电源频率的改变和电动机的转距控制都是非常困难的，使交流调速的稳定性，可靠性，经济性以及效率均不能满足生产要求。后来发展起来的调压，调频控制只控制了电动机的气隙磁通，而不能调节转距。转差频率控制在定程度上能控制电动机的转距。二〇年十月二十三日星期三第章交流调速系统的硬件设计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当实际转差额定空载转速相比很小时，，可以从式中约去，这样式可以简化为其中从式中可得，当转差频率较小且磁通恒定时，电机的电磁转矩与成正比。这时只要控制转差频率就能控制转矩，从而实现对转速的控制。若要使转差频率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为恒值，即保持励磁电流恒定，而励磁电流与定子电流有如下关系，因此若，按照上述规律变化，则恒定，即恒定。转差频率控制策略是利用测速环节得到转速与转速给定比较，限制输出频率，使转差率即不太大控制定子电流，使得励磁电流保持恒定这时控制实现调速。系统原理图如图所示。二〇年十月二十三日星期三电压型逆变器图转差频率控制变频调速系统原理图从图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，控制电路，异步电动机及测量电路等组成，其中异步电动机由控制逆变器供电。转速调节器的输出是转差频率给定值，表转矩给定。函数发生器输入转差频率产生。信号，并控制定子电流。以保持为恒值加法器对转差频率和转速信号求和得高压大功率变频器应用手册北京机械工业出版社，届分类号单位代码本科专业职业生涯设计基于单片机控制的交流调速系统设计姓名李家龙学号年级级专业电气工程及其自动化系院汽车学院指导教师霍建振二〇年十月二十三日星期三年月日评阅意见指导老师签名日期年月日二〇年十月二十三日星期三基于单片机转差频率控制的交流调速系统设计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，大规模集成电路，保护电路，单片机，可编程接口芯片，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。关键词单片机转差频率交流调速三相异步电动机二〇年十月二十三日星期三目录前言第章交流调速系统的概述交流调速的基本原理交流调速的特点第章交流调速系统的硬件设计转差频率控制原理系统设计的参数用单片机控制的电机交流调速系统设计调速系统总体方案设计元器件的选用系统主回路的设计以及参数计算控制信号的产生光电隔离及驱动电路设计故障检测及保护电路设计模拟量输入通道的设计第章系统软件的设计主程序的设计转速调节程序增量式运算子程序故障处理程序部分子程序的编程的编程结论参考文献二〇年十月二十三日星期三前言自上个世纪年代以来，近代交流调速步入了以变频调速为主导的发展阶段。其间，由于各种新型电力电子器件的支持，使变频调速在低压中小容量以下方面取得了较大的进展。但是面对高压中大容量领域，由于电力电子器件自身规律的限制，变频调速在技术上遇到了很大困难，无论是高低高低高以及多电平串联等方案，都在实践中暴露出技术复杂价格昂贵效率降低可靠性较差等缺点。从理论上看，高压变频所面临的问题是违反电力电子器件客观规律的结果，因为目前几乎所有的电力电子器件，其材料工艺机理都决定了其属性是低压大电流的。尽管如此，高压变频的势头仍有增无减，除了客观市场需求的拉动以外诸如高压中大容量的风机泵类节能可以看出，对于成品电机，其磁极对数已经确定，转差率变化不大，则电机的转速与电源频率成正比，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。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，而交流电动机的容量却远远的高与此数值。转速高，而且耐压直流电动机受到换向器的限制，最高电压只能达到多伏，而交流电动机容量可达到，甚至更高。般直流电动机最高转速只能达到转左右，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。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大优点。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。由于高性能，高精度，新型调速系统的出现和不断发展，交流拖动系统已达到同直流拖动系统样的性能指标，越来越广泛的应用于国民经济的各个生产领域。二〇年十月二十三日星期三交流调速装置能显著的节能。工业上大量使用的风机，水泵，压缩机类负载都是靠交流电动机拖动的，这类装置的用电量占工业用电量的，以往都不对电动机调速，而仅采用挡板，节流阀来控制风量或流量。大量的电能被白白的浪费掉，如果采用交流电动机调速系统来改变风量或流量的话，效率就会大大的提高，从各方面来看，改造恒速交流电动机为交流调速电动机，有着可观的能源效益。交流电动机因其结构简单，运行可靠，价格低廉，维修方便，故而应用面很广，几乎所有的调速传动都采用交流电动机。尽管从年开始，人们就致力于交流调速系统的研究，然而主要局限于利用开关设备来切换，主要是变频调速是唯的最佳交流调速理论导向的结果。根据近代交流调速理论，交流调速被划分为变频变极和变转差率三种方案，在缺乏科学分析的条件下，认定变转差率调速是低效率的，而变极调速又属于有级调速，因此惟有变频调速最佳。而变频调速方法与变转差调速方法有本质不同，从高速到低速都可以保持有限的转差率，因而变频调速具有高效率宽范围和高精度的调速性能。可以认为，变频调速是交流电动机的种比较合理和理想的调速方法。随着电力电子技术微电子技术和自动控制理论的发展，交流调速技术也有了日新月异的变化。可调速的高性能交流电力拖动系统在工业上的应用也越来越广。进入世纪交流调速技术也进入了现代交流调速技术时代，现代交流调速技术也成为人类社会的重大技术进步之。其发展速度之快应用覆盖范围之广都是前所未有的。而且应用实践表明，采用现代交流调速技术极大的提高了传动系统的运行质量，同时，带来了巨大的经济和社会效益。二〇年十月二十三日星期三第章交流调速系统的概述交流调速的基本原理本文以地毯背涂机为例叙述在地毯制造业上的应用。图三相异步电动机结构示意图机座定子铁心定子绕组转子铁心转子绕组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所示。定子由铁心及绕组构成，转子绕组做成笼型见图，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，用表示式中三相交流电源频率，般为。磁极对数。当时时，。可见磁极对数越多，转速越慢。二〇年十月二十三日星期三转子的实际转速比磁场的同步转速要慢点，所以称为异步电机，这个差别用转差率表示当加上电源转子尚未转动瞬间这时起动后的极端情况，则，即在之间变化。般异步电机在额定负载下的。综合式和式可以得出由式与参考电压或指令电压比较后作为调节器的输入，其输出形成相应的，这样输出总是跟随者指令电压变化。图图调制原理图二〇年十月二十三日星期三在模拟电子电路中，采用正弦波发生器三角波发生器和比较器来实现的双极性控制改成数字控制后，开始时只是把同样的方法数字化，称做自然采样法而在工程上，采用的是简化后的规则采样法。在本设计中，控制脉冲波的输出采用数字方法，数字方法是按照不同的数字模型用计算机算出各切换点并将其存入内存然后通过查表及必要的计算生成波，从而实现以软件方式控制的，在的中储存有脉冲表，可通过查表得知应该输出的脉冲的频率与幅值，从而可以控制电机的转速与输出转矩。则通过检测电路检测的图与连接电路图数据通过口向的口传送数据，使输出相应的脉冲波，从而达到转差频率控制电动机的交流调速。光电隔离及驱动电路设计输出的控制信号功率很小，无法直接驱动，要经过脉冲功率放大才能驱动，脉冲功率放大电路选用模块。该模块是二〇年十月二十三日星期三图驱动模块内部结构个带有光隔离的功率放大电路，其电源电压为，输入信号，输出电压对应导通和对应关断，工作频率为，可驱动以下的逆变器，其内部电路如图所示。故障检测及保护电路设计故障检测及保护电路如图所示，该电路采用电阻取样的电压电流保护电路，通过调节电位器来设定最大的允许电压电流值。电路中接的口中的，端接的。图过电流，过电压保护电路控制端这样保护电路可通过门输出控制信号的封锁输出的控制信号，断开主回路电源。接的口中的，通过输入故障信号，用以检测故障类型。模拟