中国石油大学电气工程及其自动化专业综合实践报告

电气工程及其自动化

专业综合实践报告

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一.本专业综合实践目的 0

二.主要训练内容 0

三.电路组成以及原理分析 0

1、交流电机的降压起动原理 0

2、双向晶闸管的相控调压 0

四.控制系统的硬件电路分析 (1)

五．各部分电路的原理与分析 (2)

1.滞环电压比较器 (2)

2.单稳移相电路 (2)

3．锁相同步倍频器 (3)

4．EEPROM存储模式及触发脉冲的产生 (4)

5、模式选择控制电路 (4)

6.错序封锁电路 (5)

六.晶闸管驱动电路 (6)

七.电源板 (7)

八.主电路部分 (7)

九、各环节调试波形及分析 (7)

（1）电源脉冲输出波形 (7)

（2）驱动电路脉冲输出 (7)

（3）控制电路输出 (7)

十.思考讨论 (11)

十一．调试与解决 (13)

十二．总结 (14)

一.本专业综合实践目的

本专业涉及多门学科，包括电机拖动、电力工程、电子技术、自动控制、计算机控制，多学科渗透，强弱电结合，特别是对动手能力要求较高。为了给本专业学生提供更多的动手实践机会，提高学生的实践技能，教学培养计划中专门安排了专业综合实践环节，并且为了提高其实践效果，本系专门花费了相当大的人力物力，来给大家创造一种实践训练的机会。

二.主要训练内容

1.各部分原理分析；

2.焊接、组装（控制、驱动、电源）；

3.各部分电路分别调试及系统联调；

4.多种仪器设备的使用与电路波形测试。

三.电路组成以及原理分析

1、交流电机的降压起动原理

降压起动的目的：降低起动电流I st。

降压后的机械特性：

交流电机轻载降压运行，可以提高电机效率，避免“大马拉小车”，节约电能。

图1 感应电机机械特性图2 软启动主电路

2、双向晶闸管的相控调压

普通晶闸管：两个普通晶闸管反并联，输入两路脉冲。

双向晶闸管(KS)：两个主电极T1、T2，一个门极G。通常在G-T2之间加入触发脉冲，使其导通。

图3 单双向晶闸管示意图

触发脉冲经过高频调制，以减小脉冲变压器的体积。

相控调压的缺点：功率因数低，电流非正弦对电网有谐波污染。

软起动：电机刚起动时较大。逐渐减小，转速接近稳态时=0。的调压可控范围：~180

图4 相控调压触发角示意图

四.控制系统的硬件电路分析

由于交流电机的转速与其端电压成正比，而端电压又取决于导通角的大小，因此，通过控制导通角的大小即可控制电机的转速。设计一个初始角度，以后每隔一定的时间给导通角一个小的增量，即可实现电机的平滑起动。

晶闸管的导通角控制采用数字存储技术，事先通过编程，将要应用的触发脉冲数据写入存储器中，然后通过合适的控制方案，再读出这些数据交易利用，便可控制晶闸管的导通角不断变化，本设计中采用EEPROM2864。

实验板主要包括：滞环电压比较器、单稳移相电路、锁相倍频环节、EEPROM存储模式及触发脉冲的产生、错相序封锁控制电路模块，及驱动电路、主电路等。

控制板上，线电压信号uab经过滞环电压比较器产生同步方波，方波移相后，与相电压ua同相位，然后经过锁相倍频，频率变为256*50HZ，作为计数器74393的时钟信号，74393产生8路分频信号，连接到EEPROM2864的地址线，从而读出2864事先存储的数据，输出触发脉冲。

考虑到实验中三相相序可能接错，设计中采用了错相序封锁控制。若相序接错，则封锁缓冲器74244的输出，没有触发脉冲输出，晶闸管不能导通；只有当相序完全正确时，才能输出触发脉冲，导通晶闸管。

图5 控制电路框图

五．各部分电路的原理与分析

1.滞环电压比较器

滞环电压比较器能提高电路的抗干扰能力，因为电路在翻转点单向灵敏，即只有输入信号沿某一方向越过翻转点变化时，输出发生翻转，而输入沿另一方向越过该翻转点变化时，输出不翻转。从而可以将工频50Hz正弦波变换为同步的标准TTL 方波。

电路中引入正反馈，一方面加速了输出电压翻转过程，另一方面给电路提供了双极性参考电平，产生回环。实验中滞环电压比较器如图所示，其主要作用是将正弦信号转换为标准的TTL方波，便于后续电路的使用。该比较器采用LM393实现，双电源供电方式，有利于调试。滞环电压比较器原理图如图所示：

图6 滞环电压比较环节原理图

滞环比较器的输出为-12V~+12V，经过电平调理电路，后接‘非’门。采用两次反相，主要是因为电路产生的方波并不是非常标准，低电平有负值，高电平有时不足，当后续电路工作时，高电平被拉得很低，并且有凸峰，不利于后续电路的工作。加上反相器后，将原来波形变成标准的TTL方波。

滞环回差的作用：u ab在过零点附近，若迭加有杂波干扰，不会导致o u的多次跳变而造成同步紊乱，只要干扰幅度不超过V

。

2.单稳移相电路

实验中利用相电压产生触发脉冲，如果用线电压信号，就会造成触发紊乱，单稳移相电路就是为了把线电压转换成相电压而设计的。

在本设计中用74ls122实现，如下图，调节VR2使122的输出Q的上升沿比滞环电压比较器的上升沿（B2口）延迟30°，由于是要保证上升沿同步，故取Q的反作为输出。

相对应的调节时间为m s 667.1C V R 0.7t 1121=⨯⨯=。

图7 单稳移相电路原理

图8 控制角波形图

3．锁相同步倍频器

采用集成锁相环CD4046完成工频50HZ 的同步和256倍频，如图6所示。基本原理如下：鉴相器PD 将AIN 与BIN 的相位进行比较，产生一个与二者的相位差成正比的误差电压V （t ），再经由LPF 滤波，得到控制电压Vd(t),并加到VCO 的控制端。VCO 的输出经一个计数器进行8分频后，再送至鉴相器，进而与输入进行相位比较，最后使二者的相位差恒定，从而实现锁相。

硬件原理图如下图所示。

图9 锁相同步环工作原理

工频50Hz 同步是应相位同步的要求，256倍频是应128个起动模式的要求。 相位锁定的基本原理是：当计数回零时，BIN 输入一个上升沿，此沿与同步信号AIN 上升沿对齐从而保证计数器在电网正半周0°时开始从0开始计数。

如果某一时刻，AIN 和BIN 的脉冲的上升沿没有对齐，那么在鉴相器内部便会产生电压差，使压控振荡器输入端的电压变髙或变低，从而改变倍频的频率。

图10 锁相环输出特性

当BIN 比AIN 滞后一个小的角度，那么鉴相器就会产生正的电压差，压控振荡器输入端 的电压变高，倍频频率上升，最终完成AIN 和BIN 的对齐；当BIN 比AIN 超前一个小 的角度，那么鉴相器就会产生负的电压差，压控振荡器输入端的电压变低，倍频频率下 降，最终也完成了 AIN 和BIN 的对齐。BIN 为8位计数器输出的第8个管角，即Q 7可见其频率是50Hz 。AIN 为工频电网相位信号。通过这样的动

态调节，VCO 输出的256*50Hz 的脉冲就可以保持和工频电网相位的对准了。