基于單片控制的交流調(diào)速設(shè)計(jì)

曹凱

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

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 交流調(diào)速 設(shè)計(jì) 控制

中圖分類號(hào)：TH703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）06-0016-01

電動(dòng)機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)、國防、航空、醫(yī)療中有著廣泛的應(yīng)用， 可見，電動(dòng)機(jī)與人們的生活密不可分。對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制分為簡(jiǎn)單控制和復(fù)雜控制兩種，簡(jiǎn)單控制可通過繼電器、可編程控制器和開關(guān)元件來實(shí)現(xiàn)；復(fù)雜控制需要非常精確。隨著電動(dòng)機(jī)的復(fù)雜控制逐漸增多，交流調(diào)速在工藝上可以達(dá)到高電壓、大容量、高轉(zhuǎn)速的效果。比直流電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)單，具有效率高、體積小以及維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，并且適用于低轉(zhuǎn)速負(fù)載不斷沖擊的生產(chǎn)機(jī)械工作環(huán)境下。隨著電力電子技術(shù)以及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，基于單片機(jī)控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。我國變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)品種不斷增多， 產(chǎn)品設(shè)計(jì)為了適應(yīng)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(dòng)機(jī)產(chǎn)品在迅速發(fā)展。

1 交流調(diào)速設(shè)計(jì)概述

交流調(diào)速系統(tǒng)是以交流電動(dòng)機(jī)作為機(jī)械能的轉(zhuǎn)換裝置，具有容量大、轉(zhuǎn)速高、高性能，高精度的特點(diǎn)。交流電動(dòng)機(jī)本身的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)可靠，慣性小。工業(yè)上大量使用的風(fēng)機(jī)，水泵都是靠交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的，過去這類裝置都不對(duì)電動(dòng)機(jī)調(diào)速，而僅靠節(jié)流閥來控制風(fēng)量或流量，造成電能被白白的浪費(fèi)掉。如果采用交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)就會(huì)大大的提高，但是由于調(diào)頻控制不能調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)距，轉(zhuǎn)差頻率控制無法實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速的控制。近代交流調(diào)速設(shè)計(jì)使變頻調(diào)速在中小容量電機(jī)方面發(fā)揮了重大的作用。但是面對(duì)中大容量領(lǐng)域，變頻調(diào)速在技術(shù)上暴露出效率降低、可靠性較差等缺點(diǎn)。而交流調(diào)速設(shè)計(jì)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(huì)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(qiáng)措施.將會(huì)造成絕緣擊穿故障。我們將單片機(jī)應(yīng)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(diǎn)。基于單片機(jī)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(shí)現(xiàn)，利用大容量的存儲(chǔ)單元可以實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的控制。隨著自動(dòng)控制理論的發(fā)展，交流調(diào)速技術(shù)成為人類社會(huì)的重大技術(shù)進(jìn)步之一，現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)給工業(yè)領(lǐng)域帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

2 基于單片控制的交流調(diào)速設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比的調(diào)速系統(tǒng)，雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是都能獲得較硬的機(jī)械特性，而且在動(dòng)態(tài)過程中能保持所需的轉(zhuǎn)速，如果異步電動(dòng)機(jī)用控制電樞電流的方法來控制轉(zhuǎn)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(dòng)機(jī)恒磁通調(diào)速系統(tǒng)相似的性能。

2.1 故障檢測(cè)及保護(hù)電路設(shè)計(jì)

在兩相交流開關(guān)構(gòu)成的保護(hù)電路中，當(dāng)交流開關(guān)發(fā)生電網(wǎng)故障時(shí)，交流開關(guān)短路轉(zhuǎn)子繞組能起到保護(hù)變流器的作用。轉(zhuǎn)子電流中的直流分量會(huì)造成保護(hù)電路拒動(dòng)，而且通過觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子繞組的短路，保護(hù)電路將定子側(cè)徹底與電網(wǎng)斷開為止。這種電路控制系統(tǒng)不能自動(dòng)恢復(fù)正常，也就無法適應(yīng)新的電網(wǎng)規(guī)則要求，為盡可能快地切除保護(hù)電路，可采用IGBT和電阻構(gòu)成的斬波器，這種保護(hù)電路可使動(dòng)力系統(tǒng)快速恢復(fù)正常運(yùn)行。采用這種電路可以與轉(zhuǎn)子保持連接，當(dāng)故障消除后，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器會(huì)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(cè)設(shè)計(jì)

溫度控制的控制效果直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，一種較為理想的控制系統(tǒng)對(duì)溫度的測(cè)控方法多種多樣。單片機(jī)可以用于溫度、濕度等非電信號(hào)的測(cè)量，在溫度控制器中應(yīng)用單片機(jī)，具有可靠性高、控制精度高等優(yōu)點(diǎn)。溫度控制器能滿足不同用戶的個(gè)性需求。因此一個(gè)較完善的控制器能起測(cè)出更高的精度范圍，采用AT89S52單片機(jī)不需要外部擴(kuò)展程序存儲(chǔ)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(diǎn)實(shí)時(shí)的采集速度。

2.3 模擬量輸入通道的設(shè)計(jì)

單片機(jī)控制的電機(jī)交流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)使電路更簡(jiǎn)單，可以具有更強(qiáng)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(huì)出現(xiàn)模擬電路中經(jīng)常遇見的零點(diǎn)漂移問題，可有效保證足夠的控制精度。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)具有很強(qiáng)的運(yùn)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(jī)作為電動(dòng)機(jī)的核心控制元件，可以達(dá)到提高控制精度的目的。用轉(zhuǎn)差頻率閉環(huán)控制能夠獲得較硬的機(jī)械特性曲線，但是不能保持所需要的轉(zhuǎn)距，。用控制電樞電流的方法來控制轉(zhuǎn)距，就能夠解決異步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)距控制問題，獲得與直流電動(dòng)機(jī)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(shè)計(jì)與節(jié)能設(shè)計(jì)

變頻調(diào)速系統(tǒng)節(jié)能效果顯著。為了改善交流電動(dòng)機(jī)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(dá)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(shù)和SPWM控制技術(shù)是變頻電源中比較常用的兩種控制方法。滯環(huán)控制技術(shù)控制復(fù)雜更難以實(shí)現(xiàn)；SPWM控制技術(shù)易于實(shí)現(xiàn)控制，二者均能夠輸出高質(zhì)量的正弦波，在同樣的轉(zhuǎn)子電流下，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力下降，采用電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)調(diào)制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)保護(hù)電路模塊設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)不但改變了電機(jī)的轉(zhuǎn)速，還有節(jié)能效果。

參考文獻(xiàn)

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