基于单片机控制的交流调速系统设计(2)

第2章 交流调速系统的硬件设计

2.1 转差频率控制原理：

当稳态气隙磁通恒定时．异步电机的机械特性参数表达式为：

Es 1r2T 3P(1)2

1r22 sx2 2

Cn 2 n 1r2n0 (2-1)

r2 2 n nx2 0 2

当实际转差

额定空载转速相比很小时（ n n0） n，x2 r2 n0

,可以从式中约去，这样式(2-1)可以简化为：

n 1r2n s T Cn 2m0

2 Cn 2m2r2r2 n0其中

2 p n n 1 (2-2) 60 s

从式(2-2)中可得，当转差频率 s较小且磁通 m恒定时，电机的电磁转矩T与 s成正比。这时只要控制转差频率 s就能控制转矩T，从而实现对转速的控制。

若要使转差频率 s较小，只要有提供异步电动机的实际转速反馈即可实现。若要保持 m为恒值，即保持励磁电流 m恒定，而励磁电流 m与定子电流

1有如下关系，

1 f s m2 2r2 1Lm L2 （2-3） 2r2 sL2

因此若， 1按照上述规律变化，则 m恒定，即 m

恒定。转差频率控制策略

是：利用测速环节得到转速U 与转速给定U 、比较，限制输出频率，使转差

率U S (即 S)不太大；控制定子电流 1，使得励磁电流 m保持恒定；这时控制 s实现调速。系统原理图如图2-l所示。

图2-l 转差频率控制变频调速系统原理图

从图2-1可知．系统由速度调节器、电流调节器、函数发生器、加法器，整

流与逆变电路，PWM控制电路，异步电动机及测量电路等组成，其中异步电动机由SPWM控制逆变器供电。转速调节器ASR的输出是转差频率给定值U ,表转矩给定。函数发生器输入转差频率产生Ui 1。信号，并控制定子电流。以保持 m为恒值；加法器对转差频率和转速信号求和得到变频器的输出频率。从而实现三相异步电机变频调速。

2.2 系统设计的参数

对一台三相异步电动机调速系统进行设计。异步电动机的参数：

n 2.2KW,n 1440r/min,Us 380V, 接法, 4.8

采用转差频率控制方法，由单片机组成核心。调速范围（2.2—51HZ），无

级调速，静差率S 5。根据对象参数，完成各功能单元的结构设计，参数计算。

2.3 用单片机控制的电机交流调速系统设计

2.31 调速系统总体方案设计

转速开环恒压频比的调速系统，虽然结构简单，异步电动机在不同频率小

都能获得较硬的机械特性但不能保证必要的调速精度，而且在动态过程中由于不能保持所需的转速，动态性能也很差，它只能用于对调速系统的静，动态性能要求不高的场合。如果异步电动机能象直流电动机一样，用控制电枢电流的方法来控制转矩，那么就可能得到和直流电动机一样的较为理想的静，动态特

性。转差频率控制是一种解决异步电动机电磁转矩控制问题的方法，采用这种控制方案的调速系统，可以获得与直流电动机 恒磁通调速系统相似的性能。

调速系统总体结构图见图2-2所示。

图2-2 调速系统总体结构图

如图2-2所示，系统主电路由二极管整流电路、SPWM逆变器和中间直流电路等组成，都是电压源型的，采用大电容C1滤波，同时兼具无功功率交换大的作用。为了避免大电容在合上电源开关后通电的瞬间产生过大的充电电流，在整流器和滤波电容间的直流回路上串入电抗，刚通上电源时，由L1限制充电电流，然后经过一段时间延时，L失去限流作用，使电路正常供电。

2.32元器件的选用

1. 8255的资料

8255是可编程的并行I/O接口芯片，它具有3个8位的并行I/O口，三种工作方式，可通过编程改变其功能，因而使用方便，通用性强，可作为单片机与多种外围设备连接时的中间接口电路。8255的引脚图如图2-3所示。由图可知，8255共有40个引脚，各引脚功能如下：

图2-3 8255引脚图

2. ADC0809的资料

ADC0809是一种逐次逼近式8路模拟输入，8位数字量输出的A/D转换器。其引脚如图2-4所示。

由引脚可见，ADC0809共有28个引脚，采用双插直列示封装

图2-4 ADC0809 引脚图

3. SA8282的资料

SA8282是MITEL公司推出的一种用于三相SPWM波发生和控制的集成电路，它与微处理器接口方便，内置波形ROM及相应的控制逻辑，设置完成后

可以独立产生三相PWM波形，只有当输出频率或幅值等需要改变时才需微处理器的干预，微处理器只用很少的时间控制它，因而有能力进行整个系统的检测、保护和控制等。基于SA8282和89C51的变频器具有电路简单、功能齐全、性能价格比高、可靠性好等优点。

图2-5 SA8282的引脚排列图

4. AT89C51的资料

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器

（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图2-6所示

图2-6 AT89C51的管脚排列图

2.33 系统主回路的设计以及参数计算

1. 主回路的结构

系统主回路是交—直—交电压型变频电路，其图2-7如下所示：

图

2-7 系统主回路电路图

整流采用三相桥式不可控整流器，L、C1、C2组成滤波电路，Rb用来吸收制动能量。整流逆变电路采用的是GRT三相桥式PWM逆变器。

2. 参数计算和元件选择

（1） 大功率开关管 SPWM正弦脉宽调制方法的直流利用率为0.866，即U1 0.866。为了使逆变器输出380V的线电压，要求直流侧的电源电压：Ud

Ud 380V 438.8V , 考虑到大功率的晶体管的管压降等，取Ud 450V，则大0.866

功率晶体管的参数为U BR CBO 2~3 Ud 900~1350V ,

U BR CBO 2~3 Ud 900~1350V。选择晶体管模块QCA50A—100A三块，作为大功率开关管。QCA50A—100A为两单元组件，c-e极带反向续流二极管，绝缘式结构，其极限参数为：U BR CBO 1000V, CM 50 , d 400 2W，它的内部结构图如图2-8所示。

图2-8 QCA50A—100模块内部结构

（2） 三相整流桥 整流桥输入侧电压为：U2 Ud 192V 2.34

，直流侧功率可估算如下： 取电动机的效率为0.82，则电动机的输入功率为 1

d 2200KW 2.7KW。取逆变器的效率为0.93，则 直流侧的功率为：0.82 12900 2.9KW，故直流侧电流： d d 6.4 。整流二极管最高0.93Ud450

反压：URM 26U2 26 192V 940V。

基于以上数据，选用MDS型三相整流桥模块，其最大输出电流为40A，最高耐压为1000V。

（3） LC滤波器 取C0 4400uF，其最大耐压6U2 470V。选择两只2200uF，耐压在500V以上的电容器并联使用。

滤波电感在这里主要用来限制电流脉动（PWM变频调速系统不存在电流不连续问题）和短路电流上升率，按照晶体管三相桥式整流电路限制电流脉动的电感量算式估计如下（取Si 10）

Udm 3 10 U U20.8 1031922 LM mH 127mH 2 fdS d2 3.14 30010% 6.4

考虑到电动机和整流变压器存在一定的 …… 此处隐藏：3018字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……