1、 辽宁科技大学毕业设计 第 I 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(MICROC
2、HIP)的最新单片机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；能耗制动辽宁科技大学毕业设计 第 II 页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 th
3、e successful completion of the 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 cho
4、ice of the SCR models, completion 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 comp
5、leted sampling voltage detection 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
6、features. SCR also used to complete 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辽宁科技大学毕业设计 第 III页目 录摘 要 .IAbstract .
7、II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 .12辽宁科技大学毕业设计
8、 第 IV页4.2.1 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 .174.4 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
9、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 .42辽宁科技大学毕业设计 第 1 页1 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、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
10、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。辽宁科技大学毕业设计 第 2 页图 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
11、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
12、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。辽宁科技大学毕业设计 第 3 页智能化电器是在传统开关设备中，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
13、；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
14、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辽宁科技大学毕业设计 第 4 页降,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,
15、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
16、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。辽宁科技大学毕业设计 第 5 页2 无触点开关组成及其原理2.1 无触点
17、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
18、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。1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16ABCD16151413121110987654321DCBATitleNumber RevisionSizeA0Date: 24-Jun-2008 Sheet of File: E:业业业业A0wcdlgl.ddb Drawn By:SCR2SCR
19、1Ru ufa fa图 1.2 单相交流可控硅开关主电路辽宁科技大学毕业设计 第 6 页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。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
