电梯（有配重）计算机速度调节拖动系统设计（1）.doc

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1、 电梯（有配重）计算机速度调节拖动系统硬件设计院 系北方科技学院专 业自动化班 级B641301学 号B64130120姓 名刘骁驰指导教师赵文成负责教师赵文成 沈阳航空航天大学北方科技学院20010年6月摘 要本课题以电梯计算机速度调节拖动系统为研究对象，根据电梯拽引机对电力拖动系统的要求，采用转子电路串联电阻的方法调节转差能耗对电动机进行调速。利用AT89C51单片机电梯软件系统对电机起动、制动、正反向提速减速等方面的控制，实现电梯的升降和停车。主要研究三相交流绕线式异步电动机的起动、制动及各种运转状态，分析其工作原理，了解相关计算。关键词：调速；转子电路串联电阻；转差能耗Abstract

2、This topic take elevator computer speed regulation dragging system as object of study.This issue under the elevator drag cited machine electric drive systemrequirements, using the rotor circuit to control the series resistance speed motor and rotor drag cited. Based on AT89C51 Microcontroller elevat

3、or control software system control signals to adjust the motor,on order to control the start and stop, speed and run time of the elevator. The main research phase AC induction motor winding starting, braking, and a variety of operating conditions, and its working principle and calculations.KEY WORDS

4、: Velocity modulation ； Rotor electric circuit series resistance ；Slips the energy consumption目 录1 绪论11.1课题背景11.2电梯的发展与概况11.3电机及电力拖动技术的发展与前景21.4课题研究任务与要求52 方案论证82.1电机调速方式的选择82.2转子电路串联电阻调速原理92.3电动机的电力拖动分析113 三相异步电动机的机械特性和各种运转状态133.1三相异步电动机机械特性的三种表达式133.2三相异步电动机的固有机械特性与人为机械特性163.3三相异步电动机的各种运转状态203.3.1

5、电动运转状态203.3.2三相异步电动机的正反转213.3.3三相异步电动机的制动运转状态224 硬件设计274.1AT89C51 简介27结论32致谢33参考文献341 绪论1.1 课题背景电动机是一种实现机、电能量转换的电磁装置。常见的电动机可分为直流电动机和交流电动机。电动机是随着生产力的发展而发展的，反过来电动机的发展也促进了社会生产力的不断提高。从19世纪末期起，电动机就逐渐代替蒸汽机作为拖动生产机械的原动机，一个多世纪以来，虽然电动机的基本结构变化不大，但是电动机的类型增加了许多，在运行性能，经济指标等方面也都有了很大的改进和提高，而且随着自动控制系统和计算机技术的发展。在一般旋转

6、电动机的理论基础上又发展出许多种类的控制电动机。控制电动机具有高可靠性、快速响应的特点，已成为电动机学科的一个独立分支。 总而言之，在现在的生活、生产中，电动机都有着很广阔的应用前景大规模的经济建设尤其是蓬勃发展的房地产业给电梯行业开拓了广阔的市场，2001年我国电梯产量达4.5万台，创造了行业发展史上的一个新的高峰，被业内人士称为“第三次浪潮”。目前中国经济建设需求的各类电梯几乎全部可以在中国生产。由此可见，一个兴旺的电梯市场已经形成。进入80年代以来，随着经济建设的持续高速发展，我国电梯需求量越来越大。据统计，全世界平均1000人有台电梯。我国如果要达到这个水准，还需要新装80万台。到那时

7、候，每年仅报废更新就需要万台。目前房屋建设势头仍然很好，电梯市场供需两旺，前景一片光明。1.2 电梯的发展与概况在现代化城市的高速发展中,一幢幢高楼拔地而起。电梯是楼房里上下运送乘客或货物的垂直运输设备。我国电梯行业的发展历程，从改革开放到今天，电梯行业在不知不觉中走过了一个从无到有，从有到多，从多到精的发展历程。随着住宅市场的巨大变化，中国已经成为全球容量最大、增长最快的电梯市场。目前，我国电梯保有量已超过100万台，且保持每年20%的递增速度，市场前景乐观。这些电梯服务于写字间、公寓、商场等各种场所。自1889美国的奥的斯升降机公司推出了世界第一部以直流电动机为动力诞生名副其实的电梯，从而

8、彻底改写了人类使用升降工具的历史。上世纪90年代，随的升降机着世界经济快速发展及经济全球化, 发达的工业化国家纷纷研制出高速及超高速电梯，电梯不仅是代步的工具,也是人类文明的标志,其技术的发展正体现了社会的进步与文明。随着电梯技术的发展,绿色化、低能耗、智能化、网络化、蓝牙技术的电梯成为一段时间内的发展趋势。1.3 电机及电力拖动技术的发展与前景 电机是以电磁感应和电磁力定律为基本工作原理进行电能的传递或机电能量转换的机械。电机在国民经济中起到很重要的作用，其表现为：1. 电能的生产、传输和分配中的主要设备2. 各种生产机械和装备的动力设备3. 自动控制系统中的重要元件始于19世纪6070年代

9、的第二次工业技术革命，是以电力的广泛应用为显著特点的。从此人类社会由蒸汽机时代步入了电气化时代。在法拉第电磁感应定律基础上，一系列电气发明相继出现。1866年，德国工程师西门子制成发电机；1870年比利时人格拉姆发明了电动机，电力开始成为取代蒸汽来拖动机器的新能源。随后，各种用电设备相继出现。1882年法国学者德普勒发明了远距离送电的方法。同年，美国著名发明家爱迪生创建了美国第一个火力发电站，把输电线结成网络。从此电力作为一种新能源而广泛应用。那时，电机刚刚在工业上初步应用，各种电机初步定型，电机设计理论和电机设计计算初步建立。 随着社会生产的发展和科技的进步，对电机也提出了更高的要求，如：性

10、能良好、运行可靠、单位容量的重量轻体积小等，而且随着自动控制系统的发展要求，在旋转电机的理论基础上，又派生出多种精度高、响应快的控制电机，成为电机学科的一个独立分支。电机制造也向着大型、巨型发展。中小型电机正向多用途、多品种方向发展，向高效节能方向发展。各种响应快速、起停快速的特种电机在各种复杂的计算机控制系统和无人工厂中实现了比人的手脚更复杂而精巧的运动。古老的电机学已经和电力电子学、计算机、控制论结合起来，发展成了一门新的学科。在我国，电机制造业也发生了巨大的变化。我国的电机生产从1917年至今已有90多年的历史，经过改革开放20多年的发展，特别是近10年的发展，有了长足的进步，令世人瞩目

11、。目前已经形成比较完整的产业体系，电机产品的品种、规格、性能和产量满足了我国国民经济发展的需要。而且一些产品已经达到或接近世界先进水平。近来世界上电机行业专家纷纷预测，中国将会成为世界电动机的生产制造基地。近年来我国已生产了不少大型直流电动机、异步电动机和同步电动机；在中小型电机和控制电机方面，亦自行设计和生产了不少新系列电机；对电机的新理论、新结构、新工艺、新材料、新运行方式和调试方法，进行了许多研究和试验工作，取得不少成果。与电机发展过程一样，电力拖动技术也有个不断发展的过程。电动机拖动生产机械的运转称为电力拖动(或称为电气传动)。电力拖动系统一般由控制设备、电动机、传动机构、生产机械和电

12、源五部分组成。它们之间的关系如图1.1所示：图1.1 电力拖动系统的构成一般情况下，电力拖动系统装置可分为电动机、工作机构、控制设备及电源四个部分组成。电动机把电能转化成机械动力，用以拖动生产机械的某一工作机构。工作机构是生产机械为执行某一任务的机械部分。控制设备是由各种控制电机、电器自动化元件及工业控制计算机等组成的，用以控制电机的运动，从而对工作机构的运动实现自动控制。为了向电动机及一些电气控制设备供电，在电力拖动系统中必须设有电源部分。因为现代工业的电力拖动一般要求局部或全部的自动化,因此必然要与各种控制元件组成的自动控制系统联系起来.在这一系统中可对生产机械进行自动控制,如实现自动控制

13、起动、制动、调速、同步,自动维持转速、转矩或功率为恒定值,按给定程序或事先不知道的规律改变速度、改变转向和工作机构的位置,以及使工作循环自动化等。 随着电机及电器制造业以及各种自动化元件的发展，自动化电力拖动系统得到不断的更新与发展。20世纪30年代初，出现了发电机-电动机组，是调速性能优异的直流电动机得到了广泛应用。在直流电动机拖动系统中，由于电机、电器、自动化元件及电力电子器件的不断更新与发展，在上述发电机-电动机组的基础上，发展成为采用交磁电机扩大机、磁放大器、可控离子变流器及晶闸管整流器等组成的自动化直流电力拖动系统。我国建国以来，电力拖动自动化技术的发展有很大成绩，建立了一些有一定电

14、力拖动自动化水平的工厂，成立了一批科研与设计机构。但与国外相比，差距还比较大。目前正在急起直追，主攻成套，狠抓基础，开展一些关键技术的研究。如电力拖动自动化成套技术，它应用系统工程学理论与计算机对工业自动化系统以及成套设备的技术经济指标进行全面的分析研究，使系统各组成部分安全系统要求的最佳方式工作，达到全系统和整个整套设备综合技术指标最佳。随着近代电力电子技术和计算机技术的发展以及现代控制理论的应用，电力拖动正向着计算机控制的生产过程自动化方向迈进。在一些现代化工厂里，力求做到从原料进厂到产品出厂都是自动化或半自动化的，而且达到高速、优质、高效率生产。我国电力拖动系统与国外的发展情况相同，一些

15、工厂企业的生产过程从单机、局部自动化发展到全盘综合自动化，已出现大批自动生产线。一些自动化车间和自动化工厂也已。 与直流电动机相比，交流电动机具有结构简单、价格便宜、维护方便、转动惯量小等一系列优点，单机功率比直流电机高得多，电压容易做成高压，还能实现高速运转。随着生产的发展，对电机拖动系统及多电机拖动系统提出了更高的要求，如要求提高加工精度与工作速度，要求快速起动、制动及逆转，实现在很宽的范围内调速及整个生产过程自动化等。要完成这些任务，除电动机外，必须有自动控制设备，以组成自动化的电力拖动系统。电气化、信息化时代，在性能、可靠性及容量等方面，对电机提出了更高的要求。交流变频调速系统及变频电

16、机、大功率无刷直流电机、永磁同步无刷电机等得到了很大发展。 同时，随着新兴行业的发展，微电机亦成为电机行业发展的亮点，是我国电工电器行业(电机)发展的重点产品。稀土永磁电机，无轴承电机也是电机技术发展的新动向。 与此相适应，电机拖动也有了新的发展，对拖动系统又提出更高的要求，如要求提高加工的精度和工作的速度，要求快速启动、制动和逆转，实现很宽范围内的调速及整个生产过程的自动化等，这就需要有一整套自动控制设备组成自动化的电力拖动系统。而这些高要求的拖动系统随着自动控制理论的不断发展，半导体器件和电力电子技术的采用，以及数控技术和计算机技术的发展与采用，正在不断地完善和提高。综上所述，电力拖动技术

17、发展至今，它具有许多其他拖动方式无法比拟的优点。它启动、制动、反转和调速的控制简单、方便、快速且效率高；电动机的类型多，且具有各种不同的运行特性来满足各种类型生产机械的要求；整个系统各参数的检测和信号的变换与传送方便，易于实现最优控制。因此，电力拖动已成为国民经济电气自动化的基础。1.4 课题研究任务与要求本次设计的任务是阻转矩负载计算机速度调节拖动系统的硬件设计主要内容：1、根据题目的给定及系统功能，在保证为软件提供完整的支持下，确定系统最简硬件结构；2、完成系统硬件设计。拖动系统框图1.2如下所示： 图1.2 位能负载计算机速度调节系统示意图基本要求：图1.3是电梯拖拽电机的机械特性示意图

18、，为吊厢满载时位能负载转矩，为空厢的转矩特性。图1.3 电动机机械特性象限示意图(1) 电机处于正向电动状态,实现转子的四级调速，以速度稳速提升吊厢；(2) 电梯下降实现吊厢以速度稳速下放；(3) 实现电机负转矩电动状态下空箱以速度稳速下放；(4) 过载停车、越限停车。(5) 硬件系统造价低廉；与控制硬件联合调试通过；(6) 翻译不少于3000汉字的英文资料； 2 方案论证2.1 电机调速方式的选择直流电机调速性能好，调速范围大，但是机组结构体积大、耗电大、维修工作量大、造价高。交流电机调速相对于直流电机调速来说有如下特点：能源消耗低、电路负载低、可靠性高、舒适度好、平层精度高、运行平稳无噪声

19、等。上述反复一次变流的最后两种调速方式，不能达到很宽的调速范围和很好的性能。其他四种调速方式都可以达到很高的性能，因此在性能电梯中得到广泛的使用。但采用直流电机系统时，不管采用何种方式都必须进行机械变流。显然，这就是直流电机的缺陷，是直流电机被交流电机取代的重要原因。如图2.1 各种调速方式的对比：调速方式一次变流二次变流三次变流直流电机G-M系统机械机械-直流电机相控调速方式电子机械-直流电机PWM系统电子电子机械交流电机“交-直-交”变频系统电子电子-交流电机转差能耗调速电子-交流电机调压系统电子-图2.1 调试方案对比图电动机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环

20、境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速性能和起制动性能、高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被公认为最有发展前途的调速方式。特别是在电梯控制技术上：变频调速电梯使用了先进的SPWM技术，明显改善了电梯运行质量和性能;调速范围广、控制精度高，动态性能好，舒适、安静、快捷，几乎可与直流电机媲美。但根据实际情况，综合考虑本课题决定采用转子电路串联电阻的调速方式进行电梯调速。这种方法的优点是，方法简单，初期投资不高，一般适用于恒转矩负载。 2.2 转子电路串联电阻调速原理转子电路串联电阻调速是交流异步电动机调速的一种类型。即在线绕式电动机转子电路中串联电阻如图2

21、.2，增加转子电阻使转子电流减小，电动机的转矩也随之下降，同时也产生反转矩：当反转矩等于转矩时，电动机电机便以某转数稳定运行；当电机转矩大于反转矩时，电动机则加速；当转矩小于反转矩时电机则减速，即转差率增大、转数下降，转矩又增大直到于反转矩平衡为止，此时的电机便以之前的转数运行，再串联不同的电阻，改变转差率达到调速目的的一种调速方式。从图 2-3特性曲线可知，这种工作方式的调速适用于固定负载或负载变化不大的场合。负载较轻时，即使串联的电阻值作大范围的改变，也不能获得宽的调速范围。而负载较重时，则需要较小变化范围的串联电阻即可。实际应用时某些启动电路也采用类似的电路。 图2-2 绕线转子异步电动

22、机 图2-3 转子电路串联不同电阻时的转子电路串联电阻 人为机械特性交流测速发电机又可分为两大类，一类为异步测速发电机，一类为同步测速发电机 因前者使用较广泛。交流异步测速发电机的一般用途及特点:交流异步测速发电机的结构与交流伺服电动机的结构完全相同其转子可以做成非磁杯形，也可以做成鼠笼形，鼠笼形转子异步测速发电机输出斜率大，但特性差，误差大，转子惯量大，一般仅用于精度要求不高的系统中。非磁杯形转子异步测速发电机的精度要高得多，转子惯量也小是目前应用最广泛的一种交流测速发电机，交流测速发电机主要用于交流伺服系统和解算装置中。选用时应根据系统的频率、电压、工作转速的范周和具体用途选择交流测速发电

23、机的规格。用作解算元件时，应着重考虑精度要高，输出电压稳定性要好。用作一般转速检测或作阻尼元件时，应着重考虑输出斜率要大，而不宜既要精度高，又要输出斜率大。与直流测速发电机相比，交流异步测速发电机的主要优点是，不需电刷和换向器，构造简单，维护容易，运行可靠。无滑动接触，输出特性稳定，精度高。摩擦阻力矩小，惯量小。不产生干扰无线电的火花 。 正、反转输出电压对称 其缺点是，存在相位误差和剩余电压，输出斜率小，其输出特性因负载的性质不同而有所不同。交流异步测速发电机工作原理交流异步测速发电机与交流伺服电动机的结构相似，其转子结构有笼型的，也有杯型的，在自动控制系统中多用空心杯转子异步测速发电机。空

24、心杯转子异步测速发电机定子上有两个在空间上互差90电角度的绕组，一为励磁绕组，另一为输出绕组。空心杯转子异步测速发电机原理：当定子励磁绕组外接频率为 f的恒压交流电源 u，励磁绕组中有电流 i流过，在直轴（即轴）上产生以频率 f脉振的磁通。在转子不动时，脉振磁通在空心杯转子中感应出变压器电势（空心杯转子可以看成有无数根导条的笼式转子，相当于变压器短路时的二次绕组，而励磁绕组相当于变压器的一次绕组），产生的磁场与励磁电源同频率的脉振磁场，在转子转动时，转子切割直轴磁通，在杯型转子中感应产生旋转电势，其大小正比于转子转速，并以励磁磁场的脉振频率交变，又因空心杯转子相当于短路绕组，故旋转电势在杯型转

25、子中产生交流短路电流，若忽视杯型转子的漏抗的影响，那么此短路电流所产生的脉振磁通在空间位置上与输出绕组的轴线一致，因此转子脉振磁场与输出绕组相交链而产生感应电势。输出绕组感应产生的电势实际就是交流异步测速发电机输出的空载电压，其大小正比于转速，其频率为励磁电源的频率。2.3 电动机的电力拖动分析电动机的机械特性是指电动机的转速n与转矩T的关系。机械特性是电动机力学性能的主要表现，它与运动方程相联系，将决定拖动系统稳定运行及过渡过程的工作情况。必须指出，机械特性中的转矩T是电磁转矩，它与电动机轴上的输出转矩差一个空载转矩 ，当电动机工作在电动状态时。在运动方程中，已将作为负载转矩，则T应为轴上拖

26、动转矩即，它与机械特性上的电磁转矩不同，比后者小。在运动方程式中，将T视作电磁转矩，则为负载转矩与空载转矩之和。由于一般情况下空载转矩占转矩TA或之比较小，在一般工程计算中可以略去，而粗略地认为电磁转矩T与轴上的输出转矩相等。在机械生产运行时，电动机的机械特性与生产机械的负载转矩特性是同时存在的。在电力拖动运动方程式中以指出，当转矩方向相反、大小相等时而互相平衡时，转速为某一稳定值，拖动系统处于稳定状态，或称静态。 如负载增大，负载转矩特性和转矩增大，此时由于惯性，转速开始时不变，平衡状态被破坏，拖动系统进入动态减速过程，或称减速过渡过程状态。在减速过程中，转矩按其本身特性变化，减速过程结束时

27、系统又转化为稳态，达到新的平衡，以新的转速稳定运行。 由此可见，稳态下电动机发出转矩的大小是由负载转矩的数值所决定的。如果电动机的机械特性与负载转矩特性具有交点，则电力拖动系统可能稳定运行。但必须指出，如果交点处两特性配合情况不好，运行也有可能不好。这就是说，两种特性有交点仅是稳定运行的必要条件，但还不够充分。充分条件是：如果电力拖动系统原在交点处稳定运行，由于出现某种干扰作用，使原来的转矩的平衡变得不平衡，电动机转速便稍有变化，这是当干扰消除后，拖动系统必须有能力使转速恢复到原来交点处的数值。电力拖动系统如能满足这样的特性配合条件，则该系统是稳定的，否则是不稳定的。3 三相异步电动机的机械特

28、性和各种运转状态3.1 三相异步电动机机械特性的三种表达式三相异步电动机的机械特性是指其转速与转矩间的关系n=f(T),其表达式有三种形式：（1）物理表达式：三相异步电动机的转矩公式形式：式中 表示异步电动机的转矩系数 表示异步电动机的每极磁通 表示转子电流的折算值 表示转子电路的功率因数 如图3.1所示n=f（）及n=f（）两条曲线。 在图3.1中，当不同的n值时，将 和 两条曲线相乘，并乘以常数 ，即得n=f(T)的曲线，称为异步电动机的机械特性。 由机械特性曲线可见，曲线n=f(T)的形状与n=f（）不同，两者不成正比。当n由逐渐减小时，增加较快，的数值较大，使T值增加较快。当n=0时，

29、虽然较大，但由于 的数值较小，使与两者乘积成正比的T值不大。这样，在n从零到之间，转矩出现一个最大值，称为异步电动机的最大转矩 。 图3.1 在不同转速时由和的乘积求T(2)参数表达式：物理表达式不能直接反映异步电动机转矩与电动机一些参数间的关系，为此必须进一步推导出机械特性的参数表达式，即: 按参数表达式的形式即可绘制异步电动机的机械特性，如图3.2所示，显然其形状与按物理表达式绘制出的曲线n=f(T)是一样的。图3.2 异步电动机的机械特性 机械特性方程式为二次方程式，故在某一转差率时，转矩有一最大值，称为异步电动机的最大转矩。如图3.2所示：在参数表达式中，使dT/ds=0,可求出产生时

30、的转差率又因通常可得通过以上公式可见：（1）当电动机各参数及电源频率不变时，与成正比，则保持不变，与无关。（2）当电源频率及电压不变时，与近似的与成反比。（3）与无关，则与成正比。除了外，异步电动机还有另一个重要参数，即起动，它是异步电动机接至电源开始起动时的电磁转矩，此时s=1（n=0），代入参数表达式中得由上式可见，对于绕线转子异步电动机，转子电路串联附加电阻（即加大），便能改变，从而可改善起动特性。(3)实用表达式 上述参数表达式，对于分析T与电动机参数间的关系，进行某些理论分析，是非常有用的。但是由于在电动机产品目录中，定子及转子的参数是查不到的，因此，用参数表达式以绘制机械特性或进行

31、分析计算是很不方便的，为此，出现了下面的实用表达式。即： 综上所述，上述三种异步电动机的机械特性的表达式，其应用场合各有不同。一般物理表达式适用于定性的分析T与及间的关系；参数表达式可用以分析各参数变化对电动机运行性能的影响；实用表达式最适于用以进行机械特性的工程计算。3.2 三相异步电动机的固有机械特性与人为机械特性1 固有机械特性固有机械特性是指异步电动机工作在额定电压及额定频率下，电动机按规划的接线方法接线，定子及转子电路中不外接电阻（电阻或电容）时所获得的机械特性曲线n=f(T)。三相异步电动机的固有机械特性如图3.3所示，为了描述其特点，下面着重研究几个反应电动机工作的特殊运行点，即

32、 1）起动点A: 特点是：n=0；T=；起动电流=(47)。2）额定工作点B: 特点是：n=；T=；I=。3）同步速点H: 特点是：n=，T=0，=。H点是电动状态与回馈制 动状态的转折点。4）P和点：最大转矩点电动状态的最大转矩点P: 特点是：T=，s=回馈制动状态最大转矩点: 特点是：T=，s=。在回馈制动时异步电动机的过载能力较电动状态时大，只有当忽略时，两者才相等。 图3.3 三相异步电动机的固有机械特性2 人为机械特性由三相异步电动机的机械特性参数表达式可见：异步电动机电磁转矩T的数值是由某一转速n（或s）下的电源电压、电流频率、定子极对数p、定子及转子电路的电阻及电抗（、）决定的。

33、因此人为的改变这些参数，就可得到不同的人为机械特性。下面是改变某些参数时人为机械特性的变化：（1）转子电路串联对称电阻在绕线转子电动机的转子电路中，三相分别串联同样大小的电阻,此时，不变，也不变；随的增大而增大；值将改变，一开始随增大而增加，一直增大到时，=，如继续增大，将开始减小。转子电路串联对称电阻适用于绕线转子异步电动机的起动，也可用于调速，其人为机械特性如图3.5所示。 图3.5 转子电路内串联对称电阻时的人为机械特性（2）定子电路串联对称电抗在定子电路的三相中分别串联对称电抗，不变，、随所串电抗值的增大而减小，其人为机械特性如图3.6所示。定子电路串联对称电抗一般用于笼型异步电动机的

34、减压起动，以限制电动机的起动电流。图3.6 定子电路串联对称电抗时的人为机械特性（3）转子电路接入并联阻抗图3.7中所示是在绕线转子异步电动机转子电路每相接入电抗器与电阻的并联电路。这样，在电动机加速过程中，当转子频率s变化时，在转子电路中的两个并联支路之间，电流将进行重新分配。在启动初期，当转子频率相当大时，电抗器的感抗较大，转子电流的大部分将流过电阻。这个电阻实际上决定了起动电流和起动转矩。当转子逐渐加速而转子频率逐渐降低时，也随之减小，这时大部分的转子电流将开始流过电抗器。在起动结束时，转子频率将变得很小，的值很小，因而几乎全部转子电流将流过电抗器，近乎将电阻短路。由于转子电路参数可变，

35、如果参数配合恰当，电动机在整个加速过程中可以产生几乎恒定的转矩，在图3.7中绘制出了其人为机械特性。转子电路接入并联阻抗又能限制起动电流，在起动级数最少的情况下，保证电动机平滑地加速。图3.7 转子接入并联阻抗的电路图与人为机械特性（4）定子电路串联对称电阻在电动机定子电路的三相中串联对称电阻，与串联对称电抗时相似，不变，、随所串电阻值的增大而减小，其人为机械特性如图3.8所示。与串联对称电抗时相同，定子串联对称电阻一般也用于笼型异步电动机的减压起动。 图3.8 定子电路串联对称电阻时的人为机械特性3.3 三相异步电动机的各种运转状态 3.3.1 电动运转状态电动状态的特点是电动机转矩T的方向

36、与旋转的方向n相同。如图3.9所示，是电动状态下电动机在第一象限及第三象限的机械特性，第三象限相当于电动机工作在逆向电动状态。在电动状态工作时，电动机由电网吸取电能，变换成机械能以带动负载图3.9 电动状态下异步电动机的机械特性3.3.2 三相异步电动机的正反转 改变电机电源的相序，其旋转方向就会跟着改变。为此，采用两个接触器分别给电动机送入正序和负序的电源，即对换两根电源线的位置，就能使三相异步电动机正反转。如图3.10 所示： 图3.10 异步电动机正反转控制电路图图3.10中FU作为电路的短路保护，由于两个接触器KM1和KM2的主触点所接的电源的相序不同，从而可改变电动机转向。接触器KM

37、1和KM2的主触点不可同时闭合，以免发生相间短路故障，为此就需要在各自的控制电路中串接对方的常闭触点，构成互锁。电动机正转时，按下正向起动键SB2，KM1线圈得电自锁，KM1常闭触点断开，这时，即使按下反响按钮SB3，KM2也无法通电。当需要反转时，先按下停止按钮SB1，令接触器KM1断电释放，KM1常闭触点复位闭合，电动机停转。再按下反向起动按钮SB3，接触器KM2线圈才能得电，电机反转。由于电动机由正转切换成反转时，需要先停下来，再反向起动，故此电路称为正-停-反电路。3.3.3 三相异步电动机的制动运转状态与直流电动机相同，异步电动机也可工作于回馈制动、反接制动及能耗制动三种制动状态。其

38、共同的特点是电动机转矩与转速的方向相反，以实现制动。此时电动机由轴上吸收机械能，并转换为电能（1） 回馈制动状态回馈制动的方法是：当异步电动机由于某种原因（例如位能负载的作用 ），使其转速高于同步速度 时，转子感应电动势反向，转子电流的有功分量也改变了方向，其无功分量的方向则不变。此时异步电动机既回馈电能，又在轴上产生机械制动转矩，即在制动状态下工作。位能负载带动异步电动机进入回馈制动状态如图3.11所示。图3.11 位能负载带动异步电动机进入回馈制动状态异步电动机回馈制动时的机械特性如图3.12所示。 图3.12 异步电动机回馈制动的机械特性 如在转子电路中串联电阻，可得人为机械特性，并可得

39、到不同的稳定转速。串联的电阻值越大，稳定转速越高。一般在回馈制动时不串电阻，一面转速过大。 异步电动机在回馈状态一般可用于位能负载下放，已获得稳定的下放速度。回馈制动还能发生在异步电动机定子由少数对数换成多极对数时，因定子换接前极对数小，电动机的转速高，它将大于换接后的同步转速，电动机将进入回馈制动状态。（2)反接制动状态实现反接制动可有转速反向和定子两相反接两种方法,下面是这两种方法的具体分析:1）转速反向的反接制动：与直流电机相似,这种制动如图3.13所示，异步电动机转子电路串联较大电阻时，接通电源，电动机的起动转矩的方向与重物G产生的负载转矩方向相反，当时，在重物的作用下，迫使电动机反的

40、方向旋转，并在重物下降的方向加速。此时转差率s为 图3.13 异步电动机转速反向反接制动电路图 随着的增加，、及均增大，直到转矩增至，转速稳定为，此时重物以等速下降，图3.14中机械特性在第四象限的部分即异步电动机的反向的反接制动特性。这种制动与前述回馈制动一样，可用于起重机的重物下放，这也属于一种稳定的制动状态时，它由轴上输入机械功率，同时，定子又通过气隙向转子输送电功率，这两部分功率合起来消耗在转子电路的总电阻中。这种也属于稳定运行状态。图3.14 转速反向的反接制动时的异步电动机特性2）定子两相反接的反接制动设异步电动机带动生产机械在原地电动状态下稳定运行，为了迅速停车或反向，可将定子两

41、相反接，定子相序改变，旋转磁场方向也改变，从而得到与原转速方向相反的机械特性，工作点由A移向B，此时转子切割磁场的方向与电动状态时相反，的方向也改变了，此时转差率为下图 3.15 是异步电动机定子两相反接的电路图与机械特性在两相反接时，电动机的转矩为-T，与负载转矩共同作用下，电动机转速很快下降，这相当与图中机械特性的BC段。在转速为零的C点，如不切断电源，电动机即反向加速，进入反向的电动状态（对应特性CD段），加速到D点时，电动机将稳定运转，实现了电动机的逆转过程。定子两相反接的反接制动就是指机械特性的BC段。图3.15 异步电动机定子两相反接的电路图与机械特性两相反接制动的优点是制动效果强

42、，缺点是能量损耗大，制动制动准确度差，如果停车，还须用自动控制线路切断电源。它适用于生产机械的迅速停车与反向。与直流电动机相同，异步电动机带动位能负载时，则两相反接转速反向后，在图中D点不能稳定运转，而将继续加速。 4 硬件设计4.1 AT89C51 简介 AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器

43、件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。引脚排列图如图1.4 所示 主要特性：与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环 数据保留时间：10年 全静态工作：0Hz-24MHz 三级程序存储器锁定 1288位内部RAM 32可编程I/O线 两个16位定时器/计数器 5个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 图4.1

44、引脚排列图引脚功能说明：VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位

45、地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0）