68194系统工作原理霍尔电流、电压传感器及传感器检测到的逆变模

文化新闻 2020-06-30149未知admin

  系统工作原理霍尔电流、电压传感器及传感器检测到的逆变模块三相输出电流、电压及阀门的信 D转换后送入单片机。逆变模块工作时所需要的直流电压信由整流电对380V电源进行全桥整流单片机通过8255控制PWM波发生器产生的PWM波经光电耦合作用于逆变模块IPM 实现电机的变频调速以及阀位控制。

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  系统工作原理霍尔电流、电压传感器及传感器检测到的逆变模块三相输出电流、电压及阀门的信 D转换后送入单片机。单片机通过8255控制PWM波发生器产生的PWM波经光电耦合作用于逆变模块IPM 实现电机的变频调速以及阀位控制。逆变模块工作时所需要的直流电压信由整流电对380V电源进行全桥整流得到。 单片机选用INTEL生产的8031单片机 它主要通过并行8255口担负控制系统的信处理 接收系统对转矩、阀门、关闭及阀门开度等设定信 并提供三相PWM波发生器所需要的控制信 处理IPM发出的故障信和信 处理通过模拟输入口接收的电流、电压、等检测信 提供显示电动执行机构的工作状态信 执行控制系统来的控制信 向控制系统反馈信 三相PWM波发生器PWM波的产生通常有模拟和数字两种方法。模拟法电复杂 有温漂现象 精度低 了系统的性能 数字法是按照不同的数字模型用计算机算出各切换点 并存入内存 然后通过查表及必要的计算产生PWM波 这种方法占用的内存较大 不能系统的精度。为了满足智能功率模块所需要的PWM波控制信 微处理器有足够的时间进行整个系统的检测、、控制等功能 文中选用MITEL生产的S8282作为三相PWM发生器。S8282是专用大规模集成电 具有的标准微处理器接口 芯片内部包含了波形、频率、幅值等控制信息。 智能逆变模块IPM为了满足执行机构体积小 可靠性高的要求 电机电源采用智能功率模块IPM。该执行机构主要适用功率小于5 5kW的三相异步电机 其额定电压为380V 功率因数为0 75。经计算可知 选用日本产的智能功率模块PM50RS120可以满足系统要求。该功率模块集功率开关和驱动电、制动电于一体 并内置过电流、短、68194欠电压和过热以及输出 是一种高性能的功率开关器件。 检测电检测电是执行机构的重要组成部分 它的功能是提供准确的信。关键问题是传感器的选型。在传统的电动执行机构中多采用绕线电位器、差动变压器、导电塑料电位器等。绕线电位器寿命短被淘汰。差动变压器由于线性区太短和温度特性不理想而受到。导电塑料电位器目前较为流行 但它是有触点的 寿命也不可能很长 精度也不高。笔者采用的传感器为脉冲数字式传感器 这种传感器是无触点的 且具有精度高、无线性区、稳定性高、无温度等特点。 电压、电流及检测检测电压、电流主要是为了计算电机的力矩 以及变频器输出回短、断相和逆变模块故障诊断。由于变频器输出的电流和电压的频率范围为0 50Hz 采用常规的电流、电压互感器无法满足要求。为了快速反映出电流的大小 采用霍尔型电流互感器检测IPM输出的三相电流 对于IPM输出电压的检测采用分压电。如图2 2所示。 机电一体化68194临汾职业技术学院 通讯接口为了实现计算机联网和远程控制 选用MX232作为系统的串行通讯接口 MX232内部有两个完全相同的电平转换电 可以把8031串行口输出的TTL电平转换为RS 232标准电平 把其它微机送来的RS 232标准电平转换成TTL电平给8031 实现单片机与其它微机间的通讯。 时钟电时钟电主要用来提供采样与控制周期、速度计算时所需要的时间以及日历。文中选用时钟电DS12887。DS12887内部有字节的用户非易失性RM 可用来存入需保存的数据。 液晶显示单元为了实现人机对线液晶显示模块组成显示电。采用组态显示方式。通过菜单选择 可分别对阀门、力矩、限位、电机、通讯和参数等信进行设置或调试。并采用文字和图形相结合的方式 显示直观、清晰。 程序出格自恢复电为了在强干扰下程序出格时系统能够自动地恢复正常 选用MX705组成程序出格自恢复电 程序运行。如图2 3所示 该电由MX705、与非门及微分电组成。 机电一体化68194临汾职业技术学院 工作原理为一旦程序出格 WDO由高变低 由于微分电的作用 由“与非”门输入引脚2变为高电平 引脚2电平的这种变化使“与非”门输出一个正脉冲 使单片机产生一次复位 复位结束后 又由程序通过P1 0口向MX705的WDI引脚发正脉冲 使WDO引脚回到高电平 程序出格自恢复电继续程序运行。机电一体化68194临汾职业技术学院 阀位及速度控制原理框图如图31所示。 机电一体化68194临汾职业技术学院 采用双环控制方案其中内环为速度环 外环为环。速度环主要将当前速度与速度给定发生器送来的设定速度相比较 通过速度调节器改变PWM波发生器载波频率 实现电机的转速调节。速度调节器采用模糊神经网络控制算法 具体内容另文叙述 外环主要根据当前速度的设定通过速度给定发生器向内环提供速度的设定值。由于大流量阀执行机构在运行过程中存在加速、匀速、减速等阶段。各阶段的时间长短、加速度的大小、在何开始匀速或减速均与给定、当前以及运行速度有关。速度给定发生器的工作原理为 通过比较实际阀位与给定阀位 当二者不相等时 以恒定加速度加速 减速点根据当前速度、阀位值、阀位给定值的大小计算得来。 执行机构各阶段运行速度的计算原理 机电一体化68194临汾职业技术学院 2为执行机构的典型运行速度图它由若干段变化速率不同的折线组成。将曲线上速率开始发生改变的那一点称为起始段点 相应的时间称为段起始时间 如图3 相应的速度称为段起始速度如图3 2所示vi 设第i段速度的变化速率为ki则有 机电一体化68194临汾职业技术学院 viΔt为两段之间的时间 ti。显然 当ki ki0时为升速段 ki 0时为减速段。任意时刻的速度给定值为 机电一体化68194临汾职业技术学院 Ts为采样周期。变化速率ki的取值由给定、当前以及运行速度的大小确定。机电一体化68194临汾职业技术学院 该电动执行机构采用了最新的变频调速技术电机驱率小于5 5kW。用户可根据需要设定力矩特性 根据控制的阀设定速度 速度分多转式、直行程、角行程3种方式。控制系统由阀位给定和阀位反馈信构成的闭环系统 控制特性视运行方式、速度而定 并具有自动过流、过载、超压、欠压、过热、缺相、堵转等功能。 该执行机构解决的关键性技术问题主要有 阀门柔性开关柔性开关主要是为了当阀关闭或全开时 阀门不卡死与损伤。执行机构内部的微处理器根据测得的变频器输出电压和电流 通过精确计算 得出其输出力矩。一旦输出力矩达到或大于设定的力矩 自动降低速度 以避免阀门内部过度的撞击 从而达到最优关闭 实现过力矩。 阀位的极限判断阀位的极限是指全开和全关。在传统执行机构中 该的检测是通过机械式限位开关获得的。机械式限位开关精度低 在运行中易松动 可靠性差。在文中 电动执行机构极限通过检测信的增量获得。其原理是 单片机将本次检测的信与上次检测的信相比较 如果未发生变化或变化较小 即认为己达到极限 立即切断异步电机的供电电源 阀门的安全关闭或全开。省去了机械式限位开关 无需在调试时对其进行复杂的调整。 电机的实现为了防止电机因过热而 单片机通过温度传感器连续检测电机的实际运行温度 如果温度传感器检测到电机温度过高 自动切断供电电源。68194温度传感器内置于电机内部。 准确定位传统的电动执行机构在异步电机通电后会很快达到其额定动作速度 当接近停止时 电机断电后 由于机械惯性 其阀门不可能立即停下来 会出现不同程度的超程 这一超程通常采用控制电机反向转动来校正。机电一体化的大流量电动执行机构根据当前与给定的差值以及运行速度的大小超前确定减速点的及减速段变化速率ki 使阀门在较低的速度下实现精确的微调和定位 从而将超程降到最低。 模拟信的隔离。对于变频器的直流电压以及输出的三相电压 它们之间的地址不一致 存在着较高的共模电压 为了系统的安全性 必须将它们彼此相互隔离。采用LM358和4N25组成了隔离线V两组的正负电源。若运放的反相端电位由于扰动而正向偏离虚地 则运放输出端的电位将降低 因而光电耦合器的发光强度将增强 则使其集射极电压减小 最后使运放反相端的电位降低 回到正常状态。若的反相端电位负向偏离虚地 也可以重回到正常状态。从而增强了系统的抗干扰性。 机电一体化68194临汾职业技术学院 电力系统的飞速发展对继电不断提出新的要求电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电技术的发展不断地注入了新的活力 因此 继电技术得天独厚 在40余年的时间里完成了发展的4个历史阶段。机电一体化68194临汾职业技术学院 建国后我国继电学科、继电设计、继电器制造工业和继电技术队伍从无到有 在大约10年的时间里走过了先进国家半个世纪走过的道。50年代 我国工程技术人员创造性地吸收、消化、掌握了国外先进的继电设备性能和运行技术 建成了一支具有深厚继电理论造诣和丰富运行经验的继电技术队伍对全国继电技术队伍的建立和成长起了指导作用。阿城继电器厂引进消化了当时国外先进的继电器制造技术 建立了我国自己的继电器制造业。因而在60年代中我国已建成了继电研究、设计、制造、运行和教学的完整体系。这是机电式继电繁荣的时代 为我国继电技术的发展奠定了基础。机电一体化68194临汾职业技术学院 自50年代末晶体管继电已在开始研究。60年代中到80年代中是晶体管继电蓬勃发展和广泛采用的时代。其中与南京电力自动化设备厂合作研究的500kV晶体管方向高频和南京电力自动化研究院研制的晶体管高频闭锁距离 运行于葛洲坝500 kV线年代中 基于集成运算放大器的集成电已开始研究。到80年代末集成电已形成完整系列 逐渐取代晶体管。到90年代初集成电的研制、生产、应用仍处于主导地位 这是集成电时代。在这方面南京电力自动化研究院研制的集成电工频变化量方向高频起了重要作用 高等院校和科研院所起着先导的作用。68194华中理工大学、东南大学、华北电力学院、西安交通大学、、上海交通大学、重庆大学和南京电力自动化研究院都相继研制了不同原理、不同型式的微机装置。1984年原华北电力学院研制的输电线微机装置首先通过鉴定并在系统中获得应用 揭开了我国继电发展史上新的一页为微机的推广开辟了道。在主设备方面 东南大学和华中理工大学研制的发电机失磁、发电机和发电机 变压器组也相继于1989、1994年通过鉴定 投入运行。南京电力自动化研究院研制的微机线年通过鉴定。与南京电力自动化设备厂合作研制的微机相电压补偿式方向高频 西安交通大学与许昌继电器厂合作研制的正序故障分量方向高频也相继于1993、1996年通过鉴定。至此 不同原理、不同机型的微机线和主设备各具特色 为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的继电装置。随着微机装置的研究 在微机软件、算法等方面也取得了很多理论。可以说从90年始我国继电技术已进入了微机的时代。机电一体化68194临汾职业技术学院 继电技术未来趋势是向计算机化网络化 智能化 、控制、测量和数据通信一体化发展。机电一体化68194临汾职业技术学院 计算机化机电一体化68194临汾职业技术学院 随着计算机硬件的迅猛发展微机硬件也在不断发展。原华北电力学院研制的微机线位单CPU结构的微机问世 不到5年时间就发展到多CPU结构 后又发展到总线不出模块的大模块结构 性能大大提高 得到了广泛应用。华中理工大学研制的微机也是从8位CPU 发展到以工控机核心部分为基础的32位微机。机电一体化68194临汾职业技术学院 南京电力自动化研究院一开始就研制了16位CPU为基础的微机线已得到大推广 目前也在研究32位硬件系统。

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