基于單片控制的交流調(diào)速設計

曹凱

摘要：交流調(diào)速系統(tǒng)功能齊全，只要將反饋信號采入單片機即可能滿足生產(chǎn)過程提出的各式各樣的要求。軟起動功能可實現(xiàn)控制參數(shù)的外部調(diào)整使之更適用于不同負載與場合的要求，實時顯示功能與感應電動機配合可獲得較大的調(diào)速范圍，抗干擾性能成本遠低于變頻調(diào)速系統(tǒng)，這使該系統(tǒng)具有較大的推廣應用潛力。本文概述了大規(guī)模專用集成電路為核心構成的控制電路，闡述了幾種基于單片控制的交流調(diào)速設計。

關鍵詞：單片機 交流調(diào)速 設計 控制

中圖分類號：TH703 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）06-0016-01

電動機在工業(yè)生產(chǎn)、國防、航空、醫(yī)療中有著廣泛的應用， 可見，電動機與人們的生活密不可分。對電動機的控制分為簡單控制和復雜控制兩種，簡單控制可通過繼電器、可編程控制器和開關元件來實現(xiàn)；復雜控制需要非常精確。隨著電動機的復雜控制逐漸增多，交流調(diào)速在工藝上可以達到高電壓、大容量、高轉速的效果。比直流電動機簡單，具有效率高、體積小以及維護簡單等優(yōu)點，并且適用于低轉速負載不斷沖擊的生產(chǎn)機械工作環(huán)境下。隨著電力電子技術以及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，基于單片機控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)以結構簡單、運行可靠等優(yōu)點而得到廣泛應用。我國變頻調(diào)速三相異步電動機品種不斷增多， 產(chǎn)品設計為了適應不同工作條件和不同工況等各種要求，改型系列變頻調(diào)速電動機產(chǎn)品在迅速發(fā)展。

1 交流調(diào)速設計概述

交流調(diào)速系統(tǒng)是以交流電動機作為機械能的轉換裝置，具有容量大、轉速高、高性能，高精度的特點。交流電動機本身的結構簡單，經(jīng)濟可靠，慣性小。工業(yè)上大量使用的風機，水泵都是靠交流電動機拖動的，過去這類裝置都不對電動機調(diào)速，而僅靠節(jié)流閥來控制風量或流量，造成電能被白白的浪費掉。如果采用交流電動機調(diào)速系統(tǒng)就會大大的提高，但是由于調(diào)頻控制不能調(diào)節(jié)轉距，轉差頻率控制無法實現(xiàn)對轉速的控制。近代交流調(diào)速設計使變頻調(diào)速在中小容量電機方面發(fā)揮了重大的作用。但是面對中大容量領域，變頻調(diào)速在技術上暴露出效率降低、可靠性較差等缺點。而交流調(diào)速設計具有高效率、寬范圍和高精度的調(diào)速性能，可以說變頻調(diào)速是比較合理和理想的調(diào)速方法。變頻器供電電源會在前幾匝線圈上產(chǎn)生高頻瞬間脈沖峰值電，如果不在絕緣系統(tǒng)上采用增強措施.將會造成絕緣擊穿故障。我們將單片機應用于交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，可有效地避免傳統(tǒng)調(diào)速方案中的一些缺點?；趩纹瑱C控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)可以使絕大多數(shù)控制邏輯通過軟件實現(xiàn)，利用大容量的存儲單元可以實現(xiàn)較為復雜的控制。隨著自動控制理論的發(fā)展，交流調(diào)速技術成為人類社會的重大技術進步之一，現(xiàn)代交流調(diào)速技術給工業(yè)領域帶來了巨大的經(jīng)濟和社會效益。

2 基于單片控制的交流調(diào)速設計

轉速開環(huán)恒壓頻比的調(diào)速系統(tǒng)，雖然結構簡單，但是都能獲得較硬的機械特性，而且在動態(tài)過程中能保持所需的轉速，如果異步電動機用控制電樞電流的方法來控制轉矩，采用這種控制方案的調(diào)速系統(tǒng)，就可以獲得與直流電動機恒磁通調(diào)速系統(tǒng)相似的性能。

2.1 故障檢測及保護電路設計

在兩相交流開關構成的保護電路中，當交流開關發(fā)生電網(wǎng)故障時，交流開關短路轉子繞組能起到保護變流器的作用。轉子電流中的直流分量會造成保護電路拒動，而且通過觸發(fā)晶閘管導通實現(xiàn)對轉子繞組的短路，保護電路將定子側徹底與電網(wǎng)斷開為止。這種電路控制系統(tǒng)不能自動恢復正常，也就無法適應新的電網(wǎng)規(guī)則要求，為盡可能快地切除保護電路，可采用IGBT和電阻構成的斬波器，這種保護電路可使動力系統(tǒng)快速恢復正常運行。采用這種電路可以與轉子保持連接，當故障消除后，轉子側變流器會產(chǎn)生較大的暫態(tài)電流，將變流器與電網(wǎng)串聯(lián)連接，可以通過控制變流器的電壓，從而有效抑制由于電壓跌落所造成的磁鏈振蕩。

2.2 溫度檢測設計

溫度控制的控制效果直接影響著產(chǎn)品的質量，一種較為理想的控制系統(tǒng)對溫度的測控方法多種多樣。單片機可以用于溫度、濕度等非電信號的測量，在溫度控制器中應用單片機，具有可靠性高、控制精度高等優(yōu)點。溫度控制器能滿足不同用戶的個性需求。因此一個較完善的控制器能起測出更高的精度范圍，采用AT89S52單片機不需要外部擴展程序存儲器，而且需采用大量數(shù)據(jù)采集及處理單元，因此提高了最大功率點實時的采集速度。

2.3 模擬量輸入通道的設計

單片機控制的電機交流調(diào)速系統(tǒng)設計使電路更簡單，可以具有更強的邏輯功能，在需要修改控制規(guī)律的前提下，一般只須修改程序即可，也不會出現(xiàn)模擬電路中經(jīng)常遇見的零點漂移問題，可有效保證足夠的控制精度。工業(yè)控制計算機具有很強的運算能力和接口功能，方便的軟件功能只用于大型的控制系統(tǒng)，可通過編程控制器來完成邏輯判斷。用單片機作為電動機的核心控制元件，可以達到提高控制精度的目的。用轉差頻率閉環(huán)控制能夠獲得較硬的機械特性曲線，但是不能保持所需要的轉距，。用控制電樞電流的方法來控制轉距，就能夠解決異步電動機電磁轉距控制問題，獲得與直流電動機恒磁通調(diào)速相似的性能。

2.4 交流調(diào)速的單元模塊的設計與節(jié)能設計

變頻調(diào)速系統(tǒng)節(jié)能效果顯著。為了改善交流電動機變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的性能，只要控制電壓脈沖寬度和電壓脈沖序列的周期就可以達到調(diào)節(jié)輸出脈沖寬度的目的。變頻調(diào)速中，前逆變電源的滯環(huán)控制技術和SPWM控制技術是變頻電源中比較常用的兩種控制方法。滯環(huán)控制技術控制復雜更難以實現(xiàn)；SPWM控制技術易于實現(xiàn)控制，二者均能夠輸出高質量的正弦波，在同樣的轉子電流下，電動機的負載能力下降，采用電流轉速雙閉環(huán)調(diào)制系統(tǒng)可以實現(xiàn)保護電路模塊設計，這種設計不但改變了電機的轉速，還有節(jié)能效果。

參考文獻

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