基于单片机控制的交流电机调压调速系统的设计

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1、基于单片机控制的交流电机调压调速系统的设计引言近年来由于微型机的快速发展，国外交直流系统数字化已经达到实用阶段。由于以微处理器为核心的数字控制系统硬件电路的标准化程度高，制作成本低，且不受器件温度漂移的影响，且单片机具有功能强、体积小、可靠性好和价格便宜等优点，现已逐渐成为工厂自动化和各控制领域的支柱之一。其控制软件能够进行逻辑判断和复杂运算，可以实现不同于一般线性调节的最优化、自适应、非线性、智能化等控制规律。所以微机数字控制系统在各个方面的性能都远远优于模拟控制系统且应用越来越广泛。在现代工业企业中，绝大多数工作机械的运行时由电动机拖动的，因而掌握拖动

2、系统的调速知识是十分重要的。电动机调速分为直流调速和交流调速。直流电动机的调速性能好，因此在调速领域中曾一直占主导地位。交流电动机与直流电动机相比，具有结构简单、构造方便、成本低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率高等许多优点，以前未得到大规模的应用，主要是由于调速困难。随着现代科学技术的高速发展，现代电力电子技术、微电子学、现代控制理论、微机控制技术等为交流电机调速提供了全新的理论和技术，使得交流电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、高地稳速范围、高的稳速精度、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能。可以说，自20世纪80年代开始交流调速技术就已进

3、入了一个新的时代，也就是可以与直流调速相媲美并逐渐取而代之占据电力传动主导地位的时代。本文主要内容是研究采用单片机控制的调压调速系统，通过软件编程控制电动机的变压调速。第一章绪论1.1电动机调速系统的发展概况及趋势在电气时代的今天，电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用。无论是在工业生产、交通运输、国防、航空航天、医疗卫生、商务与办公设备中，还是在日常生活中的家用电器中，都大量地使用着各种各样的电动机。据资料统计，现在有90%以上的动力源来自于电动机。我国生产的电能大约有60%用于电动机。可见，电动机与人们的生活息息相关、密不可分。我们知道，动

4、力和运动是可以相互转换的，从这个意义上讲，电动机是最常用的运动源。对运动控制的最有效的方式是对运动源的控制，因此，常常通过对电动机的控制来实现运动控制。实际上，现在国外已将电动机控制改为运动控制。对电动机的控制一般可分为简单控制和复杂控制两种：简单控制是指对电动机进行启动、制动和顺序控制，这类控制可通过继电器、可编程控制器和开关元件来实现；复杂控制是指对电动机的转速、转角、转矩、电压和电流等物理量进行控制，而且有时往往需要非常精确。以前对电动机简单控制的应用比较多，但是现在人们对电动机控制水平要求越来越高，使电动机的复杂控制逐渐成为应用主流，其应用领域非常

5、广泛。交流调速基本上是由异步电动机调速和同步电动机调速两大部分组成。其中，笼型异步电动机结构简单、坚固耐用、维修工作量小、运行效率高、转动惯量小、动态响应快，因此在工艺上可以达到高电压、大容量、高转速的效果。但是，异步电动机功率因数不高，与等容量同步电动机相比，所用变频装置容量要偏大。尽管普通的同步电动机在结构上要比笼型异步电动机复杂，但却比直流电动机简单，与等容量的直流电动机相比，它具有效率高、过载能力大、体积小、转动惯量小，维护简单等优点，并且可以达到大容量、高转速和高电压的技术工艺水平。与异步电动机调速系统相比，同步电动机具有功率因数高、效率高、调速

6、性能好等方面的优势，尤其适用于低转速负载不断冲击的生产机械工作环境下。在结构上，同步电动机（除永磁式外）在转子侧需加一套励磁装置，和笼型异步电动机相比，增加了一定的维护工作量。同步电动机矢量控制比异步电动机复杂，需准备监测转子装置或转子磁链位置。当前，异步电动机调速和同步电动机调速在电气传动领域中都占很大比重，成为电气传动的主流。从20实际后半叶开始，控制系统硬件已由模拟技术转向数字技术。微型计算机在性能、速度、价格、体积等方面的不断发展为现代交流调速技术实现提供额重要保证。现在16位以及32位微处理机应用十分广泛，由于微处理机的运算速度高且价格较低，使得

7、交流调速系统可以采用全自动化控制，这样不仅使传动系统获得高精度、高可靠性，还为新的控制理论与方法提供了物质基础。从发展趋势上看，交流数字调速有以下两个发展方向：①采用专用的硬件、大规模集成电路（IC）。研制交流调速系统专用的IC芯片，可以控制系统硬件小型化、简单化。如富士电机公司推出的变频器采用专用数字信号处理器（DSP）芯片，并采用金属化表面技术（MST），是变频器体积更小，可靠性更高。②采用通用计算机硬件，软件模块化、可编程化。1.2现代交流调速的主要类型㈠异步电动机目前，异步电动机应用较广泛的调速系统有如下几种典型类型。1、转速开环的变频调速系统采用

8、转速开环、恒压频比，并且带低频电压补偿的控制方式。其控制系统结构简