一種基于PIC30F6010A的異步電機調速控制系統(tǒng)

王子元（中國民航大學 經濟與管理學院，天津 300300）

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一種基于PIC30F6010A的異步電機調速控制系統(tǒng)

王子元（中國民航大學 經濟與管理學院，天津 300300）

摘 要：隨著電子技術和現(xiàn)代控制理論的超速發(fā)展，由變頻器組成的異步電動機變頻調速系統(tǒng)才能得以廣泛應用。經過不斷的發(fā)展，交流傳動正成為電氣傳動的主流。但是，在一些技術要求較高的場合，由變頻器組成的開環(huán)變頻調速系統(tǒng)仍然難以滿足工程要求。變頻調速是交流傳動中最主要的一種，它具有調速范圍大而且連續(xù)的優(yōu)點。變頻器閉環(huán)調速系統(tǒng)主要應用單片機控制。單片機優(yōu)勢很明顯，在過程控制中的直接數(shù)字控制中尤為突出，體積小、價格低是其主要的優(yōu)勢?？刂七^程應用單片機已成為了一種不可抗拒的趨勢。

關鍵詞：變頻器；PIC單片機；逆變電路；三相異步電機；電機調速

0　引言

隨著電子技術和現(xiàn)代控制理論的超速發(fā)展，由變頻器組成的異步電動機變頻調速系統(tǒng)才能得以廣泛應用。經過不斷的發(fā)展，交流傳動正成為電氣傳動的主流。但是，在一些技術要求較高的場合，由變頻器組成的開環(huán)變頻調速系統(tǒng)仍然難以滿足工程要求。變頻調速是交流傳動中最主要的一種，它具有調速范圍大而且連續(xù)的優(yōu)點。變頻器閉環(huán)調速系統(tǒng)主要應用單片機控制。單片機優(yōu)勢很明顯，在過程控制中的直接數(shù)字控制中尤為突出，體積小、價格低是其主要的優(yōu)勢。控制過程應用單片機已成為了一種不可抗拒的趨勢。

異步電機調速控制系統(tǒng)的設計種類非常之多，但是，變頻調速控制系統(tǒng)在效率、應用、性能等方面，無疑是最好的，它可以將動態(tài)性能不高的直流調速系統(tǒng)，用高動態(tài)性能的交流調速系統(tǒng)來取代，很顯然，交流驅動系統(tǒng)是最重要的發(fā)展方向。在交流電機的各種調速方式中，變頻調速具有下列優(yōu)點：第一，減小變壓器占有量、降低啟動沖擊電流，從而保證電機的安全；第二，能夠非常方便地接入通訊網絡控制，將自動化控制理論應用到實際生產當中；第三，電機的正反向不需要通過接觸器來切換；第四，采用無級調速，使調速精度大大提高；第五，總的來說，變頻器用在開關較為頻繁的異步電機上，節(jié)能的效果會非常明顯。

1　交流異步電動機變頻調速原理

在異步電動機中，產生的轉子能量完全是是靠電磁感應得到的。在電路上，定子和轉子之間是不存在任何聯(lián)系的，其電路可用圖1來表示。

其中，U1為定子的相電壓；I1為定子的相電流；r1、x1分別為定子每相繞組的電阻和漏抗；E2s為轉子電路電動勢；I2s為轉子電路電流；x2s為轉子電路中的漏電抗；E1為每相定子繞組反電動勢，它是定子繞組切割旋轉磁場而產生的。其有效值可計算如下：

式中，E1為氣隙磁通存在于定子中每相的感應電動勢有效值；f1為定子頻率；N1為定子每相繞組中串聯(lián)匝數(shù)；KN1為基波繞組系數(shù)；Φm為極氣隙磁通。

電磁轉矩的表達式為

其中Pm的單位為Kw，n的單位是r/min，T的單位是N*m。交流調速是通過使定子繞組供電頻率發(fā)生改變，從而達到了調速目的。電機的磁場轉速被稱作同步轉速，用n0表示：

其中，f為三相的交流電源的頻率，一般為50Hz；p為磁極對數(shù)。當p=1是，n0=3000r/min；p=2時，n0=1500r/min。

由式（3）得知，磁極對數(shù)p如果越多，轉速n0就會越慢，轉子中的實際轉速n就會比磁場同步轉速n0要更慢一點，因此，稱之為異步電動機，其中的區(qū)別使用轉差率s來表示：

當電源的轉子還沒有轉動的瞬間，n0=0，這時s=1；啟動后出現(xiàn)極端情況n=n0，則s=0，即s在0～1之間不斷變化，一般的異步電機在額定負載之下的s=1%～6% 。

2　控制系統(tǒng)硬件設計

根據對大量的文獻資料的學習和對上述各個部分原理的深刻理解，同時通過對Protel 99SE軟件的深入學習，我們設計了基于dsPIC30F6010A單片機的高速異步電機的變頻器設計的模擬電路圖。

3　 控制系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)的軟件流程由故障綜合、緊急制動和正常工作三部分組成，在開始啟動程序時，首先需要確認緊急制動的按鈕按下沒有，要是已經按下了，那么，單片機會發(fā)出信號使得電機發(fā)生緊急制動。要是電機沒按下緊急制動的按鈕，則會進行故障綜合檢測，包括過壓、過流和過熱的檢測，如發(fā)現(xiàn)其中一項出現(xiàn)問題，則電機緊急制動。如果前面所述的狀況都沒有出現(xiàn)，這是程序使電機正常的工作，正常的停機。

4　結束語

總體說來，設計出的PWM變壓變頻器能夠實現(xiàn)了最基本的上電穩(wěn)定運行，具有最基本的變頻器功能。除此以外，此變頻器有著一定的調速的功能，然而，調速的范圍和精度卻還不是很盡如人意，此問題是其需要提高的部分。而且，為了對單片機能否正常工作進行檢測，我們還設計出了幾塊dsPIC30F6010A的最小系統(tǒng)板，這些最小系統(tǒng)板不但能用在本次設計課題上，我相信將來再次使用這款芯片時，這些最小系統(tǒng)板也必將發(fā)揮其作用。

參考文獻：

［1］陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)-運動控制系統(tǒng)（第三版）［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2004：14-17.

［2］韓旺，楊文劍.淺談異步電機變頻調速［J］.企業(yè)技術開發(fā)，2011：36-38.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.13.169