带式输送机电动机无触点开关设计

1、 辽宁科技大学毕业设计 第42页带式输送机电动机无触点开关设计摘 要本文设计，制作了一套完整的带式输送机电动机无触点开关控制系统，并在实验室成功完成了试验，整个系统由三相异步电动机主回路，无触点开关控制电路，和检测电路组成。针对带式输送机电动机大功率、高负载的工作状况，通过相关参数的计算，合理的选择了可控硅的型号，完成了主回路的设计。运用模块化的方法，通过对输入电路、输出电路、CPU接口的参数计算完成了对无触点开关控制电路的设计。再通过主回路的故障分析和性能分析完成采样电流检测回路和同步电压检测回路的计算和估算，从而完成了检测电路的设计。本设计采用美国微芯公司(MICROCHIP)的最新单片机

2、dsPIC30F6014,提供了强大的16位单片机所具备的的所有功能。还采用了晶闸管的半波整流功能完成了电机的能耗制动系统的设计。关键词：带式输送机；无触点开关；主回路；控制电路；检测电路；单片机；能耗制动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 录摘 要IAbstractII目 录III1 绪论11.1 带式输送机简介11.2 无触点开关简介21.2.1 无触点开关的

7、发展历史21.2.2 无触点控制的优缺点31.3 带式输送机使用无触点开关的原因32 无触点开关组成及其原理52.1 无触点开关的原理52.1.1 无触点开关基本电路52.1.2 过零点触发62.2 无触点开关的组成63 无触点开关主回路设计83.1 主回路原理及组成83.2晶闸管的选择及相关计算93.3 主回路与控制回路的连接104 控制电路的设计124.1 控制电路概述124.2 输入电路设计124.2.1 输入电路原理124.2.2 输入电路的组成及电路图134.2.3 参数计算144.3 继电器输出电路164.3.1 继电器输出电路原理164.3.2 继电器输出电路的组成以及电路图17

8、4.4 驱动输出回路的设计204.4.1 驱动输出电路原理204.4.2 驱动输出电路的组成和电路图214.5 控制器介绍265 检测电路的设计285.1电流信号的检测回路的设计285.1.1 电流信号检测回路原理285.1.2 电路的组成295.1.3 参数计算335.2 电压同步信号检测回路的设计346 无触点开关的软件设计376.1 系统的主程序设计386.2 脉冲触发同步信号中断程序设计38结论40致谢41参考文献421 绪论1.1 带式输送机简介带式输送机的主要部件是输送带，输送带间作牵引机构和承载机构，带式输送机它主要包括以下几个部分：输送带、托辊及中间架、滚筒拉紧装置、制动装置、

9、清扫装置和卸料装置等。其结构如图1.1所示。输送带绕经传动滚筒和机尾换向滚筒形成一个无极的环形带。输送带的上、下两部分都支承在托辊上。拉紧装置给输送带以正常运转所需要的拉紧力。电动机通过减速装置使传动滚筒传动时，传动滚筒通过它和输送带之间的摩擦力带动输送带运行。物料从装载点装到输送带上，形成连续运动的物流，在卸载点卸载。一般物料是装载到上带（承载段）的上面，在机头滚筒（在此，即是传动滚筒）卸载，利用专门的卸载装置也可在中间卸载。普通型带式输送机的机身的尚待是用槽形托辊支撑，以增加物流断面积，下带为返回段（不承载的空带）一般下托辊为平托辊。带式输送机可用于水平、倾斜和垂直运输。对于普通型带式输送

10、机倾斜向上运输，其倾斜角不超过18°，向下运输不超过15°.输送带是带式输送机部件中最易磨损的部件。当输送磨损性强的物料时，如铁矿石等，输送带的耐久性要显著降低。图 1.1 带式输送机11.2 无触点开关简介1.2.1 无触点开关的发展历史在六十年代迅速发展起来的硅可控整流元件即可控硅，是电子技术中的一种新型大功率半导体器件，它被广泛的应用在电气化、自动化技术当中，成为技术改造不可缺少的重要元件。它可作可控整流、无触点开关、变频等用途，具有体积小、重量轻、效率高、无噪声、操作维护方便等许多优点。晶闸管即可控硅，利用它的开关特性可代替接触器、继电器用于频繁操作与开关的场合，具

11、有无触点、开关频率高以及电磁干扰小等优点。对三相交流异步电动机实行无触点控制，具有无拉弧现象、不需要触点接通电路、不需要触点电器的电磁线圈，有利于交流电动机的控制电子化2 。如今世界微电子及电力技术的发展，已经渗透到各国的工农、科技、经济、社会和日常生活的各个领域。由于电器开关产品量大而广，在工农业、运输、共用事业、人民生活的各个方面起着不可缺少的作用，毫无例外在电子技术风靡全球中也经历着深刻的变化，尤其电器开关和电子技术结合在一起发展壮大，带脑子部件参与组成的电器开关向着高速、高科技方向发展，可以说，及时利用微电子、电力电子最新技术成就，也是改善电器开关的根本。智能化电器是在传统开关设备中，

12、引入计算机技术数字处理和网络通讯技术而发展起来的新一代开关电器。在智能化电器中，实现微机测量、保护和控制，部分或全部取代传统开关设备的二次系统；引入网络通讯功能，实现电器之间和电器与电力自动化系统之间的信息交换及信息共享；利用现代传感器技术对开关电器的运行状态进行在线监测。随着现代文明的发展与进步，社会产生和生活对电能供应的质量和管理提出越来越高的要求。作为电能传输与控制设备，电器元件设备必须改变传统的设计和控制模式，才能适应现代电力系统、现代化工业和社会的发展趋势，近年来出现了智能型无触点开关等一系列产品，并开始在供配电系统中得以应用7。1.2.2 无触点控制的优缺点优点：1无触点控制系统不

13、存在电器磨损、机械磨损、碰撞和冲击，所以元件运行可靠、动作快、寿命长、结构紧凑，体积小。2操作安全，维修方便。缺点：1温度稳定性差。2抗干扰性差。3过载能力差，由于半导体元件的过电压、过电流能力差，所以容易过载击穿或烧毁。1.3 带式输送机使用无触点开关的原因在电力系统配电网中,为减少线路压降和提高功率因数,以降低网损、节约电能和改善供电电压质量,大都安装无功功率自动补偿装置。而电力负载一直进行难以预期的动态变化,因此电容器到电网间有一个频繁投切的过程。传统的投切用电气开关通常有两种:一是普通的接触器,其优点是稳态导通时无压降,能耗少,但是缺点却非常明显触点投入瞬间,触头处往往会产生火花,并且

14、浪涌电流非常大;切断触点时,触头又容易拉出电弧,造成咬死现象,尽管采用带预投电阻的专用接触器一定程度上可以降低浪涌,但是综合效果并非理想。另一种开关就是电力电子开关器件,常用的是晶闸管,通过过零投切可以大大减少浪涌电流、火花等现象。很多工厂用电动机的功率都比较大，如果仍用机械式控制器的控制系统，事故率就会极高，所造成的维修量也极大，存在的问题也很多，可以归纳为以下几点3。1）大功率的电动机使机械式控制器和交流接触器机械磨损和电流冲击作用，寿命大大降低。2）各种机械式控制器、交流接触器和电流接点多、线路联锁、互锁特别复杂，经常出现接点的接触不良，甚至出现接点的粘连事故，造成电控系统的失效，从而引

15、起电动机的停机或损坏。3）转子回路多级切换金属电阻的启动方式会造成切换时弧光闪烁，再加上环境灰尘大，因此在工作时经常发生交流接触器主触点接触不良，转子电阻不平衡，电动机发热，铁心接合面脏污，接合面未对好，交流铁心吸合时噪声过大，接触器滞磁，断开动作迟缓，接点粘连，接触器线圈烧损等多种故障。而与带式输送机配套的电动机的功率都比较大，控制电动机的机械式控制器和交流接触器机械磨损和电流冲击作用，寿命大大降低。那么在这种情况下要保证电动机的可靠运行，提高设备有效作业率，除加强对控制系统和电动机的维护外，更重要的是从根本上提高控制系统的可靠性，而利用无触点开关技术可为电动机提供可靠的保证。随着机电工业的

16、不断发展, 大型机电设备越来越多, 对机电产品的控制技术也就要求得越来越高, 无触点开关技术也将应用的更加广泛。 2 无触点开关组成及其原理2.1 无触点开关的原理2.1.1 无触点开关基本电路晶闸管元件具有导通与阻断两种作用，相当于有触点开关的开和关，可用作定子回路中的控制元件或控制开关，由于它没有触头的机械运动，所以称为无触点开关。当晶闸管加有正向电压的情况下，加上适当的触发信号就可使晶闸管从关断转为导通状态。除去触发信号，当阳极电压为零时即自行关断，从而达到开与关的目的。利用两只反并联的晶闸管组成的双向无触点开关就可以代替交流接触器的一相主触头，无触发信号时，晶闸管不导通，电路处于断开的

17、状态5。两只可控硅反向并联组成的单相交流可控硅开关主电路如图1.2所示。如果可控硅SCR1、SCR2、都加上正向控制电压，在电源电压u的正半周时，SCR1导通，而SCR2截止；在电源电压u的负半周时，SCRl因承受反向阳极电压即自动关断，而SCR2则导通。这样，两个可控硅交替工作，负载就得到一个交流电压。这就相当于开关处在闭合状态。如果不加正向控制电压，两个可控硅都不导通，就相当于开关处在断开状态。 图1.2 单相交流可控硅开关主电路2.1.2 过零点触发 在一般的调压和整流电路所采用的晶闸管是移相触发控制，这种触发方式的主要缺点是其所产生的缺角正弦波中包含较大的高次谐波，对电力系统形成干扰。

18、然而在无触点开关电路中只要求电流的通断，并不要求电压的调节，所以晶闸管使用过零点触发的方式。其波形图如图1.3，晶闸管过零触发开关是在电路电压为零或接近零的瞬间给晶闸管以触发脉冲使之导通，利用管子电流小于维持电流使管子自行关断9。图1.3 过零点触发波形图2.2 无触点开关的组成三相交流电机无触点开关控制器是为了实现对大功率三相交流电机进行适时准确的正转、反转、制动和监测反馈等控制。根据要求进行电路设计，将无触点控制器分成三个主要模块进行设计，即：无触点控制器的主回路、控制电路、检测电路。无触点开关控制器主回路中采用晶闸管作为三相交流电源和三相交流电机的中间连接元件。通过来自控制电路的控制信息

19、控制晶闸管的通断来实现电机电源的加载和电机的启动、正反转和制动等控制。采用这种方式对高电压、大电流的通断控制，避免了普通强电通断控制中产生的强烈电弧带来的危害。 控制电路采用美国微芯公司MICROCHIP的最新单片机dsPIC30F6014来实现对各种控制信号的处理和输出，从而实现主电路中晶闸管的导通和关断控制。无触点开关控制器的整体结构如图2.1所示。检测信号外界控制信号控制信号三相电源输入端无触点控制器主电路三相交流电机控制电路检测电路图 2.1 无触点开关整体结构图3 无触点开关主回路设计3.1 主回路原理及组成根据三相交流异步电机的工作原理，只要将三相电源正确加载到电机，电机即可实现正

20、转。改变三相电源任意两相的相序，电机即实现反转。本设计中电机的制动方式采用能耗制动。能耗制动是比较常用的准确停车的方法11。根据能耗制动的原理，只要三相交流电机定子绕组从三相交流电源断开，然后立即将一低压直流电源通入定子绕组。三相交流电动机内部会立即产生一个与转子实际旋转方向相反的制动力矩实现电机的快速制动。正转、反转、制动的连接如图3.1所示。图 3.1 正转、反转、制动的连接图 根据上述原理，只要把上述各种控制的接线方式融合到一起，然后在三相电源的每相回路中串联可控晶闸管，在控制电路和晶闸管触发电路的配合下，就可以实现三相交流电机的无触点开关控制。无触点开关主回路的具体电路如图3.2所示。

21、该控制系统主回路采用三相交流电路，工作时QL0闭合，由程序控制晶闸管的工作，在此电路中晶闸管的选择尤其重要。在选择晶闸管时，必须认真考虑其参数特性。在此电路中采用五组双向反并联晶闸管构成晶闸管回路，用的是过零点触发，触发的原理已经于第二章介绍过。图 3.2 无触点开关主回路3.2晶闸管的选择及相关计算由于晶闸管工作时可能会遭受到瞬时过电压，为了确保管子安全运行，在选用晶闸管时应使其额定电压为正常工作电压峰值的23 倍。本课题所研究输送机用电机电压为 380V ，晶闸管的额定电压的选择由式(3-1)决定。 (3-1)晶闸管在用于交流电路时，其通态额定电流是指电流有效值。异步电机额定功率为 11K

22、W，则晶闸管额定电流与为： (3-2)而启动电流可以高达额定电流的48倍，这就要求双向晶闸管的额定通态平均电流 (3-3)在选择晶闸管时仅仅加大安全裕量是不够的。为了使晶闸管能正常工作而不受损坏，还必须对过电压、过电流等进行适当的保护。根据市场现有产品和价格，系统最后选择了型号为 3CT200A/1600V 的晶闸管，其额定电压为 1600V ，额定电流为200A , 能满足系统。3.3 主回路与控制回路的连接为了避免电路中强电电路对弱电电路可能造成的不必要损坏和其它互相干扰因素的影响，电路设计中一般将强电电路（如：三相主电路）和弱电电路（如：控制电路）隔离设计，最后通过光电元件耦合。这样的设

23、计不仅有利于减小电路整体消耗的功率，而且可以避免强电控制引发的干扰问题。三相交流电机无触点开关控制器采用了光电耦合器来实现控制信号的传递。光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。光电耦合器的种类较多，常见有光电二极管型、光电三极管型、光敏电阻型、光控晶闸管型、光电达林顿型、集成电路型等。由于它是借助于光作为媒介物进行耦合的，所以它具有较强的隔离和抗干扰能力，广泛的应用于电信号耦合

24、，电平匹配、光电开关和电位隔离等多种模拟和数字电路中。工作原理：在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光，光的强度取决于激励电流的大小，此光照射到封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生了光电流，由受光器输出端引出，这样就实现了电一光一电的转换。基本工作特性（以光敏三极管为例） 1、共模抑制比很高 在光电耦合器内部，由于发光管和受光器之间的耦合电容很小（2pF以内）所以共模输入电压通过极间耦合电容对输出电流的影响很小，因而共模抑制比很高。 2、输出特性光电耦合器的输出特性是指在一定的发光电流IF下，光敏管所加偏置电压VCE与输出电流IC之间的关系，当IF=0时，发光二极管不发光，此时的光敏晶体管

25、集电极输出电流称为暗电流，一般很小。当IF>0时，在一定的IF作用下，所对应的IC基本上与VCE无关。IC与IF之间的变化成线性关系，用半导体管特性图示仪测出的光电耦合器的输出特性与普通晶体三极管输出特性相似。3、光电耦合器可作为线性耦合器使用。 在发光二极管上提供一个偏置电流，再把信号电压通过电阻耦合到发光二极管上，这样光电晶体管接收到的是在偏置电流上增、减变化的光信号，其输出电流将随输入的信号电压作线性变化。光电耦合器也可工作于开关状态，传输脉冲信号。在传输脉冲信号时，输入信号和输出信号之间存在一定的延迟时间，不同结构的光电耦合器输入、输出延迟时间相差很大。4 控制电路的设计4.1

26、控制电路概述控制回路的主要作用是在外界控制信号输入时，控制电路发出相应的控制信号控制主电路中相应的晶闸管适时触发和关断，从而实现对主电路中电机的有效控制。控制电路的设计是三相交流电机无触点控制器的核心部分，控制电路的工作流程图4.1所示输出转换电路控制信号单片机输入电路外界控制信号控制需求图 4.1 控制电路的工作流程图4.2 输入电路设计4.2.1 输入电路原理输入电路的基本作用为完成给定的命令，输入信号采用24V的电平信号，而单片机所要求的电平信号为5V，必须完成由24V到5V的转化，在电路中为了防止电信号的互相干扰，必须把24V的地与5V的地分开，在这里本设计采用的是光电耦合器，型号为P

27、C817,内部电路方框图如图4.2所示。图4.2 PC817内部电路方框图光电耦合器是将发光元件和受光元件密封在同一管壳中，用作光电转换的一种半导体器件。为了实现波长的最佳匹配，光电耦合器的发光源通常是砷化镓和镓铝砷发光二极管，受光部分由硅光敏二极管、光敏三极管或光晶闸管组成。由于它是借助于光作为媒介物进行耦合的，所以它具有较强的隔离和抗干扰能力，广泛的应用于电信号耦合，电平匹配、光电开关和电位隔离等多种模拟和数字电路中。采用PC817型的光电耦合器，可以更好的起到抗干扰的作用。4.2.2 输入电路的组成及电路图 该电路由正转控制输入电路、停止控制输入电路、反转控制输入电路、复位控制输入电路、

28、外部故障输入电路、急停控制输入电路组成，如图4.3所示。 图4.3 输入电路图4.4 正转控制输入电路4.2.3 参数计算输入电路的六个电路的元件类型基本相同，可对正转控制输入回路进行举例分析，如图4.4所示，该电路包含两个基本回路，它们由光电耦合器连接，使两个回路的地隔开，起到抗干扰的作用。光电耦合器出入回路电流由24V电源，限流电阻，发光二极管LED经过光电耦合器接地,下面介绍一下所用元件的具体原理以及参数。1发光二极管LED发光二极管LED是一种电-光转换半导体器件，在各部门，尤其是仪器、家用电器中广泛应用。表4.1为国产部分LED的型号、参数表，本设计采用的是BT202型发光二极管，具

29、体参数可查表。表4.1 国产部分LED的型号、参数表参考型号极限功率（mW）极限工作电流（mA）正向工作电流（mA）正向工作电压（V）反向漏电流（）反向击穿电压(V)发光颜色光视效能K(mIm/mW)BT201A1007020红BT201E1007020红BT201F1007020红BT203A1007010红BT203E1007010红BT203F1007010红BT202A30205红BT202E100205红BT301A10060401.11.3绿BT301B10060401.11.3绿BT401A100_40_红外光BT401B100_40_BT401C100_40_注：BT401的的

30、测试条件为=400mA 生产厂家：苏州半导体总厂2、PC817型光电耦合器的具体参数见表4.2表 4.2 PC817型光电耦合器具体参数型号等级牌号Ic(mA)PC817XABCD或无牌号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根据元件参数可以计算出限流电阻的阻值:这里我们选R1阻值为4.7

31、。输出回路中根据查表计算:4.3 继电器输出电路4.3.1 继电器输出电路原理继电器输出部分是无触点开关的重要部分，通过接在继电器输出电路外部的仪器，可以准确的判断出电机的运行状态，特别是故障继电器输出更为重要，当系统发生故障时，可以有效的显示，以防止更大的事故发生。4.3.2 继电器输出电路的组成以及电路图 继电器输出电路由正转继电器输出电路，反转继电器输出电路，制动继电器输出电路和故障继电器输出电路组成，其电路图如图4.5所示。 图 4.5 继电器输出电路四个继电器输出电路结构大致相同，下面以故障继电器输出电路进行分析，电路图如图4.6所示，该电路主要由限流电阻，NPN型三极管9013，光

32、电耦合器PS2701,续流二极管，发光二极管，以及继电器组成。图 4.6 故障继电器输出电路如图4.6所示，控制器的输出的信号通过限流电阻R83输入三极管T7的基极，使得光电耦合器的输入回路导通，发光二极管发光，使得输出回路导通，电流流进三极管T8的基极，使得三极管导通，继电器K4的线圈得电，触点K4闭合。回路中加入续流保护二极管D12起到保护作用。1、三极管90139013是一种NPN型硅小功率的三极管它是非常常见的晶体三极管，在收音机以及各种放大电路中经常看到它，应用范围很广,它是NPN型小功率三极管，它的具体参数见表4.4，4.5。表 4.4 9013型三极管具体参数参数符号测试条件最小

33、值最大值单位集电极基极击穿电压,45_V集电极发射极击穿电压,25_V发射极基极击穿电压,5_V集电极基极截止电流,_0.1集电极发射极截止电流,_0.1发射极基极截止电流,_0.1直流电流增益,64300_40_集电极发射极饱和压降_0.6V基极发射极饱和压降,_1.2V基极发射极正向电压_1.4V特征频率150_MHz表4.5 分类档次DEFGHI范围64-9178-11296-135112-166144-220190-300特征：最大耗散功率最大集电极电流集电极基极击穿电压 2、光电耦合器PS2701如图4.7图 4.7光电耦合器PS2701特点：高压隔离。隔离电压：正向电流：50mA反

34、向击穿电压：40V电流传输比：50%300%该光电耦合器的作用是把+5V和24V的电源的地隔开，起到抗干扰的作用。4.4 驱动输出回路的设计4.4.1 驱动输出电路原理 驱动输出电路是整个无触点开关系统的执行部分，它接收单片机处理后的信号，通过对信号的处理，触发主回路的晶闸管，控制晶闸管的导通或关断。驱动输出电路还可以控制晶闸管的移相触发，来控制电机的能耗制动。4.4.2 驱动输出电路的组成和电路图 驱动输出电路由过零触发电路和移相触发电路两大部分组成，过零触发电路控制晶闸管的导通和关断，移相触发电路控制电机的能耗制动。在具体线路的链接上分化成六组电路图，为L1相驱动回路、L3相驱动回路如图、

35、B相过触发回路如图、L1相反转驱动回路如图、L3相反转驱动回路如图以及控制它们互锁的继电器输出电路如图。 由于其中的控制思想有许多相同之处，我们可以总结举例来逐个分析，可以分为继电器输出驱动回路、过零触发驱动回路和能耗制动驱动回路。1、继电器输出驱动回路 这里我们以正反转继电器输出互锁驱动回路为例如图4.8，4.9所示。正转继电器输出回路和反转继电器输出回路分别控制正转驱动回路和反转驱动回路，而且在控制上实现互锁，如图，当继电器J200的线圈得电时，接在正转驱动回路上的常开触点J200闭合，电机正转，而接在反转驱动回路上的常闭触点J200则断开，这样无论反转继电器的线圈J201是否得电，反转驱

36、动回路都不工作。反之，当电机在反转工作时，正转驱动回路同样也不工作，这就实现了电机的正反转的互锁。图 4.8 正反转继电器输出互锁驱动回路图 4.9 正反转继电器输出互锁驱动回路2、过零触发驱动回路这里我们以L3相正转驱动回路为例进行分析，如图4.10所示。图 4.10 L3相正转驱动回路该电路主要由光电耦合器IL4118、限流电阻、分压电阻、二极管、晶闸管等元件组成。IL4118光耦：在本系统设计中采用型号为IL4118的光耦来触发晶闸管，该光电耦合器由发光二极管和过零光敏可控硅组成，专门用于控制可控硅过零触发。当常开触点J200闭合时，两个光电耦合器的发光二极管部分导通，发光二极管发光，触

37、发导通双相可控硅，当交流电流由L3流向L1时，晶闸管VT3-2处于反向截至状态，电流由K32端口流进控制回路，由于电阻R88的阻值远远大于二极管D28的阻值，电流经过二极管D28和限流电阻，流经两个光电耦合器U29、U30的双向可控硅，电流分为两路，一路电流流向晶闸管VT3-1的门极B点，而另一路经过降压电阻R90降压后,使得A点和B点的电位高于C点的电位，形成压差，使晶闸管VT3-1触发导通。IL4118光耦的断态峰值电压为800V,而L1与L3之间的峰值电压大约为600V，为了保护光电耦合器不被损坏，使用了两个光电耦合器进行分压，并在两个光耦上并联两个电阻进行分压。二极管D28作用是K32

38、和G32产生正向电压，防止晶闸管VT3-2误导通，造成环流，发生事故。当电流由L1流向L3时，其原理与上述原理相同，这里不再重叙。3、能耗制动驱动回路 异步电动机的反接制动用于准确停车有一定的困难，因为它容易造成反转，而且电能损耗比较大，反馈制动虽是比较经济的制动方法，但它只能在高于同步的转速下使用；而能耗制动却是比较常用的准确停车的方法。 本设计采用的就是能耗制动。异步电动机能耗制动的原理线路图一般如图4.11所示6图 4.11 异步电动机能耗制动的原理线路图进行能耗制动时，首先将定子绕组从三相交流电源断开（1KM打开），接着立即将一低压直流电源通入电源定子绕组（2KM闭合）。直流电流通过定

39、子绕组后，在电动机内部建立一个固定不变的磁场，由于转子在运动系统储存的机械能维持下继续旋转，转子导体内就产生感应电势和电流，该电流与恒定磁场相互作用产生作用方向与转子实际旋转方向相反的制动转矩，在它的作用下，电动机转速迅速下降，此时运动系统贮存的机械能被电动机转换成电能后消耗在转子电路的电阻中。而在本设计中并没有单独加上整流桥，因为无触点开关的最主要元件为晶闸管，晶闸管本身就可以起到整流的作用，具体的原理图如图4.12。图 4.12 能耗制动驱动回路原理图该电路主要由移相触发回路和续流过零触发回路组成，移相触发回路和过零触发回路的主要元件为光耦合的可控硅开关驱动器，光耦的基本结构是将光发射器（

40、红外发光二极管、红外LED）和光敏器（硅光电探测敏感器件）的芯片封装在同一外壳内，并用透明树脂灌封充填作光传递介质，通常将光发射器的管脚作输入端，光敏器的引脚作为输出端，当输入端加电信号时，光发射器发出的光信号通过透朗树脂光导介质投射到光敏器后，转换成电信号输出，实现了以光为媒介的电光电信号转换传输，并在电气上是完全隔离的。移相触发回路的元件为光敏双向开关器件IL4218,是非过零控制，而续流过零触发回路采用的元件为过零控制电路及光敏双向开关器件组合体IL4118,是过零控制。IL4118光耦：在本系统设计中采用型号为IL4118的光耦来触发晶闸管在能耗制动过程中控制续流过流触发。 IL421

41、8 光耦：在本系统设计中采用型号为IL4218的光耦来触发晶闸管控制能耗制动移相触发，其结构原理图如图4.13所示。图 4.13 IL4218光耦结构图由于IL4118光耦和IL4218的断态峰值电压为800V,而L1与L3之间的峰值电压大约为600V，为了保护光电耦合器不被损坏，使用了两个光电耦合器进行分压，并在两个光耦上并联两个电阻进行分压。当光电耦合器U33和U34的发光二极管由单片机控制导通角导通时，双向可控硅导通。当三相交流电流由L1流向L3时，电流通过二极管D34和限流电阻R123通过双向可控硅分成两路，一路流向晶闸管VT1-1的门极，另一路经过降压电阻R131，形成压差，使得晶闸

42、管导通。晶闸管VT3-2的导通方法与VT1-1的导通方法相同。而当电流由L3流向L1时，晶闸管反向截止，这样就起到整流的作用，使交流变为直流，直流电流通过定子绕组后，在电动机内部建立一个固定不变建立一个固定不变的磁场，由于转子在运动系统储存的机械能维持下继续旋转，转子导体内就产生感应电势和电流，该电流与恒定磁场相互作用产生作用方向与转子实际旋转方向相反的制动转矩，在它的作用下，电动机转速迅速下降，此时运动系统贮存的机械能被电动机转换成电能后消耗在转子电路的电阻中。负载U-W为电感性负载，电感具有阻碍电流变化的作用晶闸管的导通角将大于，也就是说，在电源电压为负时仍然可能导通。为了处理这样的问题，

43、一般情况下在负载的两端要并联一个续流二极管，使电源负电压不加在负载上。在这里我们用的是晶闸管VT5-1,对晶闸管进行过零触发，起到续流二极管的作用。其触发原理与前面叙述的相同，这里不再重叙。这样就可以完成电机的能耗制动。4.5 控制器介绍本系统选用了 Microchip 推出的 dsPIC30F60l4 单片机8作为系统的控制器，其引脚图如图4.148。它负责信号检测、实时运算、输出控制等功能。无触点开关的参数设置通过RF0-RF7 八个输入接口送入单片机进行运算，电压检测的采样信号也经A/D数模转换接口送入单片机进行运算处理。变换的三相电流信号也接入单片机的A/D 输入端。同步电压信号外部中

44、断接口，产生高速中断请求信号。另外，供给三相可控硅触发端的触发脉冲由3个捕捉输出端输出。dsPIC16 位数字信号控制器（DSC）运算速度可达30MIPS，配备自编程闪存，并能在工业级温度和扩展级温度范围内工作。 Microchip 的 dsPIC30F 数字信号控制器提供了强大的 16 位单片机所具备的所有功能：快速复杂和灵活的中断处理，丰富的数字和模拟片上外设，灵活的电源管理能力，可灵活使用的多种时钟模式，上电复位和掉电保护，看门狗定时器，代码加密，全速实时仿真及全速在线等调试功能。目前， Microchip 的 dsPIC30F 家族有三大系列，分别是通用系列、电机控制和电源变换系列以及

45、传感器系列。其中的电机控制系列，目前有 7 个产品，支持多种电机控制应用，如 BLDC 电机、单相和三相感应电机（ACIM）和开关磁阻电机等。该系列同时也适用于不间断电源（UPS）、逆变器、开关电源和功率因数校正（P FC）等电源变换应用12。图 4.14 dsPIC30F60l4单片机引脚图5 检测电路的设计5.1电流信号的检测回路的设计5.1.1 电流信号检测回路原理电流检测信号来自于母线。将三相电流的大小经中间变换电路送入单片机的A/D 通道，作为故障检测，过流及欠流保护电压显示等依据。当电机经常处于过流运行时，铁损增加，效率降低。同时铁损的增加，带来铁芯的温升、电极的冷却、绝缘层寿命的

46、缩短以及金属某些物理性质变坏等诸多问题，所以电机不能长时间地运行在过电流状态，因此在系统中加入过流及欠流保护环节很有必要。具体的电流检测回路如图5.1所示。图 5.1 电流检测回路5.1.2 电路的组成 该电路主要由电流互感器、信号转变电阻、薄膜整流电容、肖特基二级管、集成运算放大器LM324以及保护二极管组成。1.电流互感器 电流互感器是一种电流变换装置(也称TA)。它的主要作用是将高压电流和低压大电流变成电压较低的小电流，供给仪表和保护装置，并将仪表和保护装置与高压电路分开。电流互感器的二次侧电流绝大多数为5A，只有极少一部分为1A，这使得测量仪表和保护装置使用起来安全、方便，也使其在制造

47、上可以标淮化，简化了生产工艺，并降低了成本。因此，电流互感器在电力系统中得到了广泛的应用。本设计采用的电流互感器的参数为.2.信号采样电阻信号采样电阻的作用是使采样来的电流信号转变为电压信号，以适合单片机的处理，根据经验，本设计采用的电阻阻值为20。3.薄膜电容薄膜电容是利用蒸镀或溅射的方法在半导体材料上（或陶瓷片上）镀上两层金属作电阻作电极，其间镀一层绝缘材料作介质，其等效电路如图5.2所示。这个介质可以是,也可是等。薄膜电容的单位面积的电容值和设计公式与MOS电容相同，即式中 绝缘材料介电常数真空介质常数电介质的厚度图 5.2 薄膜电容等效电路本设计的电容的大小为0.47uf。4.肖特基二

48、极管肖特基二极管具有开关频率高和正向压降低等优点，但其反向击穿电压比较低，大多不高于60V，最高仅约100V，以致于限制了其应用范围。像在开关电源（SMPS）和功率因数校正（PFC）电路中功率开关器件的续流二极管、变压器次级用100V以上的高频整流二极管、RCD缓冲器电路中用600V1.2kV的高速二极管以及PFC升压用600V二极管等，只有使用快速恢复外延二极管（FRED）和超快速恢复二极管（UFRD）。目前UFRD的反向恢复时间Trr也在20ns以上，根本不能满足像空间站等领域用1MHz3MHz的SMPS需要。即使是硬开关为100kHz的SMPS，由于UFRD的导通损耗和开关损耗均较大，壳

49、温很高，需用较大的散热器，从而使SMPS体积和重量增加，不符合小型化和轻薄化的发展趋势。因此，发展100V以上的高压SBD，一直是人们研究的课题和关注的热点。近几年，SBD已取得了突破性的进展，150V和200V的高压SBD已经上市，使用新型材料制作的超过1kV的SBD也研制成功，从而为其应用注入了新的生机与活力。在这里肖特基二级管起到整流的作用。5.集成运算放大器LM324LM324四运放集成电路是美国国家半导体公司的产品，其内部方框图如图5.3所示，电特性见表5.1。许多国家都有类似的产品，。我国的同类产品有F324、SF324等。该集成电路是通用的四运算放大器，在音箱设备里多用于有源滤波

50、器、均衡器等电路。在本设计中LM324采用同相输入，阻抗很大，可以防止采样电压信号的泄漏。特点： 1可用单电源工作； 2工作电源电压范围宽：330V 3电源电流小；4输入偏置电路有温度补偿。 极限参数：1、电源电压Vcc 32v(或16V)2、共摸输入电压Vic -0.3一+26V3、差模输入电压Vid 32v4、输入电流Ii 50mA内部方框图图 5.3 LM324内部方框图表 5.1 LM324电特性（）参数名称符号主要测试条件参数值单位最小典型最大电源电流_1.53mA0.71.2mA共模输入电压0_V差模输入电压_V输出电压范围0V大信号电压增益25_15电流源输出,1020_mA输出

51、短路电流四单元不可同时短路_40_mA共模控制比CMR_7085_dB6570_dB电源纹波控制_65100_dB放大器间的杂散耦合用等效输入电平表示_-120_dB6.保护二极管保护二极管起到续流保护的作用，当单片机的输入电压超过许用电压时通过续流保护二极管续流，达到保护单片机的作用。本设计采用的是MMBD4148CC,具体参数如见表5.2：表 5.2 MMBD4148CC规格参数表 （）符号参数名称检测条件最小值最大值单位击穿电压75100_VV正向电压_1.0V最大反向瞬时电流, _25505.0nA总电容_4.0pF反向恢复时间,_4.0ns5.1.3 参数计算图 5.4 A相电流检测

52、电路如图5.4所示，以A相为例，本设计为板式输送机电动机无触点开关的设计，选用的电动机的型号为JZT252-4，其拖动功率为11kw。 根据工程经验，可推算出电流有效值和峰值： 启动电流可以高达额定电流的68倍，这就要求启动电流峰值本设计选用的电流互感器的电流比为,那么可计算出： 信号转换电阻则可算出采样最大电压 即 采样电压的变化范围为：020V采样电压经过薄膜电容和肖特基二极管的整流要经过LM324的两个运算放大器U9A和U9D的放大，经过放大后，要经过单片机的判断后选择接收。U9A闭环放大倍数： U9D为电压跟随器，放大倍数为1，输出出电压变化范围为020V,单片机许用输入电压为05V,

53、那么衰减电阻,这里设另外三个采样信号计算过程与A相类似，这里不再重叙。5.2 电压同步信号检测回路的设计在电动机无触点开关的设计过程中，同步信号检测是很重要的一个环节。为保证无触点开关主回路中各个晶闸管的触发脉冲与其阳极电压保持严格的相位关系，将三相电源的模拟电路转变为方波信号作为触发在相晶闸管的的同步信号。只有准确的测量出电压的过零点，才能完成无触点开关的功能。本系统采用了单相变压器把一线电压信号采样反馈到单片机中进行控制和处理计算，其电路如图5.5所示。系统中，采用线电压作为触发脉冲的同步信号，由变压器采集的同步电压，经比较器输出方波，以方波上升沿作为同步中断输入单片机，以达到确定定时起点和定相