泵用永磁同步電動機變頻調速控制系統設計

車煥，李穩

(營口理工學院電氣工程系，遼寧營口，115014)

泵用永磁同步電動機變頻調速控制系統設計

車煥，李穩

(營口理工學院電氣工程系，遼寧營口，115014)

為了提高泵用永磁同步電機的工作效率，研制了一種永磁同步電機變頻調速控制系統。該系統以80C196MC單片機為控制核心，采用簡單的V/F變頻控制方法達到較好的控制效果。針對該控制系統的硬件和軟件實現進行了論述,并通過實驗證明了該控制系統的可行性。

水泵；永磁同步電機；單片機；V/F控制

0 引言

永磁同步電動機（PMSM）取消了勵磁繞組和集電環，與普通電勵磁同步電動機相比，不僅提高了可靠性且維護方便，其效率也有了提高；與異步電動機相比，不但效率提高，功率因數也大大改善。而且，永磁電動機在25%～120%額定負載范圍內均可保持較高的效率和功率因數，使輕載運行時節能效果更為顯著[1]，特別適合于風機、泵類負載。當PMSM驅動系統應用于風機和水泵設備時，可以使用簡單的V/f控制策略替代無傳感器的磁場定向控制，達到節約能源的效果。

本文泵用永磁同步電機采用U/F控制方法原理，設計了以80C196MC單片機為核心處理器的永磁同步電動機控制系統，最后為驗證泵用PMSM控制方法的正確性、合理性，對泵用PMSM變頻控制系統進行了試驗，驗證了控制系統的性能。

1 控制系統的硬件電路圖

PMSM調速系統一般分為控制電路和主電路兩部分。主電路一般由整流、濾波電路和逆變電路構成。控制電路是以單片機為核心加上必要的外圍電路，控制電路發出控制信號，主電路按控制電路發出的信號給電機供電，實現調速。

1.1 主電路

圖1為系統主電路的拓撲圖，采用電壓逆變電路的形式，為了防止直流側電壓泵生，設置了泵升電壓抑制電路。

1.2 控制電路

控制電路的方框圖如圖2所示。控制電路由80C196MC的最小系統組成，頻率由電位器給定；電流傳感器測量定子側電流信號和直流母線的平均電流信號；驅動器IR2132驅動IGBT；光電耦合器6N137使控制器和逆變器隔離，這些器件共同組成電機的變頻控制系統。

圖1 系統主電路拓撲圖

圖2 控制電路的框圖

2 軟件設計

單片機的工作任務主要是測量、控制算法的計算及發出控制命令。軟件程序包括主程序和中斷程序。主程序主要完成系統數據和狀態的設置。控制算法的計算和控制指令的發出在中斷程序中完成。圖3所示為同步控制單元主程序和中斷程序的流程圖。

圖3 主程序和中斷程序流程圖

3 實驗測試

控制系統設計完成后，為驗證其是否滿足控制要求設計了PMSM實驗系統，實驗系統由PMSM樣機與逆變器、轉矩轉速傳感器、直流電動機、監測用電壓表和電流表、YOKOGAWA WT1600、Tektronix TDS2012 數字示波器組成。樣機輸出特性通過轉矩轉速傳感器測得；同時觀測逆變器的輸入特性其中，逆變器輸入直流電壓、電流及功率通過數字功率計直接讀出。實驗系統如圖4所示。

圖4 泵用PMSM系統實驗設備

圖5 為泵用PMSM轉矩－轉速特性曲線，由圖得轉矩和轉速成平方關系，符合泵用負載的要求。圖6為PMSM的壓頻特性，電壓和頻率成線性關系，滿足V/F控制的要求。

圖5 泵用PMSM轉矩－轉速特性曲線

圖6 泵用PMSM壓頻曲線

4 結論

結合泵用PMSM的特點，提出以80C196MC單片機為控制核心的變頻控制系統，達到節能的效果。最后給出了控制系統的實驗波形圖，驗證控制系統的實用性。

[1]唐任遠等.現代永磁電機理論與設計.北京：機械工業出版社，1997.

[2]楊東進.變頻器V/f曲線的合理設定.電氣傳動，2001(4):21～23.

[3] C. M. Ong and T. A. Lipo, “An approach to closed-loop design of a current source inverter/reluctance motor drive,” in Conf. Rec. 1975 IEEE-IAS Soc. Ann. Meeting, 494-500.

Design of frequency speed control system of Permanent Magnet Synchronous Motor for pump

Che Huan,Li Wen
(Yingkou Institute of Technology,Yingkou Liaoning, 115014）

In order to improve the working efficiency of permanent magnet synchronous motor (PMSM), a permanent magnet synchronous motor variable frequency speed regulation system is developed. We developed a frequency speed control system for Permanent Magnet Synchronous Motor. The contrl system uses 80C196MC microcontroller as the control core,and uses simple V/F frequency conversion control method to achieve better control effect. The hardware and software of the control system are discussed, and the feasibility of the control system is proved by experiments.

pump; Permanent Magnet Synchronous Motor（PMSM）; single chip; V/F control