礦山機電畢業(yè)論文（含外文翻譯）煤礦鏟車電氣系統(tǒng)設(shè)計

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　（20 屆）</b></p><p>　　煤礦鏟車電氣系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　DESIGN OF ELECTRICAL CONTROL SYSTEM OF MINE FORKLIFT</p><p>　　所在學(xué)院

2、 </p><p>　　專業(yè)班級 礦山機電 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期

3、 年 月 </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）共 49 頁（其中：外文文獻及譯文6頁） 圖紙共1張 </p><p><b>　　遼寧工程技術(shù)大學(xué)</b></p><p>　　本科畢業(yè)設(shè)計（論文）學(xué)生誠信承諾保證書</p><p>　　本人鄭重承諾：《煤礦鏟車電氣系統(tǒng)設(shè)計》畢業(yè)設(shè)計（

4、論文）的內(nèi)容真實、可靠，系本人在 指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨立完成。如果存在弄虛作假、抄襲的情況，本人承擔全部責任。</p><p><b>　　學(xué)生簽名：</b></p><p>　　年 月 日</p><p><b>　　遼寧工程技術(shù)大學(xué)</b></p><p>　　本科畢業(yè)設(shè)計

5、（論文）指導(dǎo)教師誠信承諾保證書</p><p>　　本人鄭重承諾：我已按學(xué)校相關(guān)規(guī)定對 同學(xué)的畢業(yè)設(shè)計（論文）的選題與內(nèi)容進行了指導(dǎo)和審核，確認由該生獨立完成。如果存在弄虛作假、抄襲的情況，本人承擔指導(dǎo)教師相關(guān)責任。</p><p><b>　　指導(dǎo)教師簽名：</b></p><p>　　年 月 日</p>

6、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　為了發(fā)展工業(yè)和提供充足的能源，必須大量開采煤炭，而露天開采發(fā)展迅速。開發(fā)和建設(shè)大型露天礦山，關(guān)鍵是發(fā)展大型露天礦成套設(shè)備，只有研制和使用先進的技術(shù)裝備，才能充分發(fā)揮出露天礦經(jīng)濟效益高的優(yōu)勢。我國礦山主要采用的是間斷式開采，挖掘機是露天礦間斷式開采的主要設(shè)備。電氣系統(tǒng)作為機械式單斗挖掘機重要的配套設(shè)備，它的性能和功能對機械式單斗挖

7、掘機影響很大。</p><p>　　本次設(shè)計以某種型號的機械式單斗挖掘機為背景，設(shè)計了基于直流脈寬調(diào)制（PWM）調(diào)速系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)。PWM是一種對模擬信號電平進行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。PWM信號仍然是數(shù)字的，因為在給定的任何時刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重

8、復(fù)脈沖序列被加到模擬負載上去的。通的時候即是直流供電被加到負載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進行編碼。脈寬調(diào)制(PWM:(Pulse Width Modulation)是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。</p><p>　　PWM脈寬調(diào)制系統(tǒng)實現(xiàn)了對機械式單斗挖掘機的直流行走電機的

9、速度控制，從而實現(xiàn)了對電鏟的前進、后退和速度控制。</p><p>　　關(guān)鍵詞：露天礦；機械式單斗挖掘機；PWM脈寬調(diào)速；電氣系統(tǒng)控制</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In order to develop industry and provide sufficient energy, must pou

10、r out a large exploitation of coal, and strip mining is developing rapidly. Development and construction of large open-pit mine, the key is to develop complete sets of equipment, large open-pit mine only development and

11、use of advanced technology and equipment, in order to give full play to the advantages of high out of the open pit mine economic benefit. Our country mainly adopts the continuous mining in mines, main equipment o</p&g

12、t;<p>　　This design in a certain type of mechanical single bucket excavator as the background, design based on dc pulse width modulation (PWM) control system of electrical control system. PWM is an analog signal l

13、evel for digital encoding method. Through the use of high resolution counter, the duty cycle of square wave is modulated to encode a specific analog signal level. PWM signal is still digital, because in any given moment,

14、 full of amplitude of the dc power supply or completely (ON), or completely</p><p>　　PWM pulse width modulation system is realized with mechanical single bucket excavator in dc motor speed control, so as to

15、realize the forward and backward and speed control of excavator.</p><p>　　Key words: open pit; Mechanical single bucket excavator; PWM pulse width speed regulation; Electric control system</p><p&g

16、t;<b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 煤礦鏟車概述</p><p>　　煤礦鏟車即礦用挖掘機。礦用挖掘機主要用于露天礦的挖掘和裝載，工作對象如為表土則可直接挖取，如為礦石則需爆破后再用挖掘機挖取裝載。此種挖掘機一般只配有正鏟工作裝置。礦用挖掘機自行距離短，行速低，多用電力驅(qū)動，故又叫電鏟車。</p><p>　　礦用挖掘

17、機多是大斗容的，大部分是單斗機械式，適用于開挖Ⅴ-Ⅵ級碎巖。挖掘機接地比壓要求不嚴格，由于運行距離不長，工作場地多經(jīng)過平整，所以通過性也要求不嚴格。機械式正鏟單斗挖掘機是露天礦山用鏈鏟裝礦巖和表土的主要設(shè)備之一。機械式單斗挖掘機是挖掘機的一種，用一個鏟斗以間歇重復(fù)的工作循環(huán)進行工作，即由挖掘、滿斗回轉(zhuǎn)至卸載點、卸載、空斗回轉(zhuǎn)至挖掘地點等四個工序構(gòu)成一個工作循環(huán)。在作業(yè)過程中，挖掘機是不移動的，直到將一次停機范圍內(nèi)的土壤挖完，挖掘機才移動

18、到新的作業(yè)地點。為了完成上述動作，單斗挖掘機應(yīng)具有下列部分：工作裝置、回轉(zhuǎn)支撐裝置、行走裝置、動力裝置和附屬設(shè)備。</p><p>　　機械式單斗挖掘機的特點是，結(jié)構(gòu)緊湊、能在較大的范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速，操作簡單，易于實現(xiàn)標準化、系列化和通用化。本次設(shè)計以WK-10型機械式單斗挖掘機的行走機構(gòu)為例。</p><p>　　1.2 WK-10型電鏟行走機構(gòu)的傳動機構(gòu)介紹</p>&

19、lt;p>　　行走機構(gòu)的傳動機構(gòu)，全部安裝在底座的一端，由雙電動機通過帶制動盤的柱銷聯(lián)軸節(jié)帶動一個三級齒輪減速器。履帶架輸入軸與減速器輸出軸間安裝雙缸氣動離合器，離合器是用來實現(xiàn)行走裝置的轉(zhuǎn)彎動作的，離合器的撥叉由雙向氣缸帶動，氣缸是由二位四通閥控制。圖1-1為WK-10型挖掘機傳動系統(tǒng)圖。</p><p>　　減速器是三級齒輪減速器，型號為H2SH12，減速比i=248。</p><p

20、>　　履帶運行裝置是挖掘機上部重量的支承基礎(chǔ)。這種運行裝置的主要優(yōu)點是接地比壓力小，附著力大，可適用于道路凹凸不平的場地，如淺灘、溝或有其他障礙物，具有一定的機動性，能通過陡坡和急彎而不需要太多時間。其缺點是運行和轉(zhuǎn)彎功耗大，效率低，構(gòu)造復(fù)雜，造價高，零件易磨損，常需要更換等。WK-10型電鏟采用的是少支點的剛性的雙履帶行走裝置。剛性履帶行走裝置中，支承輪和履帶架或下支承架做剛性聯(lián)系，不用彈簧或鉸接，這是最普遍應(yīng)用的型式。<

21、/p><p>　　1—1WK-10型挖掘機傳動系統(tǒng)圖</p><p>　　1-1 WK-10 excavator transmission Figure</p><p>　　1-2 WK-10型挖掘機履帶運行裝置</p><p>　　1-2 WK-10 excavator crawler running gear</p><p

22、>　　1底架； 2履帶架； 3支承輪軸； 4支撐輪； 5；拉緊方軸； 6導(dǎo)向輪； 7驅(qū)動輪軸；8驅(qū)動輪；</p><p>　　9履帶板； 10銷軸； 11行走減速器； 12行走電動機；13、19、20、21齒輪； 14、16、18、23軸； 15傘齒輪； 17撥叉離合器； 22行走制動器； 24撥叉機構(gòu)氣缸； 25撥叉； 26卡箍； 27固定大齒輪； 28環(huán)形軌道； 29棍盤；30楔形塊； 31支架；32墊

23、片</p><p>　　1.3 WK-10型電鏟車主要參數(shù)</p><p><b>　　主要參數(shù)如下：</b></p><p>　　斗容 10

24、 </p><p>　　行走速度 0.69km/h</p><p>　　最大爬坡角度 13</p><p>　　比壓（平均） 0.23</p><p>　　減速比 248<

25、/p><p>　　循環(huán)時間（回轉(zhuǎn)90） 29s</p><p>　　理論生產(chǎn)率 1230/h</p><p>　　配重 350 kN</p><p>　　整機重力(整機重量) 440kN（440t）</p

26、><p>　　履帶寬度 7.10m</p><p>　　履帶長度 8.40m</p><p>　　轉(zhuǎn)彎半徑 7.35m</p><p>　　驅(qū)動輪直徑 0.51m&l

27、t;/p><p>　　設(shè)計以土壤密度為2g/(2000kg/=2t/)的環(huán)境為背景，則電鏟滿載后的重力為：</p><p><b>　　N</b></p><p>　　1.4 WK-10型電鏟供電方式</p><p>　　電鏟車工作時接臨時電纜，三相交流電經(jīng)整流濾波變成電壓恒定的直流電壓,用此直流電壓給直流電動機供電。步驟如

28、下：</p><p>　?、烹娫醋儔浩鳎簩㈦娋W(wǎng)交流電壓380V變換成330V的交流電壓，這個變壓器是降壓變壓器。</p><p>　?、普麟娐罚豪镁哂袉蜗?qū)щ娦阅艿恼髟逊较蚝痛笮《甲兓?0Hz交流電變換為方向不變但大小仍有脈動的直流電，本設(shè)計使用二極管。 </p><p>　　⑶濾波電路：利用儲能元件電容器C兩端的電壓不能突變的性質(zhì)，把電容C與整流電路

29、的負載RL并聯(lián)，就可以將整流電路輸出中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電。</p><p>　　2 電動機轉(zhuǎn)矩的計算</p><p>　　2.1 履帶行走裝置的牽引力計算</p><p>　?。?）空載牽引力的計算。履帶行走裝置在行走時，必須克服以下一些阻力：土壤對履帶運行的阻力；不穩(wěn)定運行時的慣性阻力；坡道阻力；風阻力；轉(zhuǎn)彎阻力；行走裝置的內(nèi)阻力等

30、。因此，鏟的牽引力須大于總的行走阻力。</p><p>　　①土壤對履帶運行的阻力：履帶運行時，迫使土壤受擠壓和變形而引起的運行阻力為：</p><p>　　= （2—1）</p><p><b>　　式中:</b></p><p>　　—運行比阻力系數(shù)，路面情況為堅

31、實土路的比阻力系數(shù)為0.06～0.09，取0.06；</p><p>　　G—機器總重力，4316kN。</p><p><b>　　所以 =kN。</b></p><p>　　②不穩(wěn)定運行時的慣性阻力：</p><p>　?。?—2） 式中：</p&

32、gt;<p>　　—行走速度，0.1917m/s（0.69km/h）；</p><p>　　t—啟動或制動的時間，2s；</p><p>　　K—系數(shù)，多機驅(qū)動取K=2。</p><p>　　不穩(wěn)定運行是指啟動或制動狀態(tài)。則

33、 kN。</p><p><b>　?、燮碌雷枇Γ?lt;/b></p><p><b>　?。?—3）</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　—坡道傾角，13。</b></p><

34、;p><b>　　所以 。</b></p><p><b>　　④風阻力：</b></p><p><b>　?。?—4）</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　A—鏟的迎風面積，約50㎡</p>&

35、lt;p>　　—工作狀態(tài)時的風壓，取=250。</p><p><b>　　所以 NkN。</b></p><p>　?、蒉D(zhuǎn)彎阻力：履帶轉(zhuǎn)彎時除了有沿直線運行時的全部阻力外，還考慮轉(zhuǎn)彎時履帶支承面與土壤的摩擦阻力和履帶板側(cè)面剪碎和刮動土壤所造成的阻力。雙履帶行走裝置轉(zhuǎn)彎時，假定兩條履帶分別繞著各自的支承面幾何中心轉(zhuǎn)動，受到的轉(zhuǎn)彎阻力為：</p>

36、<p><b>　?。?—5）式中：</b></p><p>　　b—履帶寬度，7.10m；</p><p>　　L—履帶長度，8.40m；</p><p>　　r—轉(zhuǎn)彎半徑，7.35m；</p><p>　　—履帶板與地面的摩擦系數(shù)，堅實的地面，取=0.4；</p><p>　　—作用

37、在履帶板上的平均負荷，其值可按計算。</p><p>　　把帶入公式，則，所以</p><p><b>　　所以 kN。</b></p><p>　?、扌凶哐b置內(nèi)阻力:在不作精確計算時，行走裝置的內(nèi)阻力可由簡易近似公式計算： </p><p><b>　?。?—6）</b></p>

38、<p><b>　　所以 kN。 </b></p><p>　?、郀恳Φ挠嬎悖涸趯嶋H計算履帶行走裝置的牽引力時，從下面兩種情況中選用大者。</p><p><b>　　在爬坡時：</b></p><p><b>　?。?—7）</b></p><p><b

39、>　　在轉(zhuǎn)彎時：</b></p><p><b>　?。?—8） </b></p><p>　　所以，空載時的牽引力</p><p>　?。?）滿載牽引力的計算。</p><p>　　滿載牽引力的計算同空載牽引力的計算，所以各阻力計算如下：</p><p>　?、偻寥缹β膸н\行的

40、阻力</p><p>　?、诓环€(wěn)定運行時的慣性阻力</p><p><b>　?、燮碌雷枇?lt;/b></p><p><b>　?、茱L阻力</b></p><p><b>　?、蒉D(zhuǎn)彎阻力</b></p><p><b>　?、扌凶哐b置內(nèi)阻力<

41、;/b></p><p>　?、郀恳Φ挠嬎悖涸趯嶋H計算履帶行走裝置的牽引力時，從下面兩種情況中選用大者。</p><p><b>　　在爬坡時：</b></p><p><b>　　（2—9）</b></p><p><b>　　在轉(zhuǎn)彎時：</b></p>

42、<p><b>　?。?—10）</b></p><p>　　所以，滿載時的牽引力</p><p>　　2.2 電動機轉(zhuǎn)矩的計算</p><p>　?。?）空載時電動機需提供的轉(zhuǎn)矩：</p><p>　?。?）滿載時電動機需提供的轉(zhuǎn)矩：</p><p>　　3 煤礦鏟車驅(qū)動電動機選型設(shè)

43、計</p><p>　　3.1 電動機功率計算</p><p>　　在實際計算履帶行走裝置的牽引力時，從中取大者，即</p><p><b>　?。?—1）</b></p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　驅(qū)動電動機的功率。</b&

44、gt;</p><p><b>　?。?—2）</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　—牽引力，1500000N；</p><p>　　—運行速度，0.69km/h。</p><p>　　所以 N==287.5 kW。</p>

45、<p>　　要保證鏟在車道上運行，還應(yīng)驗算其附著力，使牽引力必須小于履帶與地面間的附著力。</p><p>　　＝G （3－3）</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　附著系數(shù)，因為土壤為堅實的土路，所以取0.5。</p><p>&l

46、t;b>　　所以 成立。</b></p><p>　　3.2 電動機型號選擇</p><p>　　單斗挖掘機是以間歇重復(fù)的方式進行工作的，這種重型機械的工作特點是：①工作狀態(tài)變化，不穩(wěn)定，負載變化大，容易過載；②各機構(gòu)經(jīng)常性的結(jié)合、脫開聯(lián)合或單獨運動，啟動和停止動作非常頻繁；③正、反轉(zhuǎn)要求迅速，速度變化大且要求制動靈活。若用普通的交流電動機驅(qū)動就不能滿足這些工作特點和

47、要求，直流電動機驅(qū)動則可以滿足這些工作特性要求。所以，大、中型電鏟的主要機構(gòu)，如提升、推壓、回轉(zhuǎn)、開斗和行走五個機構(gòu)均采用直流電動機作驅(qū)動器。所以電鏟車的驅(qū)動電動機選擇直流電動機。工作時接臨時電纜，三相交流電經(jīng)整流濾波變成電壓恒定的直流電壓,用此直流電壓給驅(qū)動電動機供電。</p><p>　　因為驅(qū)動電動機的總功率須大于287.5 kW，設(shè)計為兩臺驅(qū)動電動機各驅(qū)動一條履帶，且兩臺電動機型號一樣，所以選擇型號為Z-

48、315-2A的直流他勵電動機，額定功率為152kW。參數(shù)如下：</p><p><b>　　額定電壓330 V</b></p><p>　　額定功率152 kW</p><p><b>　　額定電流504 A</b></p><p>　　額定轉(zhuǎn)速945 r/min</p><p&

49、gt;<b>　　效率89.8%</b></p><p>　　最大轉(zhuǎn)速1800 r/min</p><p>　　勵磁功率3.1 kW</p><p><b>　　轉(zhuǎn)動慣量5.5 </b></p><p><b>　　風量1.0 </b></p><p>

50、<b>　　風壓1010 </b></p><p>　　電樞回路電壓降21.9V</p><p><b>　　電感0.33mH</b></p><p>　　3.3 直流他勵電機的特性</p><p>　　直流電動機機械特性的一般表達式為：</p><p><b>　

51、　(3—4)</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　—理想空載轉(zhuǎn)速。</b></p><p>　　圖3—1他勵電動機的機械特性圖</p><p>　　Figure3-1 separately excited motor mechanical ch

52、aracteristic diagram</p><p>　　3.3.1 直流他勵電動機的固有機械特性</p><p><b>　　1）估算電樞電阻：</b></p><p><b>　?。?—5）</b></p><p><b>　　式中：</b></p>&l

53、t;p>　　—額定運行條件下電動機的效率，</p><p><b>　　。</b></p><p>　　所以 0.03382。</p><p><b>　　2）求:</b></p><p><b>　　(3—6)</b></p><p><

54、b>　　所以 。</b></p><p>　　3）求理想空載轉(zhuǎn)速：</p><p><b>　?。?—7）</b></p><p>　　所以 r/min。</p><p><b>　　4）求額定轉(zhuǎn)矩:</b></p><p><b>　?。?

55、—8）</b></p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　因為,所以所選Z-315-2A型直流他勵電動機滿足驅(qū)動要求。</p><p>　　根據(jù)點（0，）、（，）即（0，）（）繪制Z-315-2A直流他勵電機的固有機械特性曲線如圖所示：</p><p>　　圖3—2他勵電機的固有機械特

56、性曲線</p><p>　　Figure 3-2 separately excited motor inherent physical characteristics curve</p><p>　　3.3.2 直流他勵電動機的啟動特性（降壓啟動）</p><p>　　電動機的啟動是指施電于電動機，使電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來，達到所要求的轉(zhuǎn)速后正常運轉(zhuǎn)的過程。對直流電動機

57、而言，電動機在未啟動之前n=0，E=0，而很小，所以，將電動機直接接入電網(wǎng)并施加額定電壓時，啟動電流</p><p>　　將很大，一般情況下能達到其額定值的10-20倍。這樣大的啟動電流會使電動機在換向過程中產(chǎn)生危險的火花，甚至燒壞整流子。而且過大的電樞電流產(chǎn)生過大的電動應(yīng)力，可能引起繞組的損壞。同時，產(chǎn)生與啟動電流成正比例的啟動轉(zhuǎn)矩，會在機械系統(tǒng)和傳動機構(gòu)中產(chǎn)生過大的動態(tài)轉(zhuǎn)矩沖擊，使機械傳動部件損壞。對由電網(wǎng)供

58、電的電動機來說，過大的啟動電流將使保護裝置動作，從而切斷電源，使得生產(chǎn)機械停止工作，或者引起電網(wǎng)電壓的下降，影響其他負載的正常運行。因此，直流電動機是不允許直接啟動的，即在啟動時必須設(shè)法限制電樞電流，例如，對于普通的Z型直流電動機，規(guī)定電樞的瞬時電流不得大于額定電流的2倍，即啟動轉(zhuǎn)矩不得大于額定轉(zhuǎn)矩的2倍，即。設(shè)最大可以為1.7倍的額定轉(zhuǎn)矩，即</p><p><b>　　(3—9)</b>

59、</p><p>　　降壓啟動。在啟動瞬間，降低供電電壓。隨著轉(zhuǎn)速n的升高，反電動勢E增大，再逐步提高供電電壓，最后達到額定電壓時，電動機達到所要求的轉(zhuǎn)速。啟動特性圖如下：</p><p>　　圖3—3直流他勵電動機啟動特性圖</p><p>　　Figure 3-3 DC separately excited motor starting characterist

60、ic diagram</p><p>　　根據(jù)式(3—4)知：</p><p>　　把,,, 帶入上式得 ：</p><p>　　所以 （3—10）</p><p>　　把（0，）帶入（3—10）得</p><p>　　因為，所以

61、降壓啟動過程可以為：首先把電動機供電電壓降到，待其轉(zhuǎn)矩達到額定轉(zhuǎn)矩后將供電電壓升為100V，此時其轉(zhuǎn)速不能突變，轉(zhuǎn)矩突增，待其轉(zhuǎn)矩再次達到額定轉(zhuǎn)矩后將供電電壓升為200V，依此類推，直至電壓達到額定值，轉(zhuǎn)速達到額定轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)啟動過程。</p><p>　　3.3.3 直流他勵電動機的調(diào)速特性（調(diào)壓調(diào)速）</p><p>　　改變電樞供電電壓U可得到人為機械特性（見圖3-4），從圖中可看

62、出，在一定負載轉(zhuǎn)矩下，加上不同的電壓、、、，可以得到不同的轉(zhuǎn)速、、、，即改變電樞電壓可以達到調(diào)速的目的。</p><p>　　現(xiàn)以電壓由突然升高至為例，說明其升速的機電過程。電壓為時，電動機工作在特性的點b，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速為，當電壓突然上升為的一瞬間，由于系統(tǒng)機械慣性的作用，轉(zhuǎn)速n不能突變，相應(yīng)的反電動勢也不能突變，仍為和。在不考慮電樞電路的電感時，電樞電流將隨U的突然上升由突然增至，則電動機的轉(zhuǎn)矩也由突然增至,即在U

63、突增的這一瞬間，電動機的工作點由特性的點b過度到特性的點g（實際上平滑調(diào)節(jié)時，是不大的）。由于，所以系統(tǒng)開始加速，反電動勢E也隨轉(zhuǎn)速n的上升而增大，電樞電流則逐漸減小，電動機轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)減小，電動機的工作點將沿特性由點g向點a移動，直到時T又下降到，此時電動機已工作在一個新的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。</p><p>　　由于調(diào)壓調(diào)速過程中為常數(shù)，所以，當為常數(shù)時，穩(wěn)定運行狀態(tài)下的電樞電流也是一個常數(shù)，而與電樞電壓U的大小無關(guān)。&

64、lt;/p><p>　　這種調(diào)速方法的特點是：</p><p>　?。?）當電源電壓連續(xù)變化時，轉(zhuǎn)速可以平滑無級調(diào)節(jié)，一般只能在額定轉(zhuǎn)速以下調(diào)節(jié)；</p><p>　　（2）調(diào)速特性與固有特性互相平行，機械特性硬度不變，調(diào)速的穩(wěn)定度較高，調(diào)速范圍較大；</p><p>　?。?）調(diào)速時，因電樞電流與電壓U無關(guān)，且，故電動機轉(zhuǎn)矩不變，屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，

65、適合于對恒轉(zhuǎn)矩型負載進行調(diào)速；</p><p>　?。?）可以靠調(diào)節(jié)電樞電壓而不用啟動設(shè)備來啟動電動機。</p><p>　　圖3-4改變電樞供電電壓調(diào)速的特性</p><p>　　Figure 3-4 change the characteristics of the armature supply voltage speed control</p>

66、<p><b>　　因為</b></p><p>　　所以 </p><p><b>　　（3—11）</b></p><p>　　可見，鏟車的速度與驅(qū)動電動機的電壓和負載轉(zhuǎn)矩有關(guān)，若無論鏟車空載或者滿載，都希望速度范圍可以在0.1m/s—0.1917m/s之間調(diào)節(jié)，那么電壓變化范

67、圍為：</p><p><b>　　空載時： </b></p><p><b>　　滿載時： </b></p><p>　　3.3.4 直流他勵電動機的制動特性</p><p>　　電動機的制動是與啟動相對的一種工作狀態(tài)，啟動是從靜止加速到某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的一種運轉(zhuǎn)狀態(tài)，而制動則是從某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速減速到

68、停止或是限制位能負載下降速度的一種運轉(zhuǎn)狀態(tài)。</p><p>　　注意，電動機的制動與自然停車是兩個不同的概念。自然停車是電動機脫離電源，靠很小的摩擦阻轉(zhuǎn)矩消耗機械能，使轉(zhuǎn)速慢慢下降，直到轉(zhuǎn)速為零而停車。這種停車過程需時較長，不能滿足生產(chǎn)機械的要求。為了提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)機械需要加快停車過程，實現(xiàn)準確停車等，從而要求電動機運行在制動狀態(tài)。這個過程簡稱為電動機的制動了。</p><

69、p><b>　　（1）反饋制動</b></p><p>　　若電動機為正常接線，在外部條件作用下，電動機的實際轉(zhuǎn)速n大于其理想空載轉(zhuǎn)速，此時電動機運行于反饋制動狀態(tài)。</p><p><b>　?。?）反接制動</b></p><p>　　當他勵電動機的電樞電壓U或電樞電動勢E中的任一個在外部條件作用下改變了方向，即

70、二者由方向相反變?yōu)榉较蛞恢聲r，電動機都將運行于反接制動狀態(tài)。</p><p><b>　　（3）能耗制動</b></p><p>　　電動機在電動狀態(tài)運行時，若把外加電樞電壓U突然降為零，而將電樞串接一個附加電阻短接起來，便能進入能耗制動狀。</p><p>　　4 直流調(diào)速系統(tǒng)的方案設(shè)計</p><p>　　4.1 直

71、流電機調(diào)速方案的選定</p><p>　　1）直流電動機的調(diào)速方法有三種：</p><p>　?。?）調(diào)節(jié)電樞供電電壓U。改變電樞電壓主要是從額定電壓往下降低電樞電壓，從電動機額定轉(zhuǎn)速向下變速，屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法。對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，這種方法最好。aI變化遇到的時間常數(shù)較小，能快速響應(yīng)，但是需要大容量可調(diào)直流電源。 </p><p>

72、　?。?）改變電動機主磁通?。改變磁通可以實現(xiàn)無級平滑調(diào)速，但只能減弱磁通進行調(diào)速（簡稱弱磁調(diào)速），從電機額定轉(zhuǎn)速向上調(diào)速，屬恒功率調(diào)速方法。fI變化時間遇到的時間常數(shù)同aI變化遇到的相比要大得多，響應(yīng)速度較慢，但所需電源容量小。 </p><p>　?。?）改變電樞回路電阻R。在電動機電樞回路外串電阻進行調(diào)速的方法，設(shè)備簡單，操作方便。但是只能進行有級調(diào)速，調(diào)速平滑性差，機械特性較軟；空載時幾乎沒什么

73、調(diào)速作用；還會在調(diào)速電阻上消耗大量電能。 </p><p>　　改變電阻調(diào)速缺點很多，目前很少采用，僅在有些起重機、卷揚機及電車等調(diào)速性能要求不高或低速運轉(zhuǎn)時間不長的傳動系統(tǒng)中采用。弱磁調(diào)速范圍不大，往往是和調(diào)壓調(diào)速配合使用，在額定轉(zhuǎn)速以上作小范圍的升速。對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。因此，自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主。</p>&

74、lt;p>　　圖4—1 改變電樞供電電壓調(diào)速的特性</p><p>　　Figure 4-1 change the characteristics of the armature supply voltage speed control

75、 </p><p>　　2）改變電樞電壓調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)采用的主要方法，調(diào)節(jié)電樞供電電壓需要有專門的可控直流電源，常用的可控直流電源有以下三種： </p><p>　?。?）旋轉(zhuǎn)變流機組。用交流電動機和直流發(fā)電機組成機組，以獲得可調(diào)的直流電壓。 </p><p>　　（2）靜止可控整流器。用靜止的可控整流器，如汞弧整流器和晶

76、閘管整流裝置，產(chǎn)生可調(diào)的直流電壓。 </p><p>　?。?）直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器。用恒定直流電源或不可控整流電源供電，利用直流斬波或脈寬調(diào)制的方法產(chǎn)生可調(diào)的直流平均電壓。 </p><p>　　由于旋轉(zhuǎn)變流機組缺點太多，采用汞弧整流器和閘流管這樣的靜止變流裝置來代替旋轉(zhuǎn)變流機組，形成所謂的離子拖動系統(tǒng)。離子拖動系統(tǒng)克服旋轉(zhuǎn)變流機組的許多缺點，而且縮短了響應(yīng)時間

77、，但是由于汞弧整流器造價較高，體積仍然很大，維護麻煩，尤其是水銀如果泄漏，將會污染環(huán)境，嚴重危害身體健康。目前，采用晶閘管整流供電的直流電動機調(diào)速系統(tǒng)（即晶閘管－電動機調(diào)速系統(tǒng)，簡稱V-M系統(tǒng)，又稱靜止Ward-Leonard系統(tǒng)）已經(jīng)成為直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。但是，晶閘管整流器也有它的缺點，主要表現(xiàn)在以下方面： </p><p>　　①晶閘管一般是單向?qū)щ娫?，晶閘管整流器的電流是不允許反向的，這給

78、電動機實現(xiàn)可逆運行造成困難。必須實現(xiàn)四象限可逆運行時，只好采用開關(guān)切換或正、反兩組全控型整流電路，構(gòu)成V-M可逆調(diào)速系統(tǒng)，后者所用變流設(shè)備要增多一倍。 </p><p>　?、诰чl管元件對于過電壓、過電流以及過高的du/dt和di/dt十分敏感，其中任意指標超過允許值都可能在很短時間內(nèi)元件損壞，因此必須有可靠的保護裝置和符合要求的散熱條件，而且在選擇元件時還應(yīng)保留足夠的余量，以保證晶閘管裝置的可靠運行。

79、 </p><p>　?、劬чl管的控制原理決定了只能滯后觸發(fā)，因此，晶閘管可控制整流器對交流電源來說相當于一個感性負載，吸取滯后的無功電流，因此功率因素低，特別是在深調(diào)速狀態(tài)，即系統(tǒng)在較低速運行時，晶閘管的導(dǎo)通角很小，使得系統(tǒng)的</p><p>　　功率因數(shù)很低，并產(chǎn)生較大的高次諧波電流，引起電網(wǎng)電壓波形畸變，殃及附近的用電設(shè)備。如果采用晶閘管整流裝置的調(diào)速系統(tǒng)在電網(wǎng)中所占容量比

80、重較大，將造成所謂的“電力公害”。為此，應(yīng)采取相應(yīng)的無功補償、濾波和高次諧波的抑制措施。 </p><p>　　④晶閘管整流裝置的輸出電壓是脈動的，而且脈波數(shù)總是有限的。如果主電路電感不是非常大，則輸出電流總存在連續(xù)和斷續(xù)兩種情況，因而機械特性也有連續(xù)和斷續(xù)兩段，連續(xù)段特性比較硬，基本上還是直線；斷續(xù)段特性則很軟，而且呈現(xiàn)出顯著的非線性。 </p><p>　　由于以上

81、種種原因，所以選擇了脈寬調(diào)制變換器進行改變電樞電壓的直流調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　4.2 選擇PWM控制系統(tǒng)的理由</p><p>　　脈寬調(diào)制器UPW采用美國硅通用公司（Silicon General）的第二代產(chǎn)品SG3525，這是一種性能優(yōu)良，功能全、通用性強的單片集成PWM控制器。由于它簡單、可靠及使用方便靈活，大大簡化了脈寬調(diào)制器的設(shè)計及調(diào)試，故獲得廣泛使用。<

82、;/p><p>　　PWM系統(tǒng)在很多方面具有較大的優(yōu)越性：</p><p>　　1）PWM調(diào)速系統(tǒng)主電路線路簡單，需用的功率器件少。</p><p>　　2）開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機損耗及發(fā)熱都較小。</p><p>　　3）低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍廣，可達到1：10000左右。</p><p>　　

83、4）如果可以與快速響應(yīng)的電動機配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應(yīng)快，動態(tài)抗擾能力強。</p><p>　　5）功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當開關(guān)頻率適當時，開關(guān)損耗也不大，因而裝置效率較高。</p><p>　　6）直流電源采用不可控整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。</p><p>　　所以，選擇PWM調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　

84、　4.3 選擇IGBT的H橋型主電路的理由</p><p><b>　　IGBT的優(yōu)點： </b></p><p>　　1）IGBT的開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小。 </p><p>　　2）在相同電壓和電流定額的情況下，IGBT的安全工作區(qū)比GTR大，而且具有耐</p><p>　　脈沖電流沖擊的能力。&

85、#160;</p><p>　　3）IGBT的通態(tài)壓降比VDMOSFET低，特別是在電流較大的區(qū)域。 </p><p>　　4）IGBT的輸入阻抗高，其輸入特性與電力MOSFET類似。 </p><p>　　5）與電力MOSFET和GTR相比，IGBT的耐壓和通流能力還可以進一步提高，同時可保持開關(guān)頻率高的特點。 </p>

86、<p>　　在眾多PWM變換器實現(xiàn)方法中，又以H型PWM變換器更為多見。這種電路具備電流連續(xù)、電動機四象限運行、無摩擦死區(qū)、低速平穩(wěn)性好等優(yōu)點。本次設(shè)計以H型PWM直流控制器為主要研究對象。</p><p>　　圖4—2 IGBT的H橋型主電路</p><p>　　Figure4-2 H-bridge of the main circuit IGBT</p>&l

87、t;p>　　4.4 采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)的理由 </p><p>　　1）同開環(huán)控制系統(tǒng)相比，閉環(huán)控制具有一系列優(yōu)點。在反饋控制系統(tǒng)中，不管出于什么原因（外部擾動或系統(tǒng)內(nèi)部變化），只要被控制量偏離規(guī)定值，就會產(chǎn)生相應(yīng)的控制作用去消除偏差。因此，它具有抑制干擾的能力，對元件特性變化不敏感，并能改善系統(tǒng)的響應(yīng)特性。由于閉環(huán)系統(tǒng)的這些優(yōu)點因此選用閉環(huán)系統(tǒng)。 </p><p&g

88、t;　　2）單閉環(huán)速度反饋調(diào)速系統(tǒng)，采用PI控制器時，可以保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)速度誤差為零。但是如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，如果要求快速起制動，突加負載動態(tài)速降小等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。這主要是因為在單閉環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照要求來控制動態(tài)過程的電流或轉(zhuǎn)矩。另外，單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)抗干擾性較差，當電網(wǎng)電壓波動時，必須待轉(zhuǎn)速發(fā)生變化后，調(diào)節(jié)作用才能產(chǎn)生，因此動態(tài)誤差較大。 </p><p>　　在要求較高

89、的調(diào)速系統(tǒng)中，一般有兩個基本要求：一是能夠快速啟動制動；二是能夠快速克服負載、電網(wǎng)等干擾。通過分析發(fā)現(xiàn)，如果要求快速起動，必須使直流電動機在起動過程中輸出最大的恒定允許電磁轉(zhuǎn)矩，即最大的恒定允許電樞電流，當電樞電流保持最大允許值時，電動機以恒加速度升速至給定轉(zhuǎn)速，然后電樞電流立即降至負載電流值。如果要求快速克服電網(wǎng)的干擾，必須對電樞電流進行調(diào)節(jié)。 </p><p>　　以上兩點都涉及電樞電流的控制，所以

90、自然考慮到將電樞電流也作為被控量，組成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　5 PWM調(diào)速系統(tǒng)的工作原理和組成</p><p>　　5.1 PWM調(diào)速系統(tǒng)的工作原理</p><p>　　目前，應(yīng)用較廣的一種PWM調(diào)速系統(tǒng)的基本電路如圖所示5—1所示。三相交流電源經(jīng)整流濾波變成電壓恒定的直流電壓，VT1～VT4為四只IGBT，工作在開關(guān)狀態(tài)，其中，處于對角線

91、上的一對開關(guān)管的柵級因接受同一控制信號而同時導(dǎo)通或截至。若VT1和VT4導(dǎo)通，則電動機電樞上加正向電壓；若VT2和VT3導(dǎo)通，則電動機電樞上加反向電壓。當它們以較高的頻率（一般為2000Hz）交替導(dǎo)通時，電樞兩端的電壓波形如圖4—2所示。由于機械慣性的作用，決定電動機轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速的僅為此電壓的平均值。</p><p>　　圖5—1 PWM調(diào)速系統(tǒng)的基本主電路</p><p>　　Basic

92、primary circuit of Figure 5-1 PWM speed control system</p><p>　　圖5—2 電動機電樞電壓的波形</p><p>　　Motor armature voltage waveform of Figure 5-2</p><p>　　設(shè)矩形波的周期為T,正向脈沖寬度為，并設(shè)導(dǎo)通占空比為D，則</p&g

93、t;<p><b>　　(5—1)</b></p><p>　　由圖5—2可求出電樞電壓的平均值為:</p><p><b>　?。?—2）</b></p><p>　　由式(5—1)可知，在T為常數(shù)時，人為地改變正脈沖的寬度以改變導(dǎo)通占空比，即可改變，達到調(diào)速的目的。當時，，電動機轉(zhuǎn)速為零；當時，為正，電動

94、機正轉(zhuǎn)，且在時，=,正向轉(zhuǎn)速最高；當時，為負，電動機反轉(zhuǎn)，且在時，，反向轉(zhuǎn)速最高。連續(xù)地改變正脈沖的寬度，即可實現(xiàn)直流電動機的無級調(diào)速。</p><p>　　5.2 PWM調(diào)速系統(tǒng)的組成</p><p>　　本次設(shè)計采用了MCS-51系列單片機控制PWM信號從而實現(xiàn)對直流電機轉(zhuǎn)速進行控制的方法。設(shè)計中采用了專門的芯片組成了PWM信號的發(fā)生系統(tǒng)，此外，設(shè)計中還采用了芯片IR2110作為直流電

95、機調(diào)速功率放大電路的驅(qū)動模塊，并且把它與延時電路相結(jié)合完成了在主電路中對直流電機的控制。另外，本系統(tǒng)中使用了測速發(fā)電機對直流電機的轉(zhuǎn)速進行測量，經(jīng)過濾波電路后，將測量值送到A/D轉(zhuǎn)換器，并且最終作為反饋值輸入到單片機進行PI運算，從而實現(xiàn)了對直流電機速度的控制。</p><p><b>　　系統(tǒng)總體設(shè)計框圖：</b></p><p>　　圖5—3 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖&l

96、t;/p><p>　　Figure 5-3 overall system design diagram</p><p>　　5.2.1 控制電路組成</p><p>　　1）8051單片機的組成</p><p>　?。?）8051單片機由CPU和8個部件組成，它們都通過片內(nèi)單一總線連接，其基本結(jié)構(gòu)依然是通用CPU加上外圍芯片的結(jié)構(gòu)模式，但在功能單

97、元的控制上采用了特殊功能寄存器的集中控制方法。其基本組成如下圖所示：</p><p>　　圖5—4 8051單片機的基本組成圖</p><p>　　Figure 5-4 8051 basic composition diagram</p><p>　　（2）CPU及8個部件的作用功能介紹如下：</p><p>　　中央處理器CPU：它是單片機

98、的核心，完成運算和控制功能。</p><p>　　內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器：8051芯片中共有256個RAM單元，能作為存儲器使用的只是前128個單元，其地址為00H—7FH。通常說的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器就是指這前128個單元，簡稱內(nèi)部RAM。</p><p>　　特殊功能寄存器：是用來對片內(nèi)各部件進行管理、控制、監(jiān)視的控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個特殊功能的RAM區(qū)，位于內(nèi)部RAM的高128個單元，其地

99、址為80H—FFH。</p><p>　　內(nèi)部程序存儲器：8051芯片內(nèi)部共有4K個單元，用于存儲程序、原始數(shù)據(jù)或表格，簡稱內(nèi)部ROM。</p><p>　　并行I/O口：8051芯片內(nèi)部有4個8位的I/O口（P0，P1，P2，P3），以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入輸出。</p><p>　　串行口：它是用來實現(xiàn)單片機和其他設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。</p>&l

100、t;p>　　定時器：8051片內(nèi)有2個16位的定時器，用來實現(xiàn)定時或者計數(shù)功能，并且以其定時或計數(shù)結(jié)果對計算機進行控制。</p><p>　　中斷控制系統(tǒng)：該芯片共有5個中斷源，即外部中斷2個，定時/計數(shù)中斷2個和串行中斷1個。</p><p>　　振蕩電路：它外接石英晶體和微調(diào)電容即可構(gòu)成8051單片機產(chǎn)生時鐘脈沖序列的時鐘電路。系統(tǒng)允許的最高晶振頻率為12MHz。</p&g

101、t;<p>　?。?）8051單片機引腳圖</p><p>　　圖5—5 單片機引腳圖</p><p>　　Figure 5-5 microcontroller pin map</p><p>　　2）單片機系統(tǒng)中所用其他芯片簡介</p><p>　　（1）地址鎖存器74LS373</p><p>　　7

102、4LS373片內(nèi)是8個輸出帶三態(tài)門的D鎖存器。其結(jié)構(gòu)如下圖所示：</p><p>　　圖5—6 74LS373芯片內(nèi)結(jié)構(gòu)</p><p>　　5-6 74LS373 chip Chart</p><p>　　當使能端G呈高電平時，鎖存器中的內(nèi)容可以更新，而在返回低電平的瞬間實現(xiàn)</p><p>　　鎖存。如果此時芯片的輸出控制端OE為低，也即

103、是輸出三態(tài)門打開，鎖存器中的地址信息便可以通過三態(tài)門輸出。以下是其引腳圖：</p><p>　　圖5—7 74LS373芯片引腳圖</p><p>　　Figure 5-7 74LS373 chip pin map</p><p>　?。?）程序存儲器27128</p><p><b>　　①芯片引腳</b></p

104、><p>　　圖5—8 27128芯片引腳圖</p><p>　　Figure 5-827128 chip pin map</p><p><b>　　②功能表</b></p><p>　?。?）數(shù)據(jù)存儲器6264</p><p><b>　　①芯片引腳</b></p>

105、;<p>　　圖5—9 6264芯片引腳圖</p><p>　　Figure 5-96264 chip pin map</p><p><b>　?、谛酒δ鼙?lt;/b></p><p>　　3）8051單片機擴展電路及分析</p><p>　　圖5—10 8051單片機擴展電路</p><

106、;p>　　Figure 5-10 8051 expansion circuit</p><p><b>　　接線分析</b></p><p>　　a.P0.7---P0.0：這8個引腳共有兩種不同的功能，分別使用于兩種不同的情況：</p><p>　?。?）8051不帶片外存儲器，P0口可以作為通用I/O口使用，P0.7---P0.0用于

107、傳送CPU的I/O數(shù)據(jù)。</p><p>　?。?）8051帶片外存儲器，P0.7---P0.0在CPU訪問片外存儲器時先是用于傳送片外存儲器的低8位地址，然后傳送CPU對片外存儲器的讀寫數(shù)據(jù)。</p><p>　　b.P2.7---P2.0：這組引腳的第一功能可以作為通用的I/O使用。它的第二功能和P0口引腳的第二功能相配合，用于輸出片外存儲器的高8位地址，共同選中片外存儲器單元，但是并

108、不能像P0口那樣還可以傳送存儲器的讀寫數(shù)據(jù)。</p><p>　　c.P3.7---P3.0：這組引腳的第一功能為傳送用戶的輸入/輸出數(shù)據(jù)。它的第二功能作為控制用，每個引腳不盡相同，如下表所示：</p><p>　　VCC為+5V電源線，VSS為接地線。</p><p>　　ALE/：地址鎖存允許/編程線，配合P0口引腳的第二功能使用，在訪問片外存儲器時，8051C

109、PU在P0.7---P0.0引腳線上輸出片外存儲器低8位地址的同時還在ALE/線上輸出一個高電位脈沖，其下降沿用于把這個片外存儲器低8位地址鎖存到外部專用地址鎖存器，以便空出P0.7---P0.0引腳線去傳送隨后而來的片外存儲器的讀寫數(shù)據(jù)。在不訪問片外存儲器時，8051自動在ALE/線上輸出頻率為1/6 fOSC的脈沖序列。該脈沖序列可以用作外部時鐘源或者作為定時脈沖源使用。</p><p>　　/ VPP：允許

110、訪問片外存儲器/編程電源線，可以控制8051使用片內(nèi)ROM還是片外ROM。如果=1，那么允許使用片內(nèi)ROM；如果=0，那么允許使用片外ROM。</p><p>　?。浩釸OM選通線，在執(zhí)行訪問片外ROM的指令MOVC時，8051自動在線上產(chǎn)生一個負脈沖，用于片外ROM芯片的選通。其他情況下， 線均為高電平封鎖狀態(tài)。</p><p>　　RST/VPD：復(fù)位備用電源線，可以使80

111、51處于復(fù)位工作狀態(tài)。</p><p>　　XTAL1和XTAL2：片內(nèi)振蕩電路輸入線，這兩個端子用來外接石英晶體和微調(diào)電容，即用來連接8051片內(nèi)OSC的定時反饋電路。石英晶振起振后，應(yīng)能在XTAL2線上輸出一個3V左右的正弦波，以便于8051片內(nèi)的OSC電路按石英晶振相同頻率自激振蕩，電容C1、C2可以幫助起振，調(diào)節(jié)它們可以達到微調(diào)fOSC的目的。</p><p>　　5.2.2 PW

112、M信號發(fā)生電路設(shè)計</p><p>　　1）PWM信號發(fā)生電路設(shè)計</p><p>　　圖5—11 PWM信號發(fā)生電路</p><p>　　Figure 5-11 PWM signal generating circuit</p><p>　　PWM波可以由具有PWM輸出的單片機通過編程來得以產(chǎn)生，也可以采用PWM專用芯片來實現(xiàn)。當PWM波的

113、頻率太高時，它對直流電機驅(qū)動的功率管要求太高，而當它的頻率太低時，其產(chǎn)生的電磁噪聲就比較大，在實際應(yīng)用中，當PWM波的頻率在18KHz左右時，效果最好。在本系統(tǒng)內(nèi)，采用了兩片4位數(shù)值比較器4585和一片12位串行計數(shù)器4040組成了PWM信號發(fā)生電路。</p><p>　　（1）兩片數(shù)值比較器4585，即圖上U2、U3的A組接12位串行4040計數(shù)輸出端Q2—Q9，而U2、U3的B組接到單片機的P1端口。只要改變

114、P1端口的輸出值，那么就可以使得PWM信號的占空比發(fā)生變化，從而進行調(diào)速控制。</p><p>　?。?）12位串行計數(shù)器4040的計數(shù)輸入端CLK接到單片機C51晶振的振蕩輸出XTAL2。計數(shù)器4040每來8個脈沖，其輸出Q2—Q9加1，當計數(shù)值小于或者等于單片機P1端口輸出值X時，圖中U2的（A>B）輸出端保持為低電平，而當計數(shù)值大于單片機P1端口輸出值X時，圖中U2的（A>B）輸出端為高電平。隨

115、著計數(shù)值的增加，Q2—Q9由全“1”變?yōu)槿?”時，圖中U2的（A>B）輸出端又變?yōu)榈碗娖?，這樣就在U2的（A>B）端得到了PWM的信號，</p><p><b>　　它的占空比為：</b></p><p><b>　　(5—3)</b></p><p>　　那么只要改變X的數(shù)值，就可以相應(yīng)的改變PWM信號的占

116、空比，又根據(jù)</p><p><b>　　式(5—3)</b></p><p><b>　　式(3—4)</b></p><p>　　知改變占空比，可以改變電動機電樞電壓的平均電壓，從而實現(xiàn)對直流電動機轉(zhuǎn)速的控制。</p><p>　　使用這個方法時，單片機只需要根據(jù)調(diào)整量輸出X的值，而PWM信號由

117、三片通用數(shù)字電路生成，這樣可以使得軟件大大簡化，同時也有利于單片機系統(tǒng)的正常工作。由于單片機上電復(fù)位時P1端口輸出全為“1”，使用數(shù)值比較器4585的B組與P1端口相連，升速時P0端口輸出X按一定規(guī)律減少，而降速時按一定規(guī)律增大。</p><p>　　2）PWM發(fā)生電路主要芯片的工作原理</p><p><b>　　a.芯片4585</b></p>&l

118、t;p>　?。?）芯片4585的用途：</p><p>　　對于A和B兩組4位并行數(shù)值進行比較，來判斷它們之間的大小是否相等。</p><p>　?。?）芯片4585的功能表：</p><p>　　（3）芯片4585的引腳圖：</p><p>　　圖5—12 芯片4858引腳圖</p><p>　　Figure