降低動(dòng)態(tài)過程中負(fù)載和傳感器參數(shù)對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響，增加響應(yīng)的快速性：6) 傳感器轉(zhuǎn)速推算基于對(duì)轉(zhuǎn)子磁通在兩相靜止時(shí)相關(guān)坐標(biāo)系數(shù)下相位的觀測(cè)。在整個(gè)操作過程中比較容易，具體的操作效果取決于傳感器參數(shù)設(shè)置的精確性來決定，以及對(duì)傳感器參數(shù)的溫度補(bǔ)償設(shè)計(jì)，同時(shí)由于磁通的開環(huán)，系統(tǒng)操作有其局限性，大體上，該方案簡(jiǎn)單且易于操作，具體的精度設(shè)置可以提高改進(jìn)，整體方案的性能也會(huì)進(jìn)一步得到提升，以下為具體的推論：只有滿足變換前后功率守恒，坐標(biāo)方可變換。在電壓和電流選取系統(tǒng)變換陣的條件下，功率守恒的坐標(biāo)變換屬于正交變換，也可證明。先在規(guī)定好3s2s坐標(biāo)中變換標(biāo)記好可以兩組坐標(biāo)的相對(duì)位置，通常規(guī)定口軸與a軸重合同向，如圖45所示。設(shè)三相系統(tǒng)每相繞組的有效匝數(shù)為m，二相系統(tǒng)每相繞組的有效匝數(shù)為，有效匝數(shù)及其瞬時(shí)電流的乘積極為各相所求磁動(dòng)勢(shì)，其空間變量則位于相對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)軸上。設(shè)磁動(dòng)勢(shì)波形是正弦分布的，當(dāng)三相總磁動(dòng)勢(shì)與兩相總磁動(dòng)勢(shì)相等時(shí)，兩套繞組瞬時(shí)磁動(dòng)勢(shì)在與之對(duì)應(yīng)的軸上的投影應(yīng)相等，即為了尋求正交變換陣，在兩相系統(tǒng)中，通過外部加入的方式，單獨(dú)加入一相零軸磁動(dòng)勢(shì)，并定義為將上面三式合并為矩陣形式，得式中，c3，：即為三相坐標(biāo)系變換到兩相坐標(biāo)系的變換陣，滿足功率守恒條件，應(yīng)為正交矩陣，所以有第三小節(jié) 有速度傳感器變量操作方案圖47所示為有速度傳感器變量操作框圖。通過比較不難發(fā)現(xiàn)，該操作方案中磁通是閉環(huán)的，此外反饋電流l、經(jīng)3s2r變換成l。后與i。比較，經(jīng)pi調(diào)節(jié)后，直接外傳定子電壓的磁通分量和轉(zhuǎn)矩分量的補(bǔ)償對(duì)應(yīng)值，代替了原電壓給定模型的第一項(xiàng)，電壓給定方程的第二項(xiàng)保留，事實(shí)上，在很多應(yīng)用實(shí)例中，電壓給定方程的第二項(xiàng)不保留也是可行的。其余部分基本與前面介紹的靜止傳感器變量操作方案相同。第三節(jié) 建模與仿真 圖47有速度傳感器變量操作框圖下面將對(duì)靜止傳感器變量操作系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究。第一小節(jié) 靜止變電器變量操作系統(tǒng)仿真1.靜止變電器變量操作系統(tǒng)建模靜止變電器變量操作系統(tǒng)仿真如圖48所示。主電路由恒定電流源()、逆變橋(igbt invener)、感應(yīng)傳感器(induction motor)和傳感器測(cè)量環(huán)節(jié)(demux)組成。操作電路由以下幾個(gè)系統(tǒng)組成：(1)speedcontroller系統(tǒng)， 速度操作器采用pi調(diào)節(jié)器，外傳定子電流的轉(zhuǎn)矩分量c。(2)calculation系統(tǒng)根據(jù)給定的轉(zhuǎn)子磁通評(píng)價(jià)出定子電流的磁場(chǎng)分量給定值，。(3) pwm generator系統(tǒng) 根據(jù)定子電流的磁場(chǎng)分量值0，定子電流的轉(zhuǎn)矩分量為c，及同步轉(zhuǎn)速給定信號(hào)，按照旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)dq軸系統(tǒng)下的傳感器電壓模型，評(píng)價(jià)定子電壓分量和轉(zhuǎn)子分量補(bǔ)償值。(4)mt-abc系統(tǒng) 將定子電壓從mt坐標(biāo)系到abc坐標(biāo)系的變換，得到傳感器定子的三相繞組電壓的給定值。(5) calculation系統(tǒng) 評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)差角速度q。(6)pwm generator系統(tǒng) 產(chǎn)生三相逆變器的6路操作脈沖。(7)speedidentijfication系統(tǒng) 速度辨識(shí)環(huán)節(jié)，采用磁通轉(zhuǎn)速推計(jì)算來推算速度。速度辨識(shí)的實(shí)現(xiàn)speedidentilfication系統(tǒng)如圖所示。4個(gè)輸入變量為ula、u1b、11a、ilb。它們通過mux系統(tǒng)合并為一個(gè)變量，經(jīng)過cpplmsfunction系統(tǒng)得到一個(gè)變量外傳，再通過demux系統(tǒng)分解出兩個(gè)外傳變量，fcn系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上述兩個(gè)變量的除法計(jì)劃，將計(jì)劃結(jié)果作反正切計(jì)劃和求導(dǎo)計(jì)劃。第五章 礦山帶式運(yùn)轉(zhuǎn)器變頻操作功率平衡及設(shè)計(jì)方法第一節(jié) 常用計(jì)算比較 微機(jī)操作的spwm計(jì)算有多種，常用的有自然取樣法和規(guī)則取樣法。自然取樣法（圖1a）采用評(píng)價(jià)的方法尋找三角載波u與參考正弦波ur的交點(diǎn)作為開關(guān)值以確定spwm的脈沖寬度，這種方法誤差小、精度高，但是評(píng)價(jià)量大，難以做到實(shí)時(shí)操作，用查表法將占用大量?jī)?nèi)存，運(yùn)轉(zhuǎn)范圍有限，一般不采用。規(guī)則取樣法（圖1b）采用近似求u和ur交點(diǎn)的方法，通過兩個(gè)三角波峰之間中線與ur的交點(diǎn)作水平線與兩個(gè)三角波分別交于a和b點(diǎn)，由交點(diǎn)確定spwm的脈寬，這種方法評(píng)價(jià)量相對(duì)自然取樣法小的多，但存在一定誤差。本文采用等效范圍法。第二節(jié) 等效范圍法把一個(gè)正弦半波分為n等分，每一等分的正弦曲線與橫軸所包圍的范圍都用一個(gè)與此范圍相同的等高矩形脈沖代替，矩形脈沖的中點(diǎn)與正弦波每一等分的中點(diǎn)重合，這樣，由n個(gè)等幅而不等寬的矩形脈沖所構(gòu)成的波形就與正弦半波等效，顯然這一系列脈沖波形的寬的和開關(guān)時(shí)刻可以嚴(yán)格地用數(shù)學(xué)方法評(píng)價(jià)得到。 如圖2所示，在區(qū)間t,t+t，正弦波范圍為s1,則有： 式中m為調(diào)制深度，us為恒定電流源電壓。 對(duì)應(yīng)圖中脈沖范圍 (2) 將正弦信號(hào)的正半周n等分，則每份為/n弧度，由圖知脈沖高度為us/2,設(shè)脈沖寬度為k，則第k份正弦波范圍與對(duì)應(yīng)的第k個(gè)spwm脈沖范圍相等，解得： 如圖2所示，igbt的開關(guān)時(shí)間按如下評(píng)價(jià)： igbt開啟時(shí)刻： (4) igbt關(guān)斷時(shí)刻： (5) 2 avr電路芯片操作系統(tǒng)2.1 avr電路芯片結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： at90系列電路芯片為atmel公司生產(chǎn)的新一代基于avr增強(qiáng)功能、risc結(jié)構(gòu)的、低功耗cmos技術(shù)的微處理器。 1) 哈佛雙總線結(jié)構(gòu)，使體系備份器和數(shù)據(jù)備份器分開。使用risc指令集，指令周期絕大部分為單周期指令。有相當(dāng)高的執(zhí)行速度，8mhz周期下工作的avr相當(dāng)于224mhz周期下工作的普通mcs51。 2) avr核為32個(gè)通用工作寄存器與豐富指令集的組合，32個(gè)寄存器全部直接地與計(jì)劃邏輯單元連接，這種組合機(jī)構(gòu)具備的代碼功率比完成同樣處理能力的常規(guī)cics微處理器要快10倍以上，從而解決了mcs51的累加器a的瓶頸問題。 3) 內(nèi)置晶振的可編程看門狗定時(shí)器、片內(nèi)模擬比較器、spi串口和uart串口，有幾種產(chǎn)品有810位的ad轉(zhuǎn)換器。有帶比較和捕獲模式的定時(shí)計(jì)數(shù)器，且具有pwm功能，pwm可以在雙8值、9位或10位下自運(yùn)行、抗誤、節(jié)拍修正操作。同時(shí)還有一路輸入捕獲口，可以捕獲引腳icp上的上升和下降沿。 4) avr電路芯片內(nèi)置可重復(fù)編程的flash體系備份器和eeprom數(shù)據(jù)備份器，最大可達(dá)256k的eeprom，可用于保存運(yùn)動(dòng)參數(shù)，便于現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)修改，這使得它用在運(yùn)動(dòng)操作方面有很大的靈活性。同時(shí)avr電路芯片還支持對(duì)備份器的在系統(tǒng)編程。 這些特點(diǎn)使得at90系列電路芯片成為一種滿足許多可以的、具有高度靈活性和低成本的嵌入式操作應(yīng)用的高效微操作器。本文采用at90ls8535芯片，8k可重復(fù)編程flash,512字節(jié)的sram,三路pwm通道，8路10位a/d。第三節(jié) 操作規(guī)律 采用恒功率操作在高頻段（f50hz）和低頻段（f10hz）情況下，運(yùn)轉(zhuǎn)范圍加大，采用恒轉(zhuǎn)矩操作中頻段。為使外傳波形對(duì)稱性好、諧波分量小，系統(tǒng)采用分段同步調(diào)制，來確保整個(gè)變頻范圍內(nèi)的開關(guān)周期沒有太大變化。每個(gè)頻段載波比n為恒定值，不同頻段的n不同，為了快速評(píng)價(jià)，余弦采用查表方式，在0360范圍內(nèi)余弦三角函數(shù)表，每隔0.1度存一個(gè)余弦值，16位二進(jìn)制構(gòu)成每個(gè)余弦值，符號(hào)位為其中最高位，后15位表示數(shù)值位。eprom中預(yù)先存在整個(gè)余弦函數(shù)表，占用了近8k字節(jié)的寄存器。為確保三相互差120，n應(yīng)設(shè)為3的整數(shù)倍。第四節(jié) 硬件結(jié)構(gòu)： 系統(tǒng)框圖spwm變頻運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，igbt的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用富士電機(jī)公司的exb841驅(qū)動(dòng)器，at90ls8535外傳的三相脈寬調(diào)制spwm波經(jīng)分相與開通延時(shí)電路分為六路外傳，分別操作exb841的光耦，以驅(qū)動(dòng)6個(gè)igbt功率器件；40腳的pa0作為a/d采樣輸入口，采樣電位器給定周期；16腳的int0外部中斷作為電路故障信號(hào)（過流、過壓等）的輸入腳； 當(dāng)at90ls8535芯片復(fù)位時(shí)，端口的原始狀態(tài)是“高”，所以無效狀態(tài)為封鎖信號(hào)和驅(qū)動(dòng)信號(hào)均設(shè)為“低”電平；片內(nèi)定時(shí)器t0將pwm的載波周期完成。第五節(jié) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 采用系統(tǒng)化設(shè)計(jì)思想，包括主體系、t/c0中斷服務(wù)子體系、外部中斷服務(wù)子體系、鍵盤顯示子體系等。 主體系的主要任務(wù)是對(duì)逆變器的外傳周期進(jìn)行采樣，評(píng)價(jià)調(diào)制深度m、載波比n、載波周期定時(shí)常數(shù)t,確定正弦時(shí)標(biāo)。評(píng)價(jià)脈沖寬度，根據(jù)(4)、（5）式評(píng)價(jià)出三相開關(guān)點(diǎn)tonu,tonv,tonw,toffu,toffv,toffw，主體系流程圖略可向作者索取。 t/c0中斷服務(wù)體系:定時(shí)時(shí)間到達(dá)載波周期t后，cpu執(zhí)行t/c0中斷服務(wù)體系，讀開關(guān)點(diǎn)數(shù)據(jù)，評(píng)價(jià)各相占空比，備份在相應(yīng)pwm操作寄存器中，pwm使能，向端口發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)。體系流程圖3所示。 外部中斷服務(wù)體系：當(dāng)igbt上發(fā)生過流時(shí)，ex841立即向電路芯片申請(qǐng)中斷，cpu發(fā)出指令封鎖所有外傳，有效地保護(hù)各功率器件。第六節(jié) 實(shí)驗(yàn)及結(jié)論 由上述理念，研發(fā)電路芯片操作系統(tǒng)的軟硬件，該體系通過iccavr編寫，并通過了sl-avr實(shí)驗(yàn)開發(fā)機(jī)上的調(diào)試，由結(jié)果看出spwm波形線性度較好，給定周期發(fā)生變動(dòng)時(shí)，三相線電壓基本上對(duì)稱。2spwm波形生成用了等效范圍法，精度與正弦波相接近，并且諧波分量小，在cpu的計(jì)劃功率上有了更高要求。spwm脈沖序列與專門的操作芯片比較來看，相對(duì)速度精度計(jì)算都要進(jìn)步，其原理利用高速嵌入式avr電路芯片，其優(yōu)勢(shì)是價(jià)格低廉，編程開發(fā)方便，因此在變頻運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)發(fā)展中有良好前景。而對(duì)鏈?zhǔn)竭\(yùn)轉(zhuǎn)器而言，交流異步傳感器只是一般配置，不易操作，主要體現(xiàn)在復(fù)雜的高階、非線性、多變量、強(qiáng)耦合以及參數(shù)時(shí)變等方面，數(shù)學(xué)模型對(duì)此都很難做出精確敘述。傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩操作速度調(diào)節(jié)器中，pid 操作技術(shù)還不夠完善，即使在運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)將pi 參數(shù)操作在最好狀態(tài)也無法實(shí)現(xiàn)，所以它是滿足不了高性能運(yùn)轉(zhuǎn)要求。如何提高交流運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗擾動(dòng)能力，利用遺傳計(jì)算來對(duì)pi 調(diào)節(jié)器進(jìn)行優(yōu)化。第七節(jié) 計(jì)算的原理 （1）何為遺傳計(jì)算？它是一種全局優(yōu)化搜索計(jì)算，在模擬物種遺傳思想和自然選擇原理基礎(chǔ)上，有了最理想答案。基于遺傳計(jì)算的速度調(diào)節(jié)器參數(shù)尋優(yōu)過程如下：編碼。在pid 操作中首先優(yōu)化kp、ki、kd這三個(gè)參數(shù)，運(yùn)用實(shí)數(shù)編碼的方式，將這3個(gè)元素合并成向量，成為一個(gè)染色體。 （2）染色體的起初會(huì)形成初始種群。通過上述了解，初始種群則運(yùn)用 ziegler-nichols 整定法獲得 kp、ki和 kd的初始數(shù)值，在此基礎(chǔ)上向左右兩邊延伸，形成一個(gè)初始種群。 （3）參數(shù)選取。在遺傳計(jì)算中，交叉概率 pc和變異概率 pm的選擇將直接影響到計(jì)算行為和性能關(guān)鍵以及計(jì)算的收斂性。本文采用自適應(yīng)變化狀態(tài)的評(píng)價(jià)公式：式中 fm所有群體中最大適應(yīng)度值；fa每代群體的平均適應(yīng)度值；f變異個(gè)體的適應(yīng)度值；f 交叉?zhèn)€體中較大的適應(yīng)度值。通過設(shè)置 pc1，pc1,pm1,pm2的值就可以調(diào)整交叉概率和變異概率。 （4）從交叉和變異概率的評(píng)價(jià)看出，群體中每個(gè)個(gè)體間相互交換的部分染色體，這便使染色體中的元素發(fā)生各種變化，從而產(chǎn)生了新的個(gè)體，即pid 的新參數(shù)。 （5）適應(yīng)度函數(shù)設(shè)計(jì)。設(shè)置系統(tǒng)的要求，參照適應(yīng)度大小，保留新種群中最好的個(gè)體，將最差的個(gè)體更換。該系統(tǒng)的原理，是采用itae(時(shí)間乘絕對(duì)誤差積分)指標(biāo)作為參數(shù)選擇的最小目標(biāo)函數(shù)。在國內(nèi)dsp的廠家居多但實(shí)際應(yīng)用還是以ti公司為主，基本上都是tms320系列。其公司的tms320c2000 dsp是基于320c2xlp核。 為了實(shí)現(xiàn)小數(shù)的數(shù)學(xué)計(jì)劃和驗(yàn)證小數(shù)的乘積，c2xlp的乘積寄存器的外傳通過乘積移位器，以抑制計(jì)劃中產(chǎn)生的多出來的bit。該乘積定標(biāo)移位器允許作128個(gè)乘積累加而不會(huì)產(chǎn)生溢出。基本的乘積累加（mac）周期，包括將一個(gè)數(shù)據(jù)備份器的值乘以一個(gè)程式備份器的值，并將結(jié)果加給累加器。當(dāng)c2000循環(huán)執(zhí)行mac，則程式計(jì)數(shù)器自動(dòng)增量，并將程式總線釋放給第二個(gè)操作數(shù)，從而達(dá)到單周期執(zhí)行mac。 c2000系列中的c24x系列的芯片具備事件操作器。該事件操作器具備3個(gè)加/減定時(shí)器和9個(gè)比較器，能夠和波形產(chǎn)生邏輯配合產(chǎn)生12 pwm的外傳。支持同步的和異步的pwm產(chǎn)生。他還支持一個(gè)空間向量pwm狀態(tài)機(jī)，用開關(guān)功率晶體管來實(shí)現(xiàn)，以延長(zhǎng)晶體管的使用周期和降低功耗。一個(gè)關(guān)機(jī)段產(chǎn)生單元也有助于保護(hù)功率晶體管。其原理如圖2所示。式中 e（t）系統(tǒng)誤差；u（t）操作器外傳；tu上升時(shí)間；1、2、3權(quán)值。 為了避免超調(diào)， 用了懲罰功能， 即一旦產(chǎn)生超調(diào)，將超調(diào)量作為最優(yōu)指標(biāo)的一項(xiàng)，此時(shí)最優(yōu)指標(biāo)為第八節(jié) 計(jì)算的分析及其在dsp上的實(shí)現(xiàn) (1)計(jì)算的分析 在spwm波形生成時(shí)，通常有兩種方法查表和實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)，其實(shí)際運(yùn)用時(shí)通常都是將兩種方法結(jié)合，進(jìn)行必要評(píng)價(jià)存入內(nèi)存即離線狀態(tài)下，運(yùn)行時(shí)再進(jìn)行較為簡(jiǎn)單的在線評(píng)價(jià)，這樣既確保了快速性，內(nèi)存上也不會(huì)占太多量。 規(guī)則采樣法通常事先存入正弦函數(shù)表和不同載波周期時(shí)的tz/2,運(yùn)行時(shí)根據(jù)可以的tz,m和即可算出開關(guān)器件的導(dǎo)通時(shí)間（詳見公式1）。這種方法的評(píng)價(jià)量很小且波形的幅值和周期都是能夠持續(xù)變化的。直接范圍等效法通常事先存入不同周期下的余弦函數(shù)表，運(yùn)行時(shí)也只要進(jìn)行簡(jiǎn)單的乘法和減法計(jì)劃（詳見公式2）。這種方法的評(píng)價(jià)量適中且波形的幅值和周期也是持續(xù)變化的。 (2)dsp的特點(diǎn) 由規(guī)則采樣法的原理可知他是用一近似的階梯波來代替正弦波和三角波進(jìn)行比較，因此他的精度較低，但由于簡(jiǎn)單評(píng)價(jià)，在使用電路芯片和微機(jī)生成spwm波的時(shí)代便被廣泛的應(yīng)用了。伴隨著dsp的出現(xiàn)具備強(qiáng)大計(jì)劃能力，在兼顧評(píng)價(jià)的精度和速度這一問題有了希望去解決。因此解決這一問題便是結(jié)合采用具備較高精度且評(píng)價(jià)量適中的直接范圍等效法和dsp。如下圖所示： 能夠看到，為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的變壓和變頻，可以根據(jù)當(dāng)前載波所在時(shí)間t做大量的計(jì)劃，而這些計(jì)劃都可以在一個(gè)載波周期內(nèi)完成。以載波周期為15625hz為例，其周期為64s，若可以三相外傳，則任何這些計(jì)劃都可以在32s內(nèi)完成。這對(duì)于電路芯片而言，是完全不可能的。而對(duì)于dsp而言，其指令周期為50ns，且多為單周期指令，并且有單周期的乘法指令。因此，充分利用了dsp的強(qiáng)大計(jì)劃能力，才最終實(shí)現(xiàn)了上述評(píng)價(jià)的實(shí)時(shí)完成。 （3）直接范圍等效法的實(shí)現(xiàn) 根據(jù)直接范圍等效法的公式，在flash中存入1個(gè)cosx/2的表，這樣就能夠盡可能簡(jiǎn)化不必要的計(jì)劃。在實(shí)際評(píng)價(jià)時(shí)只需評(píng)價(jià)1次減法、1次乘法、1次除法即可。 程式流程圖見圖3。第九節(jié) 變頻系統(tǒng)的最終實(shí)現(xiàn) 雙傳感器拖動(dòng)功率，平衡操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5-9所示。 根據(jù)上述設(shè)計(jì)，使用ipm（智能功率系統(tǒng)）及相應(yīng)的整流，濾波電路搭建了一變頻實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。出于擴(kuò)展的可以，使用電路芯片擴(kuò)展了其的輸入外傳接口，使其具備更好的通用性。其硬件結(jié)構(gòu)如圖4所示。如圖4所示，通過dsp的spwm操作系統(tǒng)中，包括三大系統(tǒng)：ipm智能功率系統(tǒng)、dsp處理器和電路芯片。pwm脈沖信號(hào)由dsp處理器用于實(shí)時(shí)產(chǎn)生，以操作ipm產(chǎn)生外傳信號(hào)。外部操作信號(hào)接受用于電路芯片系統(tǒng)，負(fù)載端電壓、電流的采樣信號(hào)，各種電路保護(hù)信號(hào)等輸入信號(hào)，一方面進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示工作狀態(tài)，另一方面對(duì)實(shí)時(shí)采樣的電壓電流信號(hào)進(jìn)行處理后，向dsp系統(tǒng)傳送相應(yīng)信號(hào)，使dsp在線調(diào)整spwm信號(hào)，閉環(huán)工作的技術(shù)指標(biāo)可以得以滿足。這樣的系統(tǒng)構(gòu)成模式使系統(tǒng)功能系統(tǒng)化，可最大限度地發(fā)揮dsp的評(píng)價(jià)能力，便于調(diào)試，便于系統(tǒng)的功能擴(kuò)充，為以后系統(tǒng)的升級(jí)換代提供了較為方便的條件。 通過該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了外傳周期可在11000hz內(nèi)變化的spwm波形的生成。 其主要波形如圖5所示。 結(jié)論 研究表明，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的成功是以dsp為核心基于直接范圍等效法生成spwm波的變頻。并得到廣泛應(yīng)用其較寬的變頻范圍和擴(kuò)展的輸入外傳接口使其在變頻電源、變頻器等方面?；趐ic電路芯片的spwm操作技術(shù)在ups等電力電子設(shè)備中，操作方法是核心技術(shù)。早期的操作方法使得外傳為矩形波，諧波含量較高，濾波困難。spwm技術(shù)較好地克服了這些缺點(diǎn)。目前spwm的產(chǎn)生方法很多，匯總?cè)缦隆?1）利用分立元件，采用模擬、數(shù)字混和電路生成spwm波。此方法電路復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)困難且不易改進(jìn)； 2）由spwm專用芯片sa828系列與微處理器直接連接生成spwm波，sa828是由規(guī)則采樣法產(chǎn)生spwm波的，相對(duì)諧波較大且無法實(shí)現(xiàn)閉環(huán)操作； 3）利用cpld（復(fù)雜可編程邏輯器件）設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字式spwm發(fā)生器； 4）基于電路芯片實(shí)現(xiàn)spwm，此方法操作電路簡(jiǎn)單可靠，利用軟件產(chǎn)生spwm波，減輕了對(duì)硬件的要求，且成本低，受外界干擾小。 而當(dāng)今電路芯片的應(yīng)用已經(jīng)從單純依賴于51系列電路芯片向其它多種電路芯片發(fā)展，尤其以嵌入式pic電路芯片的發(fā)展應(yīng)用更為廣泛。pic電路芯片含具有pwm功能的外圍功能系統(tǒng)（ccp），利用此系統(tǒng)更容易通過軟件實(shí)現(xiàn)spwm，且具有更快的執(zhí)行速度。本文采用軟硬件結(jié)合設(shè)計(jì)的方法，利用范圍等效法，并且基于pic電路芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)?zāi)孀兿到y(tǒng)的spwm操作。 1 范圍等效的spwm操作計(jì)算 目前生成spwm波的操作計(jì)算主要有4種。 1）自然采樣法； 2）對(duì)稱規(guī)則采樣法； 3）不對(duì)稱規(guī)則采樣法； 4)范圍等效法。 理論分析后知自然采樣法和范圍等效法相對(duì)于規(guī)則采樣法諧波較小，對(duì)諧波的抑制能力較強(qiáng)。又因?yàn)閜ic電路芯片片內(nèi)無較大空間實(shí)現(xiàn)在線計(jì)劃，所以自然采樣法不利于軟件實(shí)現(xiàn)。本文的試驗(yàn)系統(tǒng)采用范圍等效法實(shí)現(xiàn)spwm操作，其原理如圖1所示。 圖1 spwm范圍等效計(jì)算 利用正弦波小塊范圍s1與脈沖范圍s2相等原則，將正弦波的正半周分為n等分，則每一等分的寬度為/n弧度，利用范圍等效法評(píng)價(jià)出半個(gè)周期內(nèi)n個(gè)不同的脈寬值，將產(chǎn)生的脈寬數(shù)列以列表形式存于pic電路芯片的rom中，以供體系調(diào)用。 脈寬產(chǎn)生的基本公式為 式中：m為調(diào)制度； n為載波比，即半個(gè)周期內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)，實(shí)驗(yàn)中n取64； k取值為063。 由式（1）評(píng)價(jià)出的實(shí)際脈寬轉(zhuǎn)換成計(jì)時(shí)步階后生成64個(gè)值的正弦表存入pic的rom中以供調(diào)用。產(chǎn)生的spwm脈寬表是一個(gè)由窄到寬，再由寬到窄的64個(gè)值的表。 軟硬件結(jié)合試驗(yàn)系統(tǒng) 以pic電路芯片內(nèi)部的兩個(gè)外圍功能系統(tǒng)（ccp）為基礎(chǔ)，利用該系統(tǒng)具有的pwm功能，軟件操作兩路spwm波形的外傳。再將這兩路spwm波利用互補(bǔ)導(dǎo)通原則變換成4路，經(jīng)隔離放大后驅(qū)動(dòng)igbt逆