基于单片机控制的交流调速系统设计论文--本科学位论文

基于单片机转差频率控制的交流调速系统设计

摘要

单片机控制的变频调速系统设计思想是用转差频率进行控制。通过改变程序来达到控制转速的目的。由于设计中电动机功率不大，所以整流器采用不可控电路，电容器滤波；逆变器采用电力晶体管三相逆变器。系统的总体结构主要由主回路，驱动电路，光电隔离电路，SA8282大规模集成电路，保护电路，AT89C51单片机， 8255可编程接口芯片，I/O接口芯片，测速发电机等组成。回路中有了检测保护电路就可以使整个系统运行的可靠性有了保障。

关键词:AT89C51单片机；SA8282；转差频率；交流调速；三相异步电动机

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目录

前言 (1)

第1章交流调速系统的概述 (4)

1.1交流调速的基本原理 (4)

1.2 交流调速的特点 (5)

第2章交流调速系统的硬件设计 (7)

2. 1 转差频率控制原理： (7)

2. 2 系统设计的参数 (7)

2.3 用单片机控制的电机交流调速系统设计 (7)

2.3.1调速系统总体方案设计 (7)

2.3.2 元器件的选用 (9)

2.3.3 系统主回路的设计以及参数计算 (12)

2.3.4 SPWM控制信号的产生 (15)

2.3.5 光电隔离及驱动电路设计 (17)

2.3.6 故障检测及保护电路设计 (18)

2.3.7 模拟量输入通道的设计 (18)

第3章系统软件的设计 (19)

3.1 主程序的设计 (19)

3.2 转速调节程序 (19)

3.3 增量式PI运算子程序 (20)

3.4故障处理程序 (21)

3.5 部分子程序 (22)

3.5.1 AD0809的编程 (22)

3.5.2 8255的编程 (23)

结论 (23)

参考文献 (23)

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前言

自上个世纪90年代以来，近代交流调速步入了以变频调速为主导的发展阶段。其间，由于各种新型电力电子器件的支持，使变频调速在低压（380 V）、中小容量（200 kW以下）方面取得了较大的进展。但是面对高压（6～10 kV）中大容量领域，由于电力电子器件自身规律的限制，变频调速在技术上遇到了很大困难，无论是“高-低”“、高-低-高”以及“多电平串联”等方案，都在实践中暴露出技术复杂、价格昂贵、效率降低、可靠性较差等缺点。从理论上看，高压变频所面临的问题是违反电力电子器件客观规律的结果，因为目前几乎所有的电力电子器件，其材料、工艺机理都决定了其属性是低压大电流的。

尽管如此，高压变频的势头仍有增无减，除了客观市场需求的拉动以外（诸如高压中大容量的风机泵类节能），主要是“变频调速是唯一的最佳交流调速”理论导向的结果。根据近代交流调速理论，交流调速被划分为变频、变极和变转差率三种方案，在缺乏科学分析的条件下，认定变转差率调速是低效率的，而变极调速又属于有级调速，因此惟有变频调速最佳。而变频调速方法与变转差调速方法有本质不同，从高速到低速都可以保持有限的转差率，因而变频调速具有高效率、宽范围和高精度的调速性能。可以认为，变频调速是交流电动机的一种比较合理和理想的调速方法。”

随着电力电子技术、微电子技术和自动控制理论的发展，交流调速技术也有了日新月异的变化。可调速的高性能交流电力拖动系统在工业上的应用也越来越广。进入21世纪交流调速技术也进入了现代交流调速技术时代，现代交流调速技术也成为人类社会的重大技术进步之一。其发展速度之快、应用覆盖范围之广都是前所未有的。而且应用实践表明，采用现代交流调速技术极大的提高了传动系统的运行质量，同时，带来了巨大的经济和社会效益。

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4 第1章 交流调速系统的概述

1.1 交流调速的基本原理

本文以地毯背涂机为例叙述在地毯制造业上的应用。

图1-1三相异步电动机结构示意图

1—机座；2—定子铁心；3—定子绕组；

4—转子铁心；5—转子绕组;

变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。常用三相交流异步电动机的结构为图1所示。定子由铁心及绕组构成，转子绕组做成笼型（见图1-2），俗称鼠笼型电动机。当在定子绕组上接入三相交流电时，在定子与转子之间的空气隙内产生一个旋转磁场，它与转子绕组产生相对运动，使转子绕组产生感应电势，出现感应电流，此电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，使电动机转动起来。电机磁场的转速称为同步转速，用n1表示

()m r p

f n /601= (1-1) 式中：f ——三相交流电源频率，一般为50Hz 。

p ——磁极对数。

当p=1时，1n =3000r/min ；p=2时，1n =1500r/min 。可见磁极对数p 越多，转速1n 越慢。

5 转子的实际转速n 比磁场的同步转速n1要慢一点，所以称为异步电机，这个差别用转差率s 表示：

()00

11100⨯-=n n n s （1-2）

当加上电源转子尚未转动瞬间，n=0，这时s=1；起动后的极端情况n=1n ，则s=0，即s 在0～1之间变化。一般异步电机在额定负载下的s=（1～6）％。综合式（1-1）和式（1-2）可以得出

()p

s f n -=160 （1-3） 由式（1-3）可以看出，对于成品电机，其磁极对数p 已经确定，转差率s 变化不大，则电机的转速n 与电源频率f 成正比，因此改变输入电源的频率就可以改变电机的同步转速，进而达到异步电机调速的目的。

1.2 交流调速的特点

对于可调速 …… 此处隐藏：6085字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……