基于單片控制的交流調速設計

曹凱

摘要：交流調速系統功能齊全，只要將反饋信號采入單片機即可能滿足生產過程提出的各式各樣的要求。軟起動功能可實現控制參數的外部調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速范圍，抗干擾性能成本遠低于變頻調速系統，這使該系統具有較大的推廣應用潛力。本文概述了大規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速設計。

關鍵詞：單片機 交流調速 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

電動機在工業生產、國防、航空、醫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；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點，并且適用于低轉速負載不斷沖擊的生產機械工作環境下。隨著電力電子技術以及大規模集成電路的發展，基于單片機控制的交流變頻調速系統以結構簡單、運行可靠等優點而得到廣泛應用。我國變頻調速三相異步電動機品種不斷增多， 產品設計為了適應不同工作條件和不同工況等各種要求，改型系列變頻調速電動機產品在迅速發展。

1 交流調速設計概述

交流調速系統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，經濟可靠，慣性小。工業上大量使用的風機，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速，而僅靠節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速系統就會大大的提高，但是由于調頻控制不能調節轉距，轉差頻率控制無法實現對轉速的控制。近代交流調速設計使變頻調速在中小容量電機方面發揮了重大的作用。但是面對中大容量領域，變頻調速在技術上暴露出效率降低、可靠性較差等缺點。而交流調速設計具有高效率、寬范圍和高精度的調速性能，可以說變頻調速是比較合理和理想的調速方法。變頻器供電電源會在前幾匝線圈上產生高頻瞬間脈沖峰值電，如果不在絕緣系統上采用增強措施.將會造成絕緣擊穿故障。我們將單片機應用于交流變頻調速系統，可有效地避免傳統調速方案中的一些缺點。基于單片機控制的交流變頻調速系統可以使絕大多數控制邏輯通過軟件實現，利用大容量的存儲單元可以實現較為復雜的控制。隨著自動控制理論的發展，交流調速技術成為人類社會的重大技術進步之一，現代交流調速技術給工業領域帶來了巨大的經濟和社會效益。

2 基于單片控制的交流調速設計

轉速開環恒壓頻比的調速系統，雖然結構簡單，但是都能獲得較硬的機械特性，而且在動態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速系統，就可以獲得與直流電動機恒磁通調速系統相似的性能。

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，當交流開關發生電網故障時，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，而且通過觸發晶閘管導通實現對轉子繞組的短路，保護電路將定子側徹底與電網斷開為止。這種電路控制系統不能自動恢復正常，也就無法適應新的電網規則要求，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，轉子側變流器會產生較大的暫態電流，將變流器與電網串聯連接，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品的質量，一種較為理想的控制系統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，而且需采用大量數據采集及處理單元，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速系統設計使電路更簡單，可以具有更強的邏輯功能，在需要修改控制規律的前提下，一般只須修改程序即可，也不會出現模擬電路中經常遇見的零點漂移問題，可有效保證足夠的控制精度。工業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，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速相似的性能。

2.4 交流調速的單元模塊的設計與節能設計

變頻調速系統節能效果顯著。為了改善交流電動機變壓變頻調速系統的性能，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節輸出脈沖寬度的目的。變頻調速中，前逆變電源的滯環控制技術和SPWM控制技術是變頻電源中比較常用的兩種控制方法。滯環控制技術控制復雜更難以實現；SPWM控制技術易于實現控制，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調制系統可以實現保護電路模塊設計，這種設計不但改變了電機的轉速，還有節能效果。

參考文獻

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