-i- 摘摘 要要 在电力传动系统中，交流电动机具有一些直流电动机无法比拟的优点，如单机容 量、电枢电压、额定转速、价格等方面。但由于交流电机的调速一直比较困难，所以， 长期以来，交流电机只能作恒速运行，而在要求精确、灵活、连续调速的传动系统中， 直流电机调速传动一直占主要地位。然而，近年来，一方面随着大功率可控电力电子 元件和变频技术的迅速发展，用交流电机的调速传动系统代替直流电机调速传动系统 已成为可能，另一方面，从节能的观点要求把原来作恒速运行的交流电机传动系统改 为调速传动。因而，在电力传动领域里正在日益重视发展交流电机的调速传动，成为 电动机调速新的发展方向。 交流调压调速系统设计思想是用改变异步电动机定子电压来实现调节电动机转速 的控制系统称为调压调速系统，而电机定子电压是通过晶闸管元件组成的调压器进行 控制。通过控制晶闸管的触发角，就可以对输出交流基波电压有效值进行控制，来达 到调压调速的目的。 系统的总体结构主要由主回路，驱动电路，光电隔离电路，触发器，电压电流检 测保护电路，STC89C51RC 单片机，测速发电机等组成。 调压调速的电路简单，成本低廉、操作简单、方便，多用于对调速性能要求不高 的中、小容量拖动装置中。 关键字关键字：晶闸管；调压调速；单片机 -ii- ABSTRACT In the power transmission system, AC motor has some DC motor can not match the advantages, such as stand-alone capacity, armature voltage, rated speed and price. But due to the AC motor speed control has been more difficult, so for a long time, the AC motor can only for constant speed operation, and requires accurate, flexible and continuous speed control of the drive system, DC motor drive has accounted for a major position. However, in recent years, on the one hand, with the rapid development of high power controllable power electronic components and frequency conversion technology, AC motor variable speed drive system to replace the DC motor drive system has become possible, on the other hand, from the viewpoint of saving asked to original constant speed AC motor drive system change is an adjustable speed drive. So in the field of power transmission is being paid increasing attention development of AC motor variable speed drive, become the new development direction of the motor speed. AC adjustable speed system design pressure is by changing the stator voltage to realize adjustment of motor speed control system for pressure regulating and speed control system, and motor stator voltage is through the thyristor tube element is composed of a pressure control device. Through control thyristor trigger angle, the AC output fundamental voltage effective value of control to achieve pressure and speed adjustment. The overall structure of the system mainly by the main circuit, driving circuit, a photoelectric isolation circuit, trigger, voltage and current detection and protection circuit, stc89c51rc SCM, tachometer generator. Pressure regulating speed circuit is simple, low cost, simple operation, convenient and high requirement of speed performance, small capacity dragging device used in. KeyWords:Thyristor,Voltage Control,SCM 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） -iii- 目目 录录 摘摘 要要.i ABSTRACTii 第一章第一章 绪论绪论.1 1.1 交流调速的发展状况1 1.2 现代交流调速技术的应用1 1.3 现代交流调速技术的发展2 第二章第二章 三相异步电动机交流调速三相异步电动机交流调速.4 2.1 交流调速方案4 2.1.1 变级调速.4 2.1.2 变频调速.4 2.1.3 变转差率调速.4 第三章第三章 交流调压主电路设计交流调压主电路设计.8 3.1 主电路及其工作原理8 3.1.1 主电路装置.8 3.1.2 主电路原理.8 3.2 交流调压调速控制主回路设计10 3.3 主电路参数及元器件选型11 3.3.1 主电路参数要求.11 3.3.2 晶闸管选择.11 3.3.3 滤波电容的选择.11 3.3.4 阻容吸收电路参数计算.11 3.3.5 压敏电阻的选择.12 第四章第四章 控制电路设计控制电路设计.13 4.1 单片机控制线路13 4.1.1 单片机 STC89C51RC 的组成及引脚.14 4.1.2 A/D 芯片 ADC0809 及其工作原理.16 4.2 单片机的几个外围电路17 4.2.1 时钟电路.17 4.2.2 复位电路.18 4.2.3 速度检测电路.19 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） -iv- 4.2.4 过压检测保护电路.19 4.3 同步输入电路及移相触发脉冲的产生20 4.3.1 同步信号输入电路.20 4.3.2 触发脉冲线路与驱动电路.20 4.4 晶闸管触发驱动23 4.5 PID 调节模块控制原理和有关的设计23 4.6 系统工作原理25 第五章第五章 系统软件的总体设计及流程图系统软件的总体设计及流程图26 5.1 主程序26 5.1.1 主程序流程图.26 5.1.2 中断保护服务程序流程图.27 5.2 子程序模块: 27 5.2.1 软起动子程序.27 5.2.2 键值处理子程序流程图.29 5.2.3 PID 子程序流程图30 5.2.4 子程序流程图.31 结束语结束语.32 参考文献参考文献.33 致致 谢谢.34 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） -1- 第一章第一章 绪论绪论 1.1 交流调速的发展状况交流调速的发展状况 交流调速技术诞生 1 世纪，但由于其性能无法与直流调速技术相比，所以过去的 直流调速系统一直在电气传动领域中占统治地位。直到 20 世纪 50 年代中期，晶闸管 研制成功，开创了电力电子技术发展的新时代。由于体积小、价格低、坚固耐用、性 能好等一系列的优点，半导体电力电子器件使电机调速用的各种变流装置迅速进入了 实用阶段。随着电力电子技术的发展，使用采用半导体开关器件的交流调速系统得以 实现。尤其是 70 年代以来，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，现积小价格低 坚固耐用性能良好等一代控制理论的应用，为现代交流调速技术的发展创造了有利条 件，促进了各种类型的交流调速系统的飞速发展，如串极调速系统变频调速系统、无 换相器电动机调速系统、以及矢量控制调速系统等。目前在电气传动领域中，现代交 流调速技术已有取代直流调速技术的趋势。 1.2 现代交流调速技术的应用现代交流调速技术的应用 异步电动机的转速(n)公式为：n=nZ(1-s)，其中 nZ为电动机的同步速度，s 为转差 率，所以异步电动机调速方法可以分为调旋转磁场的同步速度和在同步速度不变条 z n 件下调转差率 s 两大类。运用到实际中的交流调速系统主要有：变级调速系统、串级 调速系统、调压调速系统、变频调速系统。 (1)变级调速系统：调旋转磁场同步速度的最简单办法是变级调速通过电动机绕组 的改接，使电机从一种级数变到另一种级数从而实现异步电动机的有级调速。 变级调速系统所需设备简单，价格低廉，工作也比较可靠，但它是有级调速一般 为两种速度三速以上的变级电机绕组，结构复杂，应用较少，变级调速电动机的关键 在于绕组设计以最少的线圈改接和引出头以达到最好的电机技术性能指标。 (2)串级调速系统：绕线转子异步电动机串级调速是将转差功率加以利用的一种经 济高效的调速方法。 改变转差率的传统方法是在转子回路中串入不同电阻以获得不同斜率的机械特性， 从而实现速度的调节。这种方法简单方便，但调速是有级的不平滑，并且转差功率消 耗在电阻发热上效率低，自大功率电力电子器件问世后，采用在转子回路中串联晶闸 管功率变换器来完成馈送转差功率的任务，这就构成了由绕线异步电动机与晶闸管变 换器共同组成的晶闸管串级调速系统。转子回路中引入附加电势，不但可以改变转子 回路的有功功率转差功率的大小，而且还可以调节转子电流的无功分量，即调节异步 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） -2- 电动机的功率因数。 (3)调压调速系统：异步电动机电机转矩与输入电压基波的平方成正比，所以改变 电机端电压(基波)可以改变异步电动机的机械特性以及它和负载特性的交点，从而实现 调速。 异步电动机调压调速是一种比较简单的调速方法。在 20 世纪 50 年代以前，一般 采用串饱和电抗器来进行调速，但近年来随着电力电子技术的发展，多采用双向晶闸 管来实现交流调压，用双向晶闸管调压的方法有两种：一种是相控技术，一种是斩波 调压，采用整周波斩波控制方法可能调速不够平滑，所以在异步电机的调压控制中多 用相控技术。但是采用相控技术在输出电压波形中含有较大的谐波会引起附加损耗， 产生转矩脉动。 (4)变频调速系统：变频调速具有高效率，宽调速范围和高精度等特点，是运用最 广最有发展前途的调速方式交流。电机变频调速系统的种类很多，从 60 年代提出的电 压源型变频器开始，相继发展了电流源型脉宽调各种异步电机调速系统中效率最高性 能最好的系统是变压变频调速系统，变压变频调速系统在调速时须同时调节定子电源 的电压和频率，在这种情况下机械特性基本上平行移动 而转差功率不变，它是当前交 流调速的主要方向。目前变频调速的主要方案有：交-交变频调速、交-直-交变频调速、 同步电动机自控式变频调速系统、正弦波脉宽调制(SPWM)变频调速、矢量控制变频调 速等。电子技术的发展和新调控制的变频电源，价格相对比较昂