【文章內(nèi)容簡介】 定電流為，記為，如果逆變器輸出頻率保持不變，則電動機的工作點將沿著這條曲線達到B點，記此時的異步電動機的轉(zhuǎn)速為，假如控制系統(tǒng)此時對其進行采樣，按產(chǎn)生的定子頻率為，由于電動機的轉(zhuǎn)速不能突變，因此電動機的工作點移到了這條曲線上的C點。按以上的方法分析下去，可以知道異步電動機的工作點將沿著ABCD……移動，最終達到穩(wěn)定工作點N。以上分析中，控制系統(tǒng)對轉(zhuǎn)速進行采樣的時刻時間斷的，如果控制采用連續(xù)系統(tǒng)方法，則電動機的轉(zhuǎn)速變化將立即通過控制系統(tǒng)改變控制器的輸出頻率。這樣，沿著ABCD……的連線將趨向于沿著A C E G……這條曲線，而這條曲線說明在異步電動機起動過程中，電磁轉(zhuǎn)距保持不變，這一結論可以從上面的定子電流，轉(zhuǎn)角頻率，氣隙磁通恒定。負載變化圖3 負載變化圖負載變化如圖3所示，負載變化時，若轉(zhuǎn)速給定信號為，電動機工作點為N，當負載變化從增加為時，電動機的轉(zhuǎn)速W將逐漸降低，測速發(fā)電機輸出信號減少，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器增大，按產(chǎn)生的對應于定子頻率由于增大而增大，控制電壓增大，決定了逆變器的輸出頻率增加，電動機的機械特性曲線上移，最終電動機在新的工作點處穩(wěn)定工作。調(diào)速過程如果不改變，但轉(zhuǎn)速給頂信號從增大到時，速度調(diào)節(jié)器的輸入為正值，其輸出將增大，按產(chǎn)生的對應于定子頻率，由于增大而增大，控制電壓增大，決定了逆變器的輸出頻率增加，電動機的機械曲線上移，當增大時，電動機的工作點將瞬間地從點轉(zhuǎn)到對應的特性曲線上的A點，在A點電磁轉(zhuǎn)距，因而電動機將加速，轉(zhuǎn)速上升，按產(chǎn)生的對應于定子頻率由于增大而增大，逆變器的輸出頻率增加，電動機的機械特性曲線上移，只要，定子頻率將不斷增大，電動機的工作點將沿著圖中的A到曲線運動，到了點時，電動機的轉(zhuǎn)速，電磁轉(zhuǎn)距，電動機將在點上穩(wěn)定運行，這就完成了電動機的加速過程。電動機反轉(zhuǎn)當轉(zhuǎn)速給定信號反相時，速度調(diào)節(jié)器輸出負限幅值，按產(chǎn)生的對應于定子頻率由于變負而減小逆變器的輸出頻率降低，電動機的機械特性曲線下移，電動機以最大制動轉(zhuǎn)距減少到零。當轉(zhuǎn)速接近于零時，按產(chǎn)生的對應的由正值變負時，通過相序鑒別器使環(huán)形分配器的相序改變，電動機實現(xiàn)反向運行。近似動態(tài)結構轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的動態(tài)性能雖比轉(zhuǎn)速開環(huán)系統(tǒng)有較大提高，但是在采用經(jīng)典線性控制理論和工程設計方法分析和設計，仍要作較大的近似處理。在建立轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的動態(tài)結構圖時，仍做如下處理：（1）忽略異步電動機的鐵損。（2）忽略異步電動機旋轉(zhuǎn)電動勢對系統(tǒng)動態(tài)過程的影響，或者說，忽略哦率和轉(zhuǎn)速對電壓控制系統(tǒng)的影響。（3）認為組成系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)的輸入輸出關系都是線性的。（4）認為磁通在動態(tài)過程中保持不變。參照轉(zhuǎn)速開環(huán)的變頻調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結構圖，可以畫出轉(zhuǎn)差控制系統(tǒng)的近似動態(tài)結構圖，如圖4所示：圖4 近似動態(tài)結構圖 以上就本次變頻設計的控制方法規(guī)律等做了介紹，它就是本次設計的理論部分。3 系統(tǒng)設計的參數(shù) 對一臺三相異步電動機調(diào)速系統(tǒng)進行設計。異步電動機的參數(shù)：，接法， 采用轉(zhuǎn)差頻率控制方法，由單片機組成核心。調(diào)速范圍（），無級調(diào)速，靜差率。根據(jù)對象參數(shù)，完成各功能單元的結構設計，參數(shù)計算。4 用單片機控制的電機交流調(diào)速系統(tǒng)設計 調(diào)速系統(tǒng)總體方案設計圖5 調(diào)速系統(tǒng)總體框圖轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比的調(diào)速系統(tǒng)，雖然結構簡單，異步電動機在不同頻率小都能獲得較硬的機械特性但不能保證必要的調(diào)速精度，而且在動態(tài)過程中由于不能保持所需的轉(zhuǎn)速，動態(tài)性能也很差，它只能用于對調(diào)速系統(tǒng)的靜，動態(tài)性能要求不高的場合。如果異步電動機能象直流電動機一樣，用控制電樞電流的方法來控制轉(zhuǎn)矩，那么就可能得到和直流電動機一樣的較為理想的靜，動態(tài)特性。轉(zhuǎn)差頻率控制是一種解決異步電動機電磁轉(zhuǎn)矩控制問題的方法，采用這種控制方案的調(diào)速系統(tǒng)，可以獲得與直流電動機恒磁通調(diào)速系統(tǒng)相似的性能。 為了使系統(tǒng)具有較好的動靜態(tài)性能，滿足設計要求，可將整個系統(tǒng)設計為轉(zhuǎn)速單閉環(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)，考慮電動機負載為恒轉(zhuǎn)距負載，在高頻段，采用恒比例控制方式來做近似恒磁通控制方式；在低頻段，采用恒磁通補償方法來維持磁通的恒定，實現(xiàn)恒磁通變頻調(diào)速。當頻率高于額定轉(zhuǎn)速時，維持，實現(xiàn)恒功率調(diào)節(jié)。選用大規(guī)模集成電路HEF4752來產(chǎn)生PWM控制信號，以減輕單片機的負擔，使它能夠有足夠的時間來完成閉環(huán)控制，系統(tǒng)檢測和保護等任務。由于電動機功率不大，整流器采用不可控電路，電容器濾波；逆變器采用電力晶體管三相逆變器。系統(tǒng)的總體結構主要由主回路，驅(qū)動電路，光電隔離電路，HEF4752大規(guī)模集成電路，保護電路，51單片機，8253定時/記數(shù)器，8255可編程接口芯片，8279通用鍵盤/顯示器，I/O接口芯片，CD4527比例分頻器和測速發(fā)電機等組成。 原器件的選擇（1） 74LS138 74LS138是一種38譯碼器，有三個輸入端，經(jīng)譯碼產(chǎn)生8種狀態(tài)。其引腳如圖6所示，譯碼功能如表所示，由表可知，當譯碼器的輸入為某一個編碼時其輸出就有一個固定的引腳輸出為低電平，其余的為高電平。圖6 74LS138引腳圖表1 74LS138 真 值 表 輸 入 輸 出G1G2A/G2B/CBAY7/Y6/Y5/Y4/Y3/Y2/Y1/Y0/1000001111111010000111111101100010111110111000111111011110010011101111100101110111111001101011111110011101111111 其它狀態(tài)11111111 （2） 8253 主要功能1）一個芯片上有三個獨立的16位計數(shù)器通道。2）每個計數(shù)器都可以按照二進制或二——十進制計數(shù)；3）每個計數(shù)器的技術速率可高到2MHz。4）.每個通道有六種工作方式，可由程序設置和改變。5）.所有的輸入輸出與TTL兼容。圖7 8253引腳圖每個通道有三條引線：CLK：輸入脈沖線。計數(shù)器就是對這個脈沖計數(shù)。8253規(guī)定，加在CLK引腳的輸入時鐘周期不能小于380ns .GATE：門控制信號輸入引腳。這是控制計數(shù)器工作的一個外部信號。當GATE引腳為低電平時，通常都是禁止計數(shù)器工作。只有當GATE為高電平時，才允許計數(shù)器工作。OUT：輸出引腳。當計數(shù)到“0”時，OUT引線上必然有輸出，輸出信號的波形取決于工作方式。本次設計用到芯片8253的工作方式三，當記數(shù)值N為偶數(shù)時，輸出為對稱方波，前N/2記數(shù)期間，OUT輸出為高電平，后N/2記數(shù)期間，OUT輸出為低電平。若記數(shù)值N為奇數(shù)值時，將輸出不對稱方波，即在前（2N+1）/2記數(shù)期間，OUT輸出高電平，后（2N1）記數(shù)期間輸出低電平。（3）HEF4752隨著電力電子技術及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，基于集成SPWM電路構成的變頻調(diào)速系統(tǒng)以其結構簡單、運行可靠、節(jié)能效果顯著、性價比高等突出優(yōu)點而得到廣泛應用。本文介紹的變頻調(diào)速系統(tǒng)是以大規(guī)模專用集成電路HEF4752為核心構成的控制電路，由HEF4752產(chǎn)生的三相SPWM信號經(jīng)隔離、放大后，驅(qū)動由IGBT構成的三相逆變器，使之輸出SPWM的波形，實現(xiàn)異步電動機變頻調(diào)速。HEF4752簡介 HEF4752如圖8所示，是采用LOCMOS工藝制造的大規(guī)模集成電路，專門用來產(chǎn)生三相SPWM信號。它的驅(qū)動輸出經(jīng)隔離放大后，可驅(qū)動GTO和GTR逆變器，在交流變頻調(diào)速中作控制器件。圖8 HEF4752引腳圖主要特點如下：1）能產(chǎn)生三對相位差120176。的互補SPWM主控脈沖，適用于三相橋結構的逆變器。2）采用多載波比自動切換方式，隨著逆變器的輸出頻率降低，有級地自動增加載波比，從而抑制低頻輸出時因高次諧波產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈沖和噪聲等所造成的惡劣影響。調(diào)制頻率可調(diào)范圍為0～100Hz，且能使逆變器輸出電壓同步調(diào)節(jié)。3）為防止逆變器上下橋臂直通，在每相主控脈沖間插入死區(qū)間隔，間隔時間連續(xù)可調(diào)。引腳說明：HEF4752為28腳雙列直插式標準封裝DIP芯片，它有7個控制輸入，4個時鐘輸入，12個驅(qū)動信號輸出，3個控制輸出。各管腳功能描述如表所列。表2 HEF4752管腳功能引 腳 名 稱 功 能 1 OBC1B 相換流開關信號1 2 OBM2B 相主開關信號2 3 OBM1B 相主開關信號1 4 RCT 最高開關頻率基準時鐘 5 CW 電機換相控制信號 6 OCT 推遲輸出時鐘 7 K 選擇互鎖推遲間隔 8 ORM1 R相主開關信號1 9 ORM2 R相主開關信號2 10 ORC1 R相換流開關信號1 11 ORC2 R相換流開關信號2 12 FCT 頻率時鐘 13 A 復位輸入控制 14 VSS 接地端 15 B 測試電路用信號 16 C 測試電路用信號 17 VCT 電壓時鐘 18 CSP 電流采樣脈沖 19 OYC2 Y相換流開關信號2 20 OYC1 Y相換流開關信號1 21 OYM2 Y相主開關信號2 22 OYM1 Y相主開關信號1 23 RSYN R相同步信號 24 L 停止/啟動系統(tǒng) 25 I 選擇晶體管/晶閘管模式 26 VAV 平均電壓 27 OBC2 B相換流開關信號2 28 VDD 工作電壓(10V) 輸入引腳功能1 )輸入引腳I用來決定逆變器驅(qū)動輸出模式的選擇，當引腳I為低電平時，驅(qū)動模式是晶體管，當引腳I為高電平時，驅(qū)動模式是晶