单片机控制的电机交流调速系统设计

单片机控制的电机交流调速系统设计目录TOC\o"1-3"\h\u24534单片机控制的电机交流调速系统设计 单片机控制的电机交流调速系统设计摘要：简单来说，单片机控制的调速系统设计的原理是根据转差频率来进行控制。通过。改变程序来逐步的达到控制转速的要求。但是在设计的过程中，电动机自身的功率较小。因而无法使用控制电路来进行控制，因此在本文中，提出了一种以单片机来控制的电机交流调速系统的设计原理。其中系统的总体结构主要包含了主回路、驱动电路、光隔离电路以及大规模集成电路和保护电路以及其他一系列的组成元件等，进一步使得回路电路中有了检测保护电路的相关系统，最终来保证整个系统电路运行的安全。关键词：单片机，电机交流，调速系统设计一、交流调速的现状1.1交流调速技术的优点简单来说，交流调速系统与直流调速系统相比较，具有一系列的优点。其中第一是交流电动机自身的容量较大，容量可以远远超过14MW，而直流调速。电动机的容量仅仅是达到了14MW。第二是交流调速电动机中的转速和耐压性较高。交流电动机中转速可以高达一分钟几万转。进而使得交流电动机中的调速系统可以耐高压以及具有较高的转速。第三是交流电动机的调速装置环境的适应性较大。交流电动机的结构较为简单，换向器工作要求较低。因而在使用时受到的限制较小。维修较为简单。简单来说，交流电动机可以在十分恶劣的环境下运行而不会发生损失。第四是交流调速装置能够提高节能效率，可以借助交流电动机的调速系统来改进风量，进而提高了工作的效率。1.2电动机控制的分类当前对电动机的控制可以划分为两大类，分别是简单控制和复杂控制。其中简单控制指的是对电动机进行简单的启动和制动、以及正反转控制和顺序控制。一般简单控制可以通过继电器，可编程的器件以及相应的开关元件来实现。在复杂控制中，主要是指对电动机转速，转角、转矩、电流、电压等物理量的精确化控制。当前电动机的应用范围较广。其中在军事和雷达天线惯性导航中，存在电动机的控制，小到打印机、冰箱、空调、洗衣机和电扇等中的控制。二、用单片机控制的交流调速系统的设计方案2.1在调速系统设计中的控制要求在调速系统的设计中需要调速系统具有较为良好的动静态性能，具有较为良好的调速精度等，进而来使得电动机可以在运行的过程中可以稳定持续的运行，而不会出现故障，进而来影响着电动机的调速控制系统的管理。2.2在调速系统设计中的改进方案为了进一步的保证调速系统具有良好的动静态性能，满足在设计中的各项要求，就是要在系统设计时转变为转速单闭环控制系统，并且采用转差频率来进行适度的调节，其中可以对转速进行动态调节。在电动机运行中，主要的负载是恒转距负载。在高频阶段中，可以使用横比例控制方式来充当恒磁通控制方式，而在低频阶段中，可以采用恒磁通的补偿方法来电影一部的维持磁通量的恒定，进而来实现恒磁通变频调速。再者是尽可能地选择较大规模的集成电路来产生控制信号，进而来减轻单片机的负载。同时，在电动机的设计中选择不可控的电路，电容器滤波，逆变器中则是采用电力晶体管三相逆变器，尽可能的满足在设计中电动机的各项要求。2.3单片机控制的交流调速的控制器在电动机的控制器中，一般常用微处理器来取代模拟电路。其中微处理器可以简化电路，是的，电路更加简单。而且绝大多数控制逻辑都可以借助软件来实现。同时可以实现较为复杂化的控制。微处理器具有较高的逻辑功能，运算的速度较快，精度较高。可以灵活的适应多种环境。如果需要修改控制规律。常见的是需要改变系统的一些硬件电路。但是，在用微处理器代替了模拟电路之后，仅仅是需要修改程序就可以进行改变。再者，微处理器代替模拟电路可以提供人机界面，多机联网的工作，从而来可以避免一些缺点，从而提高了控制的精确度。在本文中，所用到的控制方式是有转差频率闭环来进行精确化的控制。转速开环恒压频比调速系统而结构较为简单，但是不能保证异步电动机的调速精度，在动态化的过程中，不能一直保持所需要的转矩，进而使得只能适应一些动态性要求较低的环境中。但是，转差频率控制的方式可以解决异步电动机电子转矩控制的问题。三、在电机交流调速系统中的参数分析在对三相异步电动机调速系统进行设计时，异步电动机的主要参数是，PN?2.2KW,nN?1440r/min,US?380V,?接法是IN?4.8A。其中采用了转差频率控制的方法，而其中的由单片机来组成核心部分。需要达到的调速范围是0.2？51HZ，无级调速，静差率为S？5%。同时根据一系列的对象参数来完成。电动机系统中各个功能单元的结构化的设计以及参数的计算。四、用单片机控制的电机交流调速系统的硬件的具体设计4.1原器件的选择4.1.1原器件74LS138的选择74LS138的原器件，是属于一种译码器，一般有三个输入端，在经过了译码之后产生八种状态。如果译码器输入了某一个编码时，其对应的输出就有一个固定的引脚输出为低电平，而剩余的引脚输出为高电平。4.1.2关于原器件8253的功能在8253的原器件中，一个芯片上主要包含有三个相对独立的16位计数器通道。每个计数区都可以根据二进制来进行计数。并且每个计数器的技术速率可以达到2MHZ。每个通道都含有三条引线，分别是CLK、GATE和OUT，其中CLK是属于输入脉冲线，而GATE是属于门控制信号输入引脚。而OUT是输出引脚。4.1.3原器件HEF4752原器件HEF4752，是属于一种LOCMOS工艺制造的大规模的集成电路，专门用于产生三向SPWN信号。一般它的驱动输出在经过隔离放大之后，可以驱动逆变器在交流频调速中作为控制元件。4.1.4关于原器件8255原器件8255是属于可编程的并行i/o接口芯片，其中该芯片具有三个八位的并行i/o口,常见的工作方式有三种,可以通过编程来改变其的所属功能。其中，该接口芯片的使用方便，通用性较强。可作为单片机与多种外围设备连接的中间接口电路。4.1.5原器件ADC0809原器件ADC0809,是属于一种逐次逼近式的8路模拟输入，八位数字量输出的ad转换器。包含有28个引脚，一般是采用双插直列式来进行封装。4.2系统主回路的具体设计以及相关参数的计算4.2.1系统主回路的结构简单来说，由单片机控制的电路交换调速系统中，答，主回路是交--直--交电压型变频电路。在整体主回路电路的结构中，采用三相桥式不可控整流器来组成滤波电路，R2,C2,VD2以及VD1来组成尖峰电压吸收电路，进而来削弱逆变器换流而产生的尖峰电压。4.2.2相关参数的计算对于大功率开关管的计算，Spwn正弦脉宽调制方法的是直流利用率是0.866。因而为了促使逆变器可以输出380伏的线电压，因而直流测的电源电压是U1/Ud?0.866。对于直流侧功率的估算过程中，取电为2.34220V?KW?2.7KW,其中的逆变器的效率为0.93,动机的效率是0.82，因此收入电动机的输入功率为P10.822。整流桥输入侧电压为U2?,计算出的直流侧电流为ID?D?A?6.4A，直流侧电压为PdPP29001?2.9KW。关于LC滤波器，一般是选择两只2200uF，耐压在500V以上的电容器并联来进行使用。其中滤波电感的用途是限制电流脉动以及在短路电流上升率。其中按照三相桥式整流电路限制电流脉动的电感量算式估计得出，则两台电感量分别为50mH，额定电流不小于6.4安的看电抗器L1,L2进行串联。对于直流侧阻容吸收电路参数的计算，根据晶体管三相桥式整流电路，直流侧阻容吸收电路参数是来进行计算，得出了R2?KRdI02%6.512？*0.816*6.4？？？2.5uFfu2IU21??170?0.2*0.816*6.412?100100.其中需要将c二选择为2？4ufczI系列的纸电容。而R2的额定功率为二瓦。对于大功率晶体管作容吸收电路中，电动机气制动电流的为额定电流的三倍。也就是IM?3*4.8A?14.4A,GRT,开关断的时间为Tf?50V.并且将R1的阻值取为100欧。4.3转差频率控制原理以及调节器的设计在采用恒磁通的控制方式进行变频调速时，就会使得E1/f1的近似相对恒定，因此?m的近似值也相同，此时就是存在T?KMfs，其中KM?Cm?m,E1近似值是属于一个常数，其中T近似于一个转差频率fs，因而就可以通过对转差频率的控制来实现对电动机的转矩的控制，从而来适当的调节电动机的转速。在设计单片机控制电机交流调速系统是，经常采用的是增量是频率调节的方式，其中f1?fs?fn,所以US(k)与Un(k)之和反映了频率f1,即为频率指令信号。在数据中??UnA??UnA

为死区，是为了进一步的避免因量化而产生的误差，进而来将误差进行设计，从而来减少系统运行的不平衡情况的出现。△UnA?OUnB(-

A

UnA?-△UnB)是属于一种线性调节区，其中，当△Un(K)I>△UnB时，就可以说出对应的限幅，进而来用到当前转差频率的最大增量值中，也就是进一步的限制f1的最大增量，进而来逐步的防止系统受到冲击，逐步的提高系统运行的稳定性。再者，AUsM决定系w统的积分系数(K17?UsM),一般是由电位器来进行设定，进而来通过?UnB过A/D转换器转换后输入。如果当AUnB确定后，并且在调节电位器之后就可以通过S改变积分系数K1,整定方便。△UnA的值根据静态精度要求和实际系统工作时的最低转速来确定，△UnB、△UsM通过实验确定。4.4PWM控制信号的产生以及变换器的设计在单片机控制的电机交流调速系统的中，控制信号一般是用HEF4752大规模集成块来进行产生。如果要保证HEF4752可以正常的进行工作，就必须要提供4路时钟信号和4个开关信号，进而来将一端进行接地，从而来使得HEF4752的工作状态设定在晶体管模块式，而将K端接+5v电源，保证每两路互补的信号之间有着较大的输出延迟时间。而其中的cw端，L端分别接8255C口的PC1、PCO。之前的控制端就剩下了还剩四个，在剩余的控制端中，FCT端设定为了频率控制端，VCT端是属于一种电压控制端，最关键的是逆变器的输出频率和电压就是通过控制着两个端输入的方波信号频率来控制和管理的。但是电动机转速的调节一般是经过调频和调压来进一步实现电动机的稳定运行。因此就必须保证转差的调节器与HEF4752之间正比的方形波号是属于FCT和VCT时钟信号。

其中，对于fVCT,fFCT与Uf1三者之间关系以及对应的低频补偿

因为8098单片机中A/D转换器分辨率为10位，因而使得频率指令信号。可以选择十位的二进制来进行表示。其中，对于Uf1、f1频率与fFCT的关系如下：fFCT=168Uf1，Uf1=20f1。

如果当f1=50Hz时，Uf1=1000Hz,fFCT=168000Hz。为了使U1?KfFCTf成立，单片就应该满足FCT?0.5，故取fVCTfVCT，fVCT(nom)=168000Hz/0.5=336000Hz

如果在f1=20?50Hz范围内，要想保持fVCT-33000Hz不会发生变化，就需要U1/1=常数威海刺不变。进而在0?20Hz范围内，逐步的引入对应的低频补偿，最终来进一步的维持磁通恒定不变。简单来说，低频补偿的内容是指在低频阶段中，按照一定的规律来逐步的减少fVCT,进而来使得fFCTf的比值增大，保证U1=KFCT之间的关系在增大，最终来及时的补偿定子绕组电阻上的压降，维持磁通恒定。4.5光电隔离及驱动电路设计简单来说，HEF4752输出的PWM控制信号自身的功率非常小，进而使得无法直接的驱动GTR来进行工作。此时，如果要想出驱动GTR进行运行和工作，就是要通过脉冲功率来逐步的放大PWN控制信号，从而来进一步的驱动GTR进行运转,一般脉冲功率的放大电路中选用EX359的模块，这是因为该模块是属于带有光隔离的一种功率放大的电路。同时在该电路中，电源电压的数值为12v,而输入的信号为4.5V,输出的电压是1.6v,其中，1.6V的电压是对应GTR开始工作，而当电压是处于-2V时，对应的是驱动GTR处于关闭状态，对应的工作频率是2.5KHz，而电动机中可以驱动的是在50A以下的一系列的逆变器。4.6故障检测及保护电路设计在单片机控制的电机交流调速系统设计时，对于故障检测以及保护电路的设计过程中。一般电路采用电阻取样的电压和电流来保护电路可以正常的运行，并且借助调节电位器RP1、RP2来逐步的设置出电路中允许通过的最大电压电流值。其中，在具体的电路中，是需要将电路中的C1、C2分别接入到对应8255设备的C口中的PC2、PC3，0端以及对应的HEF4752的L控制端。最终来使得电机交流调速系统中的保护电路可以借助门1来逐步的输出对应的控制信号，并且对HEF4752输出的PWM控制信号进行隔绝和封锁，从而来逐步的断开主回路中的电源。其中，在电路中的A1、A2接8255设备中的C口中的PC4、PC5，并且由相关的PC4、PC5来逐步的输入故障信号，用于检测电机交流调速系统中的故障类型。4.7模拟量输入通道的设计总地来说，在由单片机控制电机交流调速系统中，需要选定和设计对应的模拟量输入通道，其中一般经常是选用MCS-51单片机，这是因为在该单片机中不存在模数转换器，因而就可以在系统的外部电路中加上模数转换电路。同时也可以选用ADC0808的芯片来进行使用，它可以完成八路模拟量电路之间的相互转换。同时还可以为了进一步的削弱反馈信号中的交流分量，可以在反馈信号输入之前加入对应的RC滤波电路，而其中的取值为R?10K?,C?0.47uF，对应的时间常数为0.0055，进一步的保证单片机控制的电机交流调速系统中可以存在模拟量输入通道。五