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基于单片机的变频调速系统的组成和应用(一)
摘要
单片机控制的变频调速系统设计思想是用转差频率进行控制。通过改变程序来达到控制转速的目的。由于设计中电动机功率不大,所以整流器采用不可控电路,电容器滤波;逆变器采用电力晶体管三相逆变器。系统的总体结构主要由主回路,驱动电路,光电隔离电路,SA8282大规模集成电路,保护电路,AT89C51单片机, 8255可编程接口芯片,IO接口芯片,测速发电机等组成。回路中有了检测保护电路就可以使整个系统运行的可靠性有了保障。
关键词:AT89C51单片机;SA8282;转差频率;交流调速;三相异步电动机
目录
前 言
1
第1章 交流调速系统的概述
1.1交流调速的基本原理
2
1.2 交流调速的特点
3
第2章 交流调速系统的硬件介绍
2. 1 转差频率控制原理
5
2. 2 系统设计的参数
6
2.3 单片机控制的电机交流调速系统
6
2.3.1调速系统总体方案介绍
6
2.3.2 元器件的选用
7
2.3.3 系统主回路的介绍
9
2.3.4 SPWM控制信号的产生
11
2.3.5 光电隔离及驱动电路介绍
12
2.3.6 故障检测及保护电路介绍
13
2.3.7 模拟量输入通道的介绍
14
第3章 系统软件的设计介绍
3.1 主程序的设计
15
3.2 转速调节程序
16
3.3 增量式PI运算子程序
17
3.4故障处理程序
18
第4章 变频调速系统的应用
4.1二次方转矩负载的应用
19
4.2位能负载的应用
19
4.3反抗性恒转矩负载应用
20
4.4有同步运行要求的应用
20
结论
21
参考文献
22
致谢
22
前 言
随着人类的发展能源需求正极大地影响着全球经济发展,我国同样也面临着经济增长对能源需求的压力。20世纪九十年代我国高耗能产品的耗能量比发达国家高12-15%,能源综合利用效率仅为38%,我国迫切需要提高能源利用效率。电机是能源消耗大户之一,我国电机总装机容量己达4亿千瓦,年耗电量达6000亿千瓦时,占工业耗电量的80%,然而直到目前,我国各类在用电机80%以上还是中小型异步电动机,可见我国在电机节能领域有非常大的潜力。电机节能技术最受瞩目的就是变频调速技术,变频调速技术以其显著的节电效果、优良的调速性能以及广泛的适用性而成为电气传动发展的主流方向。
第1章 交流调速系统的概述
1.1 交流调速的基本原理
图1-1三相异步电动机结构示意图
变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。常用三相交流异步电动机的结构为图1所示。定子由铁心及绕组构成,转子绕组做成笼型,俗称鼠笼型电动机。当在定子绕组上接入三相交流电时,在定子与转子之间的空气隙内产生一个旋转磁场,它与转子绕组产生相对运动,使转子绕组产生感应电势,出现感应电流,此电流与旋转磁场相互作用,产生电磁转矩,使电动机转动起来。电机磁场的转速称为同步转速,用n1表示
n=n1(1-s)=60f1(1-s)/pN (1-1)
式中:f——三相交流电源频率,一般为50Hz。
p——磁极对数。
当p=1时, =3000rmin;p=2时, =1500rmin。可见磁极对数p越多,转速越慢。
转子的实际转速n比磁场的同步转速n1要慢一点,所以称为异步电机,这个差别用转差率s表示:
s=(n1—n)/n1 (1-2)
当加上电源转子尚未转动瞬间,n=0,这时s=1;起动后的极端情况n=n1,则s=0,即s在0~1之间变化。一般异步电机在额定负载下的s=(1~6)%。综合式(1-1)和(1-2)可以看出,对于成品电机,其磁极对数p已经确定,转差率s变化不大,则电机的转速n与电源频率f成正比,因此改变输入电源的频率就可以改变电机的同步转速,进而达到异步电机调速的目的。
1.2 交流调速的特点
对于可调速的电力拖动系统,工程上往往把它分为直流调速系统和交流调速系统两类。这主要是根据采用什么电流制型式的电动机来进行电能与机械能的转换而划分的,所谓交流调速系统,就是以交流电动机作为电能—机械能的转换装置,并对其进行控制以产生所需要的转速。
交流调速系统与直流调速系统相比较,具有如下特点:
1. 容量大 这是电动机本身的容量所决定的。直流电动机的单机容量能达到12—14MW,而交流电动机的容量却远远的高与此数值。
2. 转速高,而且耐压 直流电动机受到换向器的限制,最高电压只能达到1000多伏,而交流电动机容量可达到6—10KV,甚至更高。一般直流电动机最高转速只能达到3000转min左右,而交流电动机则可以高达每分钟几万转。这使得交流电动机的调速系统具有耐高压,转速高的特点。
3. 交流电动机本身的体积,重量,价格比同等容量的直流电动机要小,且交流电动机结构简单,坚固耐用,经济可靠,惯性小成了交流调速系统的一大优点。
4. 交流电动机的调速装置环境适应性广。直流电动机由于结构复杂,换向器工作要求高,使用中受到很多限制,如工厂里的酸洗车间,由于腐蚀严重,使用直流电动机每周都要检查碳刷,维修起来比较困难,而交流电动机却可以用在十分恶劣的环境下不至于损坏。
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