基于单片机的交流调压调速系统设计

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1、1绪论1.1交流调速的发展状况[1]　直流电机拖动和交流电机拖动在19世纪中先后诞生。在20世纪的大部分年代里，约占整个电力拖动容量80%的不变速拖动系统都采用交流电机，而只占20%的高控制性能可调速拖动系统则采用直流电机。因为调节直流电动机的电枢端电压或励磁电流就可方便地获得较好的调速特性。但是，在电力调速传动系统中使用交流电动机具有更大的吸引力，因为交流电动机与直流电动机相比具有一系列显著的优点:1、交流电机不存在换向器圆周速度的限制，也不存在电枢元件中电抗电势数值的限制，其转速可以设计得比相同功率直流电机的转速更高，因而单位功率重量指标较低。例如，

2、直流电机的单位功率重量指标一般均在5kg/kw上。而鼠笼式异步电动机的仅在(4～1.5)kg/kw　之间。2、交流电机的电枢电压和电流的数值都不受换向器的限制，因而，其单机功率可以比直流电机的单机功率更大。3、由于交流电机的结构简单，没有换向器那种复杂、精密、耗费制造工时的部件，又由于单位功率重量指标较低，因而其制造成本低廉。4、直流电机在高速范围运行时，由于电抗电势数位的限制，一般不能发挥其额定功率，既便是有补偿绕组的直流电动机，就是在最高转速时的输出功率也仅能达到额定功率的80%，对无补偿绕组的电机就更低，而交流电动机没有这种限制，高速时仍可发挥较大

3、功率，甚至能以额定功率作恒功率运行。５、交流电机没有换向器之类需要经常保养、维修的部件、在安装地点受到限制、不易接近的场合下也能可靠地工作。维修费用低廉.虽然交流电机与直流电机相比具有以上许多优点，可是，由于交流电机的调速一直比较困难，所以，长期以来，交流电机只能作恒速运行，而在要求精确、灵活、连续调速的传动系统中，直流电机调速传动一直占主要地位。然而，近年来，一方面随着大功率可控电力电子元件和变频技术的迅速发展，用交流电机的调速传动系统代替直流电机调速传动系统已成为可能，另一方面，从节能的观点要求把原来作恒速运行的交流电机传动系统改为调速传动。因而，在

4、电力传动领域里正在日益重视发展交流电机的调速传动。众所周知，在电力传动系统中，交流电动机具有一些直流电动机无法比拟的优点，如单机容量、电枢电压、额定转速、价格等方面。随着电力电子技术的发展和交流调速理论的深入研究，交流调速方法日益受到人们的重视，成为电动机调速新的发展方向。一个完整的交流调速系统主要由三部分组成:电力变换器、交流电机和控制系统。从60年代初开始，电力电子开关器件日益更新换代。相继出现了大功率晶体管(GTR)、门极可关断晶闸管(GTO)、场效应晶体管(MOSFET)及静电感应晶体管(SIT)。80年代初，美国成功地研制出第三代电力电子器件绝

5、缘门极晶体管(IGBT)。电力电子器件逐步向高电压、大电流、高频率快关断、低功耗易驱动以及复合化、模块化、智能化方向发展。近年来电动机的设计和制造技术也得到了充分的发展。常用电机的类型有异步电机、同步电机和磁阻电机等。在对电机的设计时，致力于提高电机的功率和效率，加大调速范围，降低脉动转矩并减缓绝缘老化。除此之外还可设计相应的逆变器与变频电动机配合使用，从而使整个调速系统的工作效果更为出色。1.2现代控制理论的发展现代控制理论在传统反馈控制理论的基础上取得了重要的突破，诞生了滑模变结构控制、矢量控制、直接转矩控制等一系列新的控制方法。一般对电力变换器多采

6、用脉宽调制(PWM)技术，目前该技术比较成熟，已出现专门产生PWN控制信号的大规模集成电路芯片。近年来普遍采用微机控制，它可高速度、高精度地实现对整个系统的控制，对建立在现代控制理论和复杂控制算法基础上的控制方案进行优化处理，并同时实现系统的监测保护、故障自诊断和自修复。在实用的8位、16位、甚至32位单片机控制系统中，硬件和软件均可模块化。1.3微型计算机控制系统的发展及其在调速系统中的应用高性能、高精度的调速系统的发展与微型计算机的发展是密切相关的。近年来半导体电路的高度集成化，其运行速度和工作可靠性的提高.成本的不断降低·而且功能越来越强大，使得当

7、前一些较复杂、控制要求较高的控制算法，能够由微型计算机来实现。微型计算机控制电机在工业生产过程中的应用主要具有以下特点以及需要发展的方面:1、可靠性和可维修性是两项非常重要的因素，它们决定着来统在控制上的可用程度。特别是在用计算机控制的连续性生产过程中要求高度可靠。可靠性简言之就是指设备在规定的时问内运行不发生故障。为此需未用可靠性技术来解决。为实现高度的可用性，可维修性是重要的。设计应该使系统通过相同电子线路的集装件的替换而得到快速修理。并且，应设计较完善的诊断程序，较快确定故障所在。2、环境的适应性强，在生产现场，环境条件，如强电流、强磁场、腐性性气

8、体、灰尘、温度变化等都会影响系统的可靠性和使用寿命。3、控制的实时性，所谓“实时