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文檔簡介
II基于單片機的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)書課題意義及目標(biāo)學(xué)生通過本次畢業(yè)設(shè)計,綜合運用所學(xué)過的基礎(chǔ)理論知識,在深入了解變頻調(diào)速系統(tǒng)工作原理的基礎(chǔ)上,掌握單片機控制系統(tǒng)的設(shè)計,包括硬件電路和軟件程序的設(shè)計,為畢業(yè)后從事機電控制系統(tǒng)設(shè)計工作打好基礎(chǔ)。主要任務(wù)根據(jù)設(shè)計要求,設(shè)計控制系統(tǒng)總體方案;硬件電路設(shè)計;設(shè)計軟件程序;仿真調(diào)試主要參考資料張毅坤,陳善久,襲雪紅.單片微型計算機原理及應(yīng)用[M]大學(xué)出版社,2004.[M]武漢:華中科技大學(xué)出版社,2002.李榮生.電氣傳動控制系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)[M]北京:機械工業(yè)出版社[4][M]北京:人民郵電出版社4.進度安排,設(shè)計各階段名稱起 止日 期1查閱文獻,完成開題報告2015-03-02~2015-03-162根據(jù)設(shè)計要求,設(shè)計控制系統(tǒng)總體方案2015-03-17~2015-04-053硬件電路設(shè)計2015-04-06~2015-04-304設(shè)計軟件程序并調(diào)試2015-05-01~2015-05-315完成畢業(yè)論文2015-06-01~2015-06-05審核人:
年 月 日基于單片機的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計摘要異步電動機在實踐生活中有著重要的角色,對于異步電動機的調(diào)速技術(shù)也一proteus進行系統(tǒng)的仿真調(diào)試。關(guān)鍵詞:異步電動機,變頻調(diào)速,正弦脈寬調(diào)制,單片機AcvariablefrequencyspeedregulationsystembasedonsingledesignAbstract:Asynchronousmotorplaysanimportant roleinpracticallife,andithasimprovingforasynchronousmotor.Thisdesignmainlystudiestheasynchronousvariablefrequencyspeedcontrolsystem,andthesystemofspeedcontrolthroughmonolithicintegratedcircuittocarryonthecontrol.Accordingtothespeedrequirementofasynchronousmotor,theoverallschemeofthecontrolsystemisdetermined.Thanchoosetheappropriatehardware,includingthechoiceofasynchronousmotorandsinglechipmicrocomputerbydeterminingthegoodscheme.ThenthehardwarecircuitdesignisfrompowerfrequencypowersupplyintoasynchronousmotorspeedrequiredfortheACprocess,whichwillmicrocontrollerandinvertertoconsider.Thesinglechipmicrocomputersoftwareprogramisexpressedintheformofassemblylanguage.Finally,thesimulationanddebuggingofthesystembysimulationsoftwareproteusiscarriedout.Keywords:Asynchronousmotor,F(xiàn)requencycontrolofmotorspeed,SPWM,SCM目 錄前言 1當(dāng)前交流變頻調(diào)速及論文總體概述 1電動機的單片機控制 2系統(tǒng)總體方案的設(shè)計 3異步電動機的調(diào)速方法 3變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本控制方案 4U/f控制模式 5矢量控制模式 6直接轉(zhuǎn)矩控制模式 7變頻變壓的方法 82.3系統(tǒng)設(shè)計總方案的確定 11系統(tǒng)的硬件設(shè)計 12系統(tǒng)硬件的選取 12異步電動機 12單片機控制面板 14硬件電路設(shè)計 15主電路的設(shè)計 15整流電路設(shè)計 16SPWM信號產(chǎn)生電路 18系統(tǒng)的上位機軟件設(shè)計 19初始化程序 19調(diào)速子程序 20中斷子程序設(shè)計 20調(diào)試及分析 23調(diào)試步驟 23結(jié)果分析 256 結(jié)論 27參考文獻 28致謝 29PAGEPAGE7前言當(dāng)前交流變頻調(diào)速及論文總體概述計算機的出現(xiàn)掀起了電子器件的更新?lián)Q代。其中,對于變頻調(diào)速技術(shù),也得到了非??斓陌l(fā)展。眾所周知,現(xiàn)在我國生產(chǎn)的電能大多數(shù)用于電機工作,電機在國民生產(chǎn)中有著無可厚非的地位。長期以來,在電動機調(diào)速領(lǐng)域中,直流調(diào)速方案一直占主要地60但是采用半導(dǎo)體的話,實際上就構(gòu)造模擬電路,簡單的來說就是對異步電動機調(diào)速的模擬控制。在交流調(diào)速方法中,最常用也是比較好的一種方式便是變頻調(diào)速,由于頻率能夠連續(xù)的變化,所以可以實現(xiàn)速度的連續(xù)變化,這樣的調(diào)速更加的平滑和穩(wěn)定。變頻調(diào)速越來越受大家的矚目。因此,了解和掌握交流調(diào)速的原理和方法,熟悉交流變頻調(diào)速的現(xiàn)狀和發(fā)展,將對我們以后的工作發(fā)展有著相當(dāng)大的積極意義。通過查閱一定的資料,對題目的認(rèn)識,也逐漸清晰起來。我將大體內(nèi)容分為四部分,第一,確定系統(tǒng)的總體方案,對于交流調(diào)速,有很多控制方案,每種方案都有自己的優(yōu)缺點。這一章我將通過各種方案的分析與比較來選取本次畢業(yè)設(shè)計的最優(yōu)方案。第二,確定好系統(tǒng)總體方案以后,我將開始將總體展開,一步一步來,首先硬件電路設(shè)計,這章我將更深入的了解各個硬件比如變頻器和單片機。并且我將通過實物即程序設(shè)計。實際上本章是圍繞單片機的程序問題展開的,怎樣的硬件電路設(shè)計,將會有怎樣的軟件程序設(shè)計,故通過這一章,我們可將上一章的工作即硬件電路設(shè)計做一個合適與否的判斷,從而能夠及時發(fā)現(xiàn)并糾正問題。第四,系統(tǒng)軟件程序問題解決以后,我們便可以對整個系統(tǒng)做一個調(diào)試了。也就是說,系統(tǒng)的優(yōu)劣性得由一定的分析與了解,分析電動機調(diào)速性能將會是這一章的重點,論文的最后我將做一個總結(jié)。電動機的單片機控制主要是介紹單片機對電動機的作用即為什么要把單片機和電動機相結(jié)合起來呢。實際上,是對本次設(shè)計題目更好的理解和補充說明。單片機應(yīng)用技術(shù)的進步使異步電動機控制技術(shù)尤其是在調(diào)速方面發(fā)生了翻天覆地的變化。其中電動機控制部分已由模擬控制逐漸讓位于以單片機為主的微處理器控制,形成了數(shù)字控制的發(fā)展。我相信,數(shù)字化對于我們并不陌生,它與我們的生活密切相關(guān),可以說,我們正處于一個不斷向前發(fā)展的數(shù)字化時代。對于電動機,這也是理所當(dāng)然的發(fā)展。論其原因,當(dāng)然是指單片機對電動機控制所起的作用。微處理器取代模擬電路作為電動機的控制器有如下優(yōu)點:1.電路更簡單。模擬電路為了實現(xiàn)控制邏輯,需要更多的電子元件,使得電路復(fù)雜。采用微處理器以后,絕大多數(shù)的控制邏輯可通過軟件來實現(xiàn)。2.可以實現(xiàn)比較復(fù)雜的控制。微處理器有著強大的邏輯運算功能,運算速度更快,精度較高,有大容量的存儲單元,因此有能力實現(xiàn)復(fù)雜的控制,如優(yōu)化控制等。3.具有較大的靈活性和適應(yīng)性。微處理器的控制方式是由軟件完成的。如果需要修改控制規(guī)律,一般不用改變系統(tǒng)的硬件電路,僅僅需修改程序即可。在系統(tǒng)調(diào)試或者改變方式的時候,可以不斷嘗試選擇更好的調(diào)控方式及程序,非常方便。4.可提供人機界面,多級聯(lián)網(wǎng)工作。這樣一來,我們的我們對整個系統(tǒng)的演示,操作還有控制都有著一目了然的效果。因此,單片機對于電動機的控制會是一個很好的選擇,如同珠聯(lián)璧合般。接下來我將順著這個思路走下去。電機實行變頻調(diào)速,可像直流電機那樣實現(xiàn)無極調(diào)速,這將擴大交流電機的應(yīng)用范圍,降低各類電機應(yīng)用設(shè)備的成產(chǎn)成本,節(jié)約能源,像各類電梯原大都是使用昂貴的!體積龐大的直流電機,現(xiàn)改為使用變頻調(diào)速裝置的交流電機,這樣比原成本降低了許多,安裝維修方便。值得注意的是,很長時間以來,交流異步電動機的調(diào)速始終是一個不好解決的問題?;趩纹瑱C控制的電機調(diào)速裝置,提高和擴大了變頻調(diào)速裝置的應(yīng)用效果和范到更普遍更深層次的應(yīng)用,將變頻調(diào)速技術(shù)更廣泛的應(yīng)用到機電設(shè)備和自動化設(shè)備中,將會產(chǎn)生更好的經(jīng)濟效益和社會效益。系統(tǒng)總體方案的設(shè)計異步電動機的調(diào)速方法首先我先簡單介紹下異步電動機的工作原理。異步電動機是依靠旋轉(zhuǎn)磁場的作用而轉(zhuǎn)動的,根據(jù)旋轉(zhuǎn)磁場理論,有下列關(guān)系1式中n——定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速,也叫異步電動機同步轉(zhuǎn)速(r/min1式中n——定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速,也叫異步電動機同步轉(zhuǎn)速(r/min;1f——電源頻率(Hz)p——電動機的磁極對數(shù)異步電動機的同步轉(zhuǎn)速與實際轉(zhuǎn)速n之差與同步轉(zhuǎn)速之比,叫異步電動機的轉(zhuǎn)差率,以s表示s(nn)/n1n/n11nsnn1 1nn(1s)11ns)60f/p(2-2)(2-3)(2-4)(2-5)交流調(diào)速系統(tǒng)分類如下:變極對數(shù)調(diào)速變極對數(shù)調(diào)速——改變籠型異步電動機定子繞組的極對數(shù)調(diào)壓調(diào)速——改變定子電壓交流調(diào)速變轉(zhuǎn)差率調(diào)速轉(zhuǎn)子電路串接電阻調(diào)速——繞線異步電動機轉(zhuǎn)子電路串接電阻串級調(diào)速——繞線異步電動機轉(zhuǎn)子電變頻調(diào)速——改變定子電源的頻率12-5(TT下,想要得到不同的轉(zhuǎn)速np、變轉(zhuǎn)差率s(即改變電動機機械特性的硬度)f等。就是根據(jù)這三種調(diào)速方法,將交流調(diào)速系統(tǒng)進行分類與總結(jié)。1好的,現(xiàn)在對這三種調(diào)速方法做一個比較。變極對數(shù)調(diào)速是一種簡單的有級調(diào)速方式,它實際是把具有不同極數(shù)的電動機做成了一個統(tǒng)一體,通過外部電路來連接成不同的極數(shù),改變電動機的同步轉(zhuǎn)速。這種方式比較簡單,系統(tǒng)的成本低,不產(chǎn)生額外能耗,機械特性也比較硬。變極數(shù)電動機適用于運行中不需要調(diào)速的粗略型有級變速應(yīng)用,故不適合。由于s和p可以連續(xù)改變,所以變轉(zhuǎn)差率sn0s,不產(chǎn)生附加的轉(zhuǎn)差功率損耗,所以效率很高。綜上所述,定子由變頻裝置供電,采用改變定子供電電源頻率的方法調(diào)節(jié)交流電動機運行速度的調(diào)速方式即變頻調(diào)速方式。在調(diào)速過程中,從高速到低速都可以保持有限的轉(zhuǎn)差功率,因而具有范圍比較寬,效率也比較高,并且精度較高的調(diào)速性能。變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本控制方案異步電動機變頻調(diào)速時,為維持氣隙主磁通不變,應(yīng)該保持U/fU /f ,即1 1 1N 1N定子電源將跟著頻率變化,將該比例式代入異步電動機轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達(dá)式中以后可以得出這樣一個結(jié)論,T常數(shù)。也就是說,這種調(diào)速為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。那么,有的時候,異步電動機需要在額定頻率以上調(diào)節(jié)時,根據(jù)U/f常數(shù),1 1定子電壓將超過額定電壓U ,這是不允許的。為了保證安全運行,當(dāng)ff 時,保1N 1 1N持UU ,這時,磁通量將隨f的上升而下降,是轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的上升而減小。電1 1N 1動機的電磁功率PT1
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常數(shù),即調(diào)速過程中電磁功率近似不變,也就是所謂的恒功率調(diào)速。在確定用變頻調(diào)速后,變頻調(diào)速的控制方式分三種模式,也就是整個系統(tǒng)的運行模式。分別是U/f模式,矢量控制模式和直接轉(zhuǎn)矩控制模式三大類。U/f控制模式首先,解釋一下U/f控制模式的概念。到現(xiàn)在為止,我已掌握變頻調(diào)速的基本原理就是電壓與頻率配合的調(diào)整。由于我們的目的是使電動機變速,也就是說主要目標(biāo)是轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。而交流電動機轉(zhuǎn)速又主要與頻率有關(guān),因此,在電壓與頻率的函數(shù)關(guān)系中,頻率應(yīng)該是主動變化量,也即是自變量,而電壓作為因變量跟隨變化。其實,這種控制模式就是U/f控制模式。uuC10HZ 20HZ30HZ 40HZ 50HZf/Hzn圖2.2U/f控制模式如圖6.1分別是在U/f模式下電壓頻率關(guān)系以及不同頻率下的磁通關(guān)系。由可以清楚客觀的了解到,在工頻以下,電壓與頻率成正比,磁通近似恒定;工頻以上,電壓不變,電機進行的是弱磁運行。同時,允許的運行頻率也存在一個上限,其中的C點就是工頻額定電壓點,也就是電壓頻率關(guān)系的轉(zhuǎn)折點。同時,我也直觀的看到,當(dāng)頻率越低的時候,磁通量衰減的越嚴(yán)重。也就是說,我們的頻率是由一定的限制的,在大約10Hz以下的時候,額定電流下的轉(zhuǎn)矩,最大轉(zhuǎn)矩或者最大的有效制動轉(zhuǎn)矩,都衰減到了沒有辦法正常運行的地步。U/f3~5。矢量控制模式上一節(jié)主要介紹了U/f模式,在轉(zhuǎn)矩一定的情況下,也就意味著磁通量近似恒定不變的情況下,以開環(huán)的方式進行頻率控制,穩(wěn)態(tài)時依靠轉(zhuǎn)速差產(chǎn)生與負(fù)載轉(zhuǎn)矩的自然平衡。所以,這樣做帶來的不良后果便是出現(xiàn)一個與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相關(guān)的轉(zhuǎn)速偏差。動態(tài)加速時依靠實際轉(zhuǎn)速提升的滯后,從而會加以產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)速差。這樣的話,系統(tǒng)的整個延遲性會加深。對于一般的,要求性能不是較高的,這種偏差和延遲是可以接受的,不會造成其他一些問題。為了有效的減小動態(tài)的轉(zhuǎn)速偏差,其實質(zhì)就是要把加速度按照需要準(zhǔn)確地變化。那么解決這一問題的辦法便是通過矢量控制模式。這種模式實際上是一種動態(tài)數(shù)學(xué)模型,我看了看教材,異步電動機動態(tài)數(shù)學(xué)模型的推到相當(dāng)繁瑣。所以我主要介紹矢量控制模式到底是怎樣的方式并分析該控制模式的優(yōu)劣性。首先我先說清楚矢量控制模式的基本思路。電子電流含有勵磁和轉(zhuǎn)矩兩個矢量,這兩個矢量我們可以通過矢量變化得到,接著我們再對兩個矢量進行分離。分別進行控制,然后合成并轉(zhuǎn)換成為對變頻器參數(shù)的控制信號,模仿直流調(diào)速系統(tǒng)的控制特點實現(xiàn)對于電磁轉(zhuǎn)矩的有效控制。這樣一來,這種控制模式便有效的解決了上面提到的偏差和延遲問題。矢量控制變頻器的轉(zhuǎn)矩控制時間常數(shù)越小,系統(tǒng)就越比較穩(wěn)定,也就允許轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器有著更好的控制作用,系統(tǒng)的各種動態(tài)轉(zhuǎn)速精度就越高。變頻器的轉(zhuǎn)矩時間常數(shù)和多數(shù)變頻器動態(tài)結(jié)構(gòu)方案是有關(guān)的。頻率快速使輸出提升,調(diào)節(jié)器又跟著檢測到的轉(zhuǎn)速偏差輸出新的轉(zhuǎn)矩指令。對于系統(tǒng)的偏差這一塊,系統(tǒng)的動態(tài)誤差不僅與變頻器有關(guān),而且與轉(zhuǎn)動慣量也有很大的關(guān)系。轉(zhuǎn)動慣量大的系統(tǒng)最大允許加速度是比較低的,但是它的動態(tài)速降也是比較低的。而且在速度給定不超過最大允許加速度變化的時候的速度跟隨動態(tài)誤差也比較低。一般而言。矢量控制變頻器的轉(zhuǎn)矩時間常數(shù)大約是數(shù)毫秒到數(shù)十毫秒之間,它能夠構(gòu)成轉(zhuǎn)矩相應(yīng)比較快的變頻器及其調(diào)速系統(tǒng)。動態(tài)誤差通常能夠在千分之幾的數(shù)量級,對于絕大多數(shù)系統(tǒng),這個性能指標(biāo)基本上能夠充分滿足要求了??偟膩碚f,矢量控制模式是非常精確的數(shù)據(jù)動態(tài)模型,這種控制方式是比較復(fù)雜的,所以在實際生活中需求的人力和物力也比較多,但其控制精度是相當(dāng)高的。直接轉(zhuǎn)矩控制模式直接轉(zhuǎn)矩模式也除矢量控制模式以外非常高效并且精度高,性能較好的調(diào)速控制方式。并且,與矢量控制模式一樣也有兩個子系統(tǒng),分別是轉(zhuǎn)速控制和磁鏈控制。它的運行過程是先由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器發(fā)出轉(zhuǎn)矩指令,這樣可以比較電磁轉(zhuǎn)矩數(shù)學(xué)模型取得的實際轉(zhuǎn)矩信號進行比較,通過這種比較,不斷磨合與實際速度之間的誤差。更加具有優(yōu)越性。實際上,直接轉(zhuǎn)矩模式的轉(zhuǎn)矩脈沖問題的確比矢量控制嚴(yán)重,但脈動轉(zhuǎn)矩在大體上仍然屬于高頻脈動,脈動幅值也不是很大,對整個的性能不是有特別厲害的影響,最關(guān)鍵的是,讓穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速精度變差了。直接轉(zhuǎn)矩控制的快速轉(zhuǎn)矩相應(yīng)特性,與一部分響應(yīng)速度偏快的矢量控制模式變頻器相比,優(yōu)勢并不明顯并且在動態(tài)方面的性能也是比較好的。我要說明的是,本次設(shè)計對于異步電動機的要求是在一定轉(zhuǎn)矩下實現(xiàn)的調(diào)速,所以我采用的是結(jié)構(gòu)簡單并且成本較低的恒壓頻比的變頻調(diào)速系統(tǒng)。也就是通過U/f模單閉環(huán)及轉(zhuǎn)差頻率頻率控制。這樣一來,既能滿足調(diào)速需求,也不用使用過于繁雜的控制電路。變頻變壓的方法我要說明的是,本次設(shè)計對于異步電動機的要求是在一定轉(zhuǎn)矩下實現(xiàn)的調(diào)速,所以我采用的是結(jié)構(gòu)簡單并且成本較低的恒壓頻比的變頻調(diào)速系統(tǒng)?,F(xiàn)有的交流電源都是恒壓恒頻的,要滿足調(diào)速系統(tǒng)變壓變頻的電源,必須通過變頻裝置也就是我們平常所說的變頻器。那么接下來我將通過變頻器來選擇一種合適的變頻變壓的方法。變頻器有兩種變頻調(diào)壓方法,交—交變頻調(diào)壓和交—直—交變頻調(diào)壓。觀察交流電壓的波形,其方向和幅值是按照正弦規(guī)律變化的。分開來講,則是由幅值的大小變化和方向的交替變化構(gòu)成的。就是說,分別采用能夠調(diào)節(jié)幅值大小的方法和改變方向的方法,也能夠產(chǎn)生交流電波形。正弦交流電壓的有效值與最大幅值成正比,頻率與波形的周期成反比。因此,調(diào)壓時改變最大幅值能夠改變電壓有效值,改變調(diào)壓的快慢能夠改變頻率,再加上改變電壓的措施,就能夠輸出頻率電壓可變的交流電了哦。交—交變頻的思路就是這樣的:在晶閘管整流電路中,可改變導(dǎo)通控制角來調(diào)節(jié)直流輸出電壓,控制角為90090,再變回90,就能得到從小到大再從大到小的直流波那么就得到了一個完整的新交流電壓波形。ACAC~50HZ交—交變頻器ACAC~50HZ交—交變頻器恒壓恒頻變壓變頻圖圖2.3 交—交變頻器的基本構(gòu)成8PAGEPAGE10ACDCAC~50HzACDCAC~50Hz整流器逆變器恒壓恒頻中間直流環(huán)節(jié)變壓變頻控制指令控制指令控制電路運行指令圖圖2.4 交—直—交變頻器的基本構(gòu)成2.42.5二者要在控制電路上配合協(xié)調(diào)。其有點是結(jié)構(gòu)簡單,控制方便,器件要求低;但是其功率因數(shù)小,諧波較大,器件開關(guān)頻率低。波較大,調(diào)速范圍不寬。ACDCAC~50HzACDCAC~50Hz可控整流器逆變器M~調(diào)壓調(diào)頻ACDCACDCDCAC不控整流器斬波器逆變器M~調(diào)壓調(diào)頻ACDCAC不控整流器PWM逆M~變器調(diào)壓調(diào)頻圖2.5交—直—交變頻器的不同結(jié)構(gòu)形式SPWMSPWM裝置。112.3系統(tǒng)設(shè)計總方案的確定通過前兩節(jié)的分析與比較,我最終確定了整個系統(tǒng)的方案,即數(shù)字式恒壓頻比調(diào)速系統(tǒng)。它包括主電路、驅(qū)動電路、微機控制電路、保護信號采集與綜合電路,是一個典型的交—直—交變頻調(diào)速系統(tǒng)。IGBTPWMUI—直—交電壓源型變壓變頻器。變頻器采控制和發(fā)出各種個系統(tǒng)的輸入是通過鍵盤輸入的速度,輸出是異步電動機的轉(zhuǎn)速。整流濾三相逆波電路變電路整流濾三相逆波電路變電路3~M檢測轉(zhuǎn)速檢測保護驅(qū)動鍵盤顯示為核心控制板圖圖2.6 系統(tǒng)總體框圖PAGEPAGE16系統(tǒng)的硬件設(shè)計AT89C51單片機,它既有強有力的運算能力,又有接口簡滿足設(shè)計要求,將整個系統(tǒng)設(shè)計為轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng),采用轉(zhuǎn)差頻率調(diào)節(jié)方式,對轉(zhuǎn)速進行動態(tài)調(diào)節(jié)。因為電動機負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,在低頻段,采用恒磁通補償方HEF4752V來產(chǎn)生PWM控制信號,減輕單-直-交電壓型GTR-PWM變頻電路,逆變器采用二系統(tǒng)硬件的選取異步電動機異步電動機分為好多中,從結(jié)構(gòu)上來說的話主要有鼠籠型和繞線型,本次設(shè)計我選用的是結(jié)構(gòu)較為緊湊的鼠籠型三相異步電動機。在市場產(chǎn)品中,該類電動機也分好多系類。本設(shè)計采用的是YVP系列變頻調(diào)速三相異步電機。如圖3.1為該電動機的外觀圖。圖3.1 變頻調(diào)速三相異步電動機響到整個調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計。YVP系列電動機有著國外比較先進的技術(shù)設(shè)計。在電動機低速運轉(zhuǎn)的時候即頻率<50HZ1:10范圍內(nèi)作恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速運行且運行平穩(wěn),無轉(zhuǎn)矩脈動現(xiàn)象,并具SPWM逆變器構(gòu)成變壓變頻器,則SPWM變頻器相匹配吻合的,這是選取該電動機的最關(guān)鍵的因素。本電動機的使用條件是環(huán)境溫度:15~40C 海拔:1000m 防護等級:IP44 電壓:380(220)V±10% 頻率:50(60)HZ±2%工作制:S1連續(xù)絕緣:B(or)F接法:3kw及以下電機,使用220V變頻時請改為△接法。圖3.2 LCD顯示屏3.2LCDLCD顯示屏,主要是為了對整個調(diào)速系統(tǒng)進行實時觀測,清楚明了的看到電動機輸入頻率的變化,實際上也就是電動機的轉(zhuǎn)速單片機控制面板圖3.3 單片機控制面板3.3AT89C51單片機,它既有強有采用轉(zhuǎn)差頻率調(diào)節(jié)方式,對轉(zhuǎn)速進行動態(tài)調(diào)節(jié)。之所以選用該單片機是因為電路更簡單,模擬電路為了實現(xiàn)控制邏輯,需要更多的電子元件,使得電路復(fù)雜。采用微處理器以后,絕大多數(shù)的控制邏輯可通過軟件來精度較高,有大容量的存儲單元,因此有能力實現(xiàn)復(fù)雜的控制,如優(yōu)化控制等。具有較大的靈活性和適應(yīng)性。微處理器的控制方式是由軟件完成的。如果需要修改控制規(guī)律,一般不用改變系統(tǒng)的硬件電路,僅僅需修改程序即可。在系統(tǒng)調(diào)試或者改變方式的時候,可以不斷嘗試選擇更好的調(diào)控方式及程序,非常方便??商峁┤藱C界面,多級聯(lián)網(wǎng)工作。這樣一來,我們的我們對整個系統(tǒng)的演示,操作還有控制都有著一目硬件電路設(shè)計主電路的設(shè)計圖3.4電壓型交-直-交變頻主電路PAGEPAGE203.4磁能的轉(zhuǎn)換。故主電路采用的是電壓型交—直—交變頻電路。整流電路設(shè)計工頻交流電源C工頻交流電源C圖3.5 整流電路3.5允許的運行頻率也存在一個上限。整流部分采用P整流橋,正常的交流電輸入后經(jīng)前邊提到將交流電整流后,其實是過濾掉交流電成分。經(jīng)過二極管整流之后,電流的大小并不是穩(wěn)定不變的,這個時候還達(dá)不到直流電的要求。要完整完成把交流電變成直流電這一工作,我們還需要對電流進行濾波,因為變頻器的運行是直流脈沖的另一句話說,濾波的工作,就是把整流器輸出電壓中的波動成分盡可量地減小,轉(zhuǎn)變成接近大小不變的的穩(wěn)定的直流電。++CRb_圖4.6濾波電路電容器是一個能夠儲存電能的元件。在電子電路中,如果電容器兩端加入電壓的時候,電容便開始進行充電工作,這樣一來,電能變能夠儲存到電容器中。實際上,電容器既有充電功能也有放電功能。電容器在放電的時候就相當(dāng)于一個電源。通俗來講,電容器就是起到一個彈簧減震的效果,過高或者過低的電流都能夠進行過濾。SPWM信號產(chǎn)生電路脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)是利用全控型電力電子器件的導(dǎo)通和關(guān)斷把直流電壓變成一定形狀的電壓脈沖序列,實現(xiàn)變壓、變頻控制并消除諧波的技術(shù)。SPWM3.6之間的間隙表示電壓的頻率,直觀來看,脈沖的稀疏程度代表電壓的快慢。圖3.7 APWM波形生成方法HEF4752SPWMAT89C51單片機為核心,8253、PWMHEF4752等組成。AT89C51主要完成控制工作,8253送時間常數(shù)和控制字;82533個計數(shù)器用以產(chǎn)生HEF47524fVCT、fOCT、fFCT、fRCT。HEF4752PWM逆變器的驅(qū)動信號,正常工作,44HEF4752的I端接地,使HEF4752工作在晶體管模塊式,K端接+5V電源,2路互補信號之間有較大的輸出延遲端,CW8255CPC1PC0,4FCT端為頻率控制端,VCT端為電壓控制端,2個端輸入的方波信號頻率來控制。而電動機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)是通過調(diào)頻,調(diào)壓實現(xiàn)的。系統(tǒng)的上位機軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件采用匯編語言完成程序的編程,系統(tǒng)程序我分成三個部分,分別是初始化程序,調(diào)速子程序設(shè)計以及中斷子程序。初始化程序ORGLJMPORGLJMPORGLJMPSTART:ORGLJMPORGLJMPORGLJMPSTART:SETB0000HSTART0003HWZD000BHJA1…IT0;脈沖下降沿觸發(fā)外中斷MOVTMOD,#10H;T01SETBEX0;開外中斷SETBET0SETBEA;開定時中斷;開總控制中斷…調(diào)速子程序MOVR2,#04H ;做乘法準(zhǔn)備MOVR3,#32H 1074(0432H)MOVR6,#00HMOVR7,#30H POWERfLCALLQMUL ;調(diào)用乘法子程序MOV;積的低8位送入SA4828寄存器MOVDPTR,#0000H ;指向R0MOVX@DPTR,AMOVA,R6 8SA4828R1INCDPTR MOVX@DPTR,AINCDPTR R2MOVA,20H 20HMOVX@DPTR,AMOVA,#0FFH ;求調(diào)制波幅值控制字MULAB ;255 POWERAMOVR2,#00H ;準(zhǔn)備做除法MOVR3,#00HMOVR4,B ;將積作為被除數(shù)MOVR5,AMOVR6,#64HMOVR7,#64H 100LCALLNDIV ;調(diào)除法子程序MOVA,R5 SA4628R3INCDPTR ;指向R3MOVDPTR,#000FH ;指向MOVX@DOTR,A ;將寄存器中的值寫入SA4828控制寄存器SETBTR0 ;開始定時RET 中斷子程序設(shè)計INT0中斷子程序WDZ:MOV TL0,#00HMOV11H,TH0MOVTH0,#00HPUSHACCPUSHBPUSHPSWSETBPSW.3MOVA,11HORLA,10HJZABCMOVR2,MOVR3,#00HMOVR4,#0FHMOVR5,#42HMOVR6,#10HMOVR7,#11HLCALLNDIVMOV12H,R5MOVR6,#00HMOVR7,#64HLCALLQMUL;TL0清INT0中斷子程序WDZ:MOV TL0,#00HMOV11H,TH0MOVTH0,#00HPUSHACCPUSHBPUSHPSWSETBPSW.3MOVA,11HORLA,10HJZABCMOVR2,MOVR3,#00HMOVR4,#0FHMOVR5,#42HMOVR6,#10HMOVR7,#11HLCALLNDIVMOV12H,R5MOVR6,#00HMOVR7,#64HLCALLQMUL;TL0清0;取TH0;TH0清0;保持現(xiàn)場;使用第一工作寄存器區(qū);檢查除數(shù)是否為0;除數(shù)為0則退出;輸入除數(shù);調(diào)用雙字節(jié)除法子程序12H;對余數(shù)(R2R3)乘100;雙字節(jié)乘法,乘10022MOVR2,0CHMOVR3,0DHMOVR4,0EHMOVR5,0FHMOVR6,10HMOVR7,11HLCALLNDIVMOV13H,R5MOVR2,0CHMOVR3,0DHMOVR4,0EHMOVR5,0FHMOVR6,10HMOVR7,11HLCALLNDIVMOV13H,R5MOV10H,#00H(R4)→R2(R5)→R3(R6)→R4(R7)→R5;除數(shù)ABC:POPPOPRET1POPPSWBACC;調(diào)用雙字節(jié)除法子程序(13H;10H清0;恢復(fù)現(xiàn)場T0中斷子程序JA1: INC 10H ;T0RETIPAGEPAGE24調(diào)試及分析調(diào)試步驟380V,ProteusproteusISIS5.1圖5.1proteus軟件界面圖5.1proteus軟件界面Proteus5.1P所要選取元器件主要由電容與單片機芯片等。圖5.2 調(diào)試模型5.2proteus示波器,以更好的觀察波形。PAGEPAGE25f=15Hz表f=15Hz表5.3 15Hz結(jié)果數(shù)據(jù)給定結(jié)果分析合上電源,調(diào)節(jié)給定頻率至50Hz30Hz15Hz,使電機空載運行,負(fù)載電阻置(100%nIaT6組數(shù)據(jù)。f =50Hzf =50Hz給定表5.1 50Hz結(jié)果數(shù)據(jù)n(r/min)152615101498148614761460Ia(A)0.41.52.02.42.73.0T%(N.m)16.037.052.066.688.0100f =30Hzf =30Hz給定表5.2 30Hz結(jié)果數(shù)據(jù)n(r/min)932915912888875864Ia(A)0.21.21.42.02.32.4T%(N.m)16.633.341.072.089.0100n(r/min)470464455438425415Ia(A)0.20.81.21.41.51.6T%(N.m)22.232.645.263.077.287.5PAGEPAGE26圖5.3 不同頻率下仿真波形有以上表中數(shù)據(jù)可以直觀的看到,電機轉(zhuǎn)速與勵磁電壓無關(guān),主要影響轉(zhuǎn)速的是頻率,并且基本上隨頻率成比例變化。電動機的電流及轉(zhuǎn)矩隨著勵磁電壓的減小而逐漸增大。U/f為恒值,故轉(zhuǎn)矩Te率f,系統(tǒng)機械特性曲線近似向下平移。由于氣隙磁通不變,故輸出轉(zhuǎn)矩基本不變,所以基頻以下的變頻調(diào)速屬于恒壓頻比調(diào)速。與系統(tǒng)設(shè)計相符合。PAGEPAGE29結(jié)論路設(shè)計,軟件程序編程以及系統(tǒng)調(diào)試工作。本設(shè)計是
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