[基于单片机的感应电动机调速控制设计] 基于单片机控制的直流调速系统设计

时间：2019-06-02 03:18:58　来源：柠檬阅读网本文已影响人

　　在交流感应电动机的定子铁心中，沿空间均匀分布三相绕组，各绕组轴相互错开120°。把定子三相绕组依次接到三相电源时产生一个磁场，其幅值所在的磁轴相继与各绕组轴重叠。也就是说，三相绕组联合产生一个在空间不断移动的磁场。当三相绕组流过三相正弦电流时，则将产生一个旋转磁场。如果转子以低于旋转磁场的转速转动，那么在转子绕组和旋转磁场之间出现相对运动，而在转子绕组中产生感应电压引起电流。而感应电流在磁场下又产生转矩，推动转子转动。
　　1感应电动机的调速方式
　　1.1感应电动机调压调速
　　当主电源为恒压恒频三相交流电网CVCF，M为感应电动机，中间为交流斩波调压器时，就构成了感应电动机调压调速系统。交流斩波器的输出是变压恒频交流VVCF，即f1=fa，U1≤Ua，感应电动机的电磁转矩Te，最大电磁转矩Tem及其对应的临界转差率sm分别为
　　
　　式中 C=Ls/Lm；
　　Ls——定子自感；
　　Lm——定子、转子之间的互感；
　　p——极对数；
　　r1、x11——定子电阻和漏抗；
　　r2、x21——折算到定子的转子电阻和漏抗；
　　s——转差率；
　　由于调压调速属于能耗转差调动，低速运行时电动机转子的损耗大，转子发热严重，故不适用于长期低速运行。对于只有短时低速运行的起重机械、升降机等恒转矩负载和风机泵类等通风机械的负载都可采用。
　　轻载时如果把电动机的端电压降低，就能大大减小励磁电流，提高功率因数和减少电动机空载损耗，这就是国外发展起来的所谓NOLA节能器，即功率因数节能器的基本原理。
　　1.2变极调速
　　采用双速(或三速)变极笼型电动机经接触器换接定子绕组，可得到与极对数对应的二挡(或三挡)同步速度。这种设备控制简单、运行可靠、费用也低，但调速是有级的且范围有限，一般只用于对特性要求较低的场所。
　　2单片机控制的交流调压调速系统
　　下面介绍一种基于MCS-98单片机的交流调压调速系统实例。该系统采用三相交流电源经反向并联的三组晶闸管加到交流电动机的定子上，利用相位控制改变加在定子绕组上的电压有效值，在转速反馈控制下实现对电动机的调速。MCS-98单片机实现数字触发、数字测速、数字调节的任务。
　　2.1基于MCS-98单片机控制器
　　该控制器主要由MCS-98单片机最小系统及键盘显示部分、测速部分组成。主要的功能是：
　　数字调节控制算法运算，触发脉冲的形成，实际转速、电流、电压检测及显示，转速的数字量或模拟量给定、转速环控制参数设置，电源、运行状态、故障报警信号指示等。
　　2.2转速检测电路及测速原理
　　选用E6C-CWZ5C测速器，与交流电动机同轴连接，每转输出脉冲数P=1000，实现数字测速。
　　测速电路使用1个定时器、2个计数器，实现M/T测速法。在定时器设定的时间Td内，1个计数器对固定的频率信号进行计数；另1个计数器对测速器输出脉冲进行计数，从而通过计算获得实际转速值。定时器由8098单片机软件定时完成，2个计数器由外扩的8253计数/定时器芯片的0通道、1通道完成。计数器的启、停通过外扩的8155接口芯片C口Pc.6、Pc.7来控制。
　　2.3电流、电压检测电路
　　用电流互感器、降压隔离变压器来完成电流、电压信号的获取，经桥式整流稳压后获得直流电压，可直接送入MCS-98单片机的A/D转换通道ACH4、ACH5。转换时间为22μs，分辨率为10位。
　　2.4起、制动过程
　　对于电动机的起动过程，为了避免定子回路的大电流冲击，设计有两种起动方法。方法一，通过设置在操作面板上的起动电位器，人工控制起动过程的快慢。方法二，通过单片机控制器将给定转速按一定的函数关系缓慢地增大，即相当于增加一个转速给定函数发生器。
　　3单片机控制的串级调速系统
　　用单片微型计算机控制的串级调速系统，由主电路、单片机8031及接口电路等部分组成。下面主要介绍单片机和接口电路的组成及其工作原理。
　　系统所用的单片机是MCS-98系列中的8098。并扩展了I/O接口8155、程序存储器2716。单片机8098中的P0口及P2口用于片外扩展的程序存储器及I/O口的数据/地址总线。P1口用来接收故障检测输入信号。P3.4、P3.5与升、降速按钮SBl、SB2相接。8098内设转速计数器，在运行中查询P3.4、P3.5，得到触发器移相控制电压，再配合程序软件实现升、降速。
　　每当发出触发脉冲后，要检测相应的晶闸管是否已正常导通。即从晶闸管阳、阴极两端取出信号，此信号经光耦合、施密特整形后送给单片机8031的P1口。若晶闸管导通，则压降很小，施密特输出为低电平；若晶闸管未导通，则施密特输出为高电平。因此，在触发脉冲发出后，检测Pl口的状态，可以检测出晶闸管导通与否。
　　当单片机8098一旦检测出晶闸管未导通、三相电源严重不对称或同步信号丢失的故障时：一方面单片机8098由程序软件将逆变角β推至最小逆变角βmin，限制主回路电流；另一方面，由8155PA口、驱动器7406、光耦合器4N25、晶体管V配等输出保护信号，使继电器K通电动作。由该继电器触点控制有关接触器的通、断电，实现系统主电路从串级调速运行状态到异步电动机自然接线运行状态的切换。
　　
　　参考文献:
　　[1]张强，吴红星，谢宗武编著. 基于单片机的电动机控制技术[M]. 中国电力出版社，2008.8.
　　[2]张桂新，陈特放.单片机控制的感应电动机调压调速系统[J].湘潭大学自然科学学报，1999.09.
　　[3]满益明；翟涌. 基于单片机与变频器的感应电动机调速系统设计与实现[J]. 微电机，2009.07.

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