【正文】 號(hào)的水泵 時(shí)即可確定此水泵的最大調(diào)速范圍，在根據(jù)用戶的揚(yáng)程確定具體降低調(diào)速范圍，在實(shí)際配泵時(shí)揚(yáng)程設(shè)定在高效區(qū)，水泵的調(diào)速范圍將進(jìn)一步變小，其頻率變化范圍在 40Hz 以上，也就是說轉(zhuǎn)速下降在 20%以內(nèi)。對(duì)于水泵電機(jī)，加減速時(shí)間的選擇在 秒之間 [21]。變頻器根據(jù)負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性的大小，在啟動(dòng)和停止電機(jī)時(shí)所需的時(shí)間就不同，設(shè)定時(shí)間過短會(huì)導(dǎo)致變頻器在加速時(shí)過電流，在減速時(shí)過電壓保護(hù)；設(shè)定時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致變頻器在調(diào)速運(yùn)行時(shí)使系統(tǒng)變得調(diào)節(jié)緩慢，反應(yīng)遲滯，應(yīng)變 應(yīng)變能力差，系統(tǒng)易處于短期不穩(wěn)定狀態(tài)中。另一個(gè)就是泵出口壓力恒壓控制?？刂葡到y(tǒng)又回到初始 工作狀態(tài)Ⅰ，開始新一輪循環(huán)。當(dāng)早晨用水量再次增加時(shí)，水泵 1電動(dòng)機(jī)工作在調(diào)速運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)變頻器輸出頻率增至工頻 fi（即 50Hz）， 圖 33 供水控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖 Figure 33 The structure diagram for the principle of Water Supply Control System XXXX 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 13 水管水壓低于設(shè)定水壓上限 Pi 時(shí)（水泵 1 電機(jī) f=fi， P≦ Pi），接通變頻器 BX 端，變頻器 FWD 斷開， KM3 斷開，水泵 1 電機(jī)自變頻器輸出端斷開； KM2 得電，水泵 1電機(jī)接至變頻器輸出端；接通變頻器 FWD 端，于此同時(shí)變頻器 BX 端斷開。當(dāng)晚上用水量大量減少時(shí)，水壓增加，水泵 1 電機(jī)在變頻器作用下，變頻器輸出頻率下降，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，水泵輸出流量減少，當(dāng)變頻器輸出頻率下降到指定值 fmin，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降到指定值，水管水壓高于設(shè)定水壓上限 Pk 時(shí)（ f=fmin， P＜ Pk），在系統(tǒng) 控制下，水泵 2電機(jī)在工頻斷開， 2 水泵 1 繼續(xù)在變頻器拖動(dòng)下變頻運(yùn)行。從而實(shí)現(xiàn)水泵 2 由變頻切換至工頻電網(wǎng)運(yùn)行，水泵 1接入變頻器并啟動(dòng)運(yùn)行，在系統(tǒng)調(diào)節(jié)下變頻器輸出頻率不斷增加，直到管網(wǎng)水壓達(dá)到設(shè)定值 （ Pi＜ P＜ Pm） 為止。水泵 2 工頻運(yùn)行后，開啟水泵 2閥門，水泵 2 工作在工頻狀態(tài)。按下相應(yīng)的按鈕，選擇機(jī)組運(yùn)行， KM2 得電，水泵 2 先接至變頻器輸出端，接著接通變頻器 FWD 端。 Ⅰ 水泵 2 變頻啟動(dòng)，頻率達(dá)到 50Hz，水泵 1 變頻運(yùn)行，水泵 2 工頻運(yùn)行。系統(tǒng)工作原理結(jié)構(gòu)見圖 33。 在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)的裝機(jī)容量足夠大，所以不會(huì)出現(xiàn)基頻以上調(diào)速的情況，因此主要考慮基頻以下調(diào)速。如果電動(dòng)機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速下都具有額定電流，即電機(jī)都能在溫升允許情況下長(zhǎng)期運(yùn)行，則轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化。由式 （ 32） 可知，這將迫使磁通與頻率成反比的降低，相當(dāng)于直流電機(jī)弱磁升速的情況 [19]。其控制特性如圖 31 所示。 然而，繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是難以直接測(cè)量的，當(dāng)電動(dòng)勢(shì)的值較高時(shí)，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，而認(rèn)為 定子相電壓 U1≈ Eg，則得 U1/?1=常值 （ 34） 圖 31 恒壓頻比控制特性 1不帶定子壓降補(bǔ)償 2帶定子壓降補(bǔ)償 Figure 31 Constant voltage and frequency ratio control characteristics 1 The pensation for pressure drop with no stator 2 The pensation for pressure drop with stator XXXX 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 11 這是恒壓頻比的控制方式。對(duì)此，需要考慮基頻（額定頻率）以下和基頻以上兩種情況。如果磁通太弱，沒有充分利用電機(jī)的鐵心，也不能產(chǎn)生足夠的電磁力矩，影響電機(jī)的加減速時(shí)的快速性；如果增大磁通，又會(huì)使鐵心飽和，從而導(dǎo)致過大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過熱而損壞電機(jī)三相異步電機(jī)定子每相電動(dòng)勢(shì)的有效值是 Eg= (32) 式中， ?1— 定子頻率； N1— 定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)； KN1— 基波繞組系數(shù)； Φm— 每極氣隙磁通量。這種調(diào)速方法 ,可以獲得很大的調(diào)速范圍，很好的調(diào)速平滑性和相對(duì)穩(wěn)定性 [17]。 由異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式 n=60?1(1s)/np=n1(1－ s) (31) 式中， n 為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速； ?1為電動(dòng)機(jī)定子的供電頻率； s 為轉(zhuǎn)差率； np為電動(dòng)機(jī)定子繞組極對(duì)數(shù)； n1為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn) 速。 變頻調(diào)速的基本原理 系統(tǒng)中的水泵機(jī)組應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)。如果水泵工況點(diǎn)偏離設(shè)計(jì)工作點(diǎn)較遠(yuǎn)，不僅會(huì)引起水泵運(yùn)行效率降低、功率升高或者發(fā)生嚴(yán)重的氣穴現(xiàn)象，還可能導(dǎo)致管網(wǎng)壓力不穩(wěn)定而影響正常的供水。反應(yīng)水泵運(yùn)行工程的水泵工作點(diǎn)也稱為水泵工況點(diǎn)，是指水泵在確定的管路系統(tǒng)中，實(shí)際運(yùn)行時(shí)所具有的揚(yáng)程、流量以及相應(yīng)的效率、功率等參數(shù)。 AT89C51 單片機(jī)的主要特性有：與 MCS51 兼容， 4KB 可編程閃爍存儲(chǔ)器， 1000次的擦寫循環(huán)周期， 10 年數(shù)據(jù)保留時(shí)間， 0Hz24MHz 全靜態(tài)工作，三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定， 1288 位內(nèi)部 RAM， 32 可編程 I/O 線，兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 5 個(gè)中斷源，可編程串行通道，低功耗的閑置和掉電模式以及片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。 該器件采用 ATMEL 公司的高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相 兼容。 AT89C51 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓、高性能 CMOS 8 位單片機(jī)。單片機(jī)將更易用、性能更加穩(wěn)定、價(jià)格更低，而主流仍然是 8 位機(jī)。 個(gè)性是指一些面向特殊領(lǐng)域、特殊設(shè)計(jì)的單片機(jī)，如用于特殊控制的簡(jiǎn)單電路，有的單片機(jī)只有一個(gè)定時(shí)器，內(nèi)部集成上電復(fù)位電路， ROM 只有 1K 的 SOP8 的單片機(jī) ，價(jià)格在 1 元人民幣以下。 3 共性和個(gè)性 共性，是指單片機(jī)的共同特性， 8051 為代表的單片機(jī)架構(gòu)和指令對(duì)整個(gè)單片機(jī)領(lǐng)域產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，其他單片機(jī)或多或少都會(huì)受到其加構(gòu)的影響。 2 資源豐富 盡管單片機(jī)內(nèi)部已經(jīng)由最初的微處理器變?yōu)槲⒖刂破?，?shí)現(xiàn)在單片化，但是出于成本和穩(wěn)定性的考慮，如 A/D(模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器 )、 D/A(數(shù) /模轉(zhuǎn)換器 )、 PWM(脈XXXX 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 9 沖產(chǎn)生器 )以及 LCD(液晶 )驅(qū)動(dòng)器等也集成到內(nèi)部，出于開發(fā)和調(diào)試的方便，大多支持ISP 下載 、片上調(diào)試、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、上電復(fù)位電路、甚至集成有單運(yùn)放電路。有的還使用雙晶 振設(shè)計(jì)，在空閑時(shí)候關(guān)閉高速晶振，使用片內(nèi)或外部低速晶振。 綜上所述，單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾個(gè)特點(diǎn) 1 低功耗 制作工藝全部 CMOS 化?，F(xiàn)在的單片機(jī)基本上采用 CMOS 技術(shù)，但已經(jīng)大多數(shù)采用了，有個(gè)別的公司，如 Motorola公司則已采用 技術(shù)。而 TI 公司的 MSP430X11X 系列的工作電壓也是低達(dá) 的 [15]。而一些廠家，則生產(chǎn)出可以在 ～6V 的條件下工作的單片機(jī)。 擴(kuò)大電源電壓范圍以及在較低電壓下仍然能工作是今天單片機(jī)發(fā)展的目標(biāo)之一。 Philips 公司的單片機(jī) P87LPC762 是一個(gè)很典型的例子，在空閑時(shí)，其功耗為 mA，而在節(jié)電方 式中，其功耗只有 。 其次，是功耗、封裝及電源電壓方面。因此，這類單片機(jī)十分容易構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。例如， Infineon 公司的 C 505C， C515C， C167CR， C167CS32FM，81C90； Motorola 公司的 68HC08AZ 系列等。這些部件包括一般常用的電路，例如：定時(shí)器，比較器， A/D 轉(zhuǎn)換器， D /A 轉(zhuǎn)換器，串行通信接口， Watchdog電路， LCD 控制器等。目前，用戶對(duì)單片機(jī)的需要越來越多，但要求也越來越高，在這個(gè)刺激下，單片機(jī)技術(shù)在很多方面都有了進(jìn)步。單片機(jī)的最明顯的優(yōu)勢(shì)，就是可以嵌入到各種儀器、設(shè)備中。以解決復(fù)雜系統(tǒng)計(jì)算和高速數(shù)據(jù)處理為主的工作仍然是巨型機(jī)在起作用，故而，巨型機(jī)在目前在朝高速及處理能力的方向努力。中國(guó)單片機(jī)市場(chǎng)經(jīng)過近三十年的發(fā)展，及在國(guó)家的支持下，也產(chǎn)生了一些非常優(yōu)秀的單片機(jī)設(shè)計(jì)生產(chǎn)廠家。國(guó)內(nèi)的單片機(jī)發(fā) 展在前幾年以 51 及其兼容系列為主。代表產(chǎn)品有 intel 公司的 MCS96 系列 ,TI 公司的 TMS9900,NEC 公司的 783系列和 NS 公司的 HPC16040 等。代表產(chǎn)品有 Intel 公司的 MCS51 系列機(jī) ,Motorola 公司的 MC6801 系列機(jī) ,TI 公司的TMS7000系列機(jī) ,此外 ,Rockwell,NS,GI和日本松下等公司也先后生產(chǎn)了 自己的單片機(jī)系列 [14]。在指令系統(tǒng)方面 ,普遍增設(shè)了懲處法和比較指令。這個(gè)時(shí)代生產(chǎn)的單片機(jī)隨眼已能在單塊芯片內(nèi)集成 CPU,并行口 ,定時(shí)器 ,RAM和 ROM等功能部件 ,但性能低 ,品種少 ,應(yīng)用范圍也不是很廣 ,典型的產(chǎn)品有 Inrel 公司的 MCS48 系列 機(jī)。典型的代表產(chǎn)品有 Fairchild 公司的 F8 和 Mostek387 公司的 3870 等。 第一代單片機(jī) (19741976):這是單片機(jī)發(fā)展的起步階段。從此 ,單片機(jī)開始迅速發(fā)展 ,應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大。 單片機(jī)的發(fā)展史 1974 年 ,美國(guó)仙童 (Firchild)公司研制出世界第一臺(tái)單片微型機(jī) F8。隨著控制范疇的不斷拓展，單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域也將越來越廣泛，它已從根本上改變了傳統(tǒng)的控制方法和設(shè)計(jì)思想。要利用某型號(hào)單片機(jī)開發(fā)自己的應(yīng)用系統(tǒng)，掌握其結(jié)構(gòu)特征和技術(shù)特征是必須的。軟件特征是指指XXXX 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 7 令系統(tǒng)特性和開發(fā)支持環(huán)境，指令特性即我們所說的單片機(jī)的尋址方式，數(shù)據(jù)處理和邏輯處理方式，輸入輸出特性及對(duì)電源的要求等等。 不同的單片機(jī)有著不同的硬件特征和軟件特征，即它們的技術(shù)特征均不盡相同，硬件特征取決于單片機(jī)芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，用戶要使用 某種單片機(jī)，必須了解該型產(chǎn)品是否 滿足需要的功能和應(yīng)用系統(tǒng)所要求的特性指標(biāo)。而個(gè)人電腦中也會(huì)有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作?，F(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了 I/O 設(shè)備。 2 單片機(jī)概述 單片機(jī)簡(jiǎn)介 單片機(jī) 是一種集成在電路芯片，采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CPU 隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM、只讀存儲(chǔ)器 ROM、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器 /計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、 A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 本文主要研究?jī)?nèi)容 本文主要論述了變頻調(diào)速的基本原理及單片機(jī)在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用。國(guó)外交流變頻調(diào)速技術(shù)高速發(fā)展，隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高和全球性能源短缺 ，變頻器越來越廣泛地應(yīng)用在機(jī)械、紡織、供水、化工、造紙、冶金、食品等各個(gè)行業(yè)，并取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。這無疑將推動(dòng)交流變頻調(diào)速技術(shù)向新的方向發(fā)展。電力電子技術(shù)的發(fā)展與后來的正弦波脈寬調(diào)制技術(shù) （ SPWM） 的結(jié)合推動(dòng)了變頻調(diào)速應(yīng)用于恒壓供水系統(tǒng)中 [13]。 20 世紀(jì) 80 年代，又進(jìn)一步開發(fā)成功了絕緣柵雙極性晶體管(IGBT)，它是一種電壓 (場(chǎng)控 )型自關(guān)斷的電力電子器件，具有在任意時(shí)刻用基極 (柵極、門極 )信號(hào)控制導(dǎo)通或關(guān)斷的功能，從而使變頻調(diào)速技術(shù)又向前邁進(jìn)了一步。以小電流控制大功率的變換，但其開關(guān)頻率低，只能導(dǎo)通不能自關(guān)斷。交流變頻調(diào)速技術(shù)是建立在電力電子技術(shù)基礎(chǔ)之上的。變頻調(diào)速式供水系統(tǒng)具有節(jié)約能源、節(jié)省鋼材、節(jié)省占地、節(jié)省投資調(diào)節(jié)能力大、運(yùn)行穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢(shì)，具有廣 闊的應(yīng)用前景和明顯的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。然而，作為飲水