一种基于PIC30F6010A的异步电机调速控制系统

王子元（中国民航大学 经济与管理学院，天津 300300）



一种基于PIC30F6010A的异步电机调速控制系统

王子元（中国民航大学 经济与管理学院，天津 300300）

摘 要：随着电子技术和现代控制理论的超速发展，由变频器组成的异步电动机变频调速系统才能得以广泛应用。经过不断的发展，交流传动正成为电气传动的主流。但是，在一些技术要求较高的场合，由变频器组成的开环变频调速系统仍然难以满足工程要求。变频调速是交流传动中最主要的一种，它具有调速范围大而且连续的优点。变频器闭环调速系统主要应用单片机控制。单片机优势很明显，在过程控制中的直接数字控制中尤为突出，体积小、价格低是其主要的优势。控制过程应用单片机已成为了一种不可抗拒的趋势。

关键词：变频器；PIC单片机；逆变电路；三相异步电机；电机调速

0　引言

随着电子技术和现代控制理论的超速发展，由变频器组成的异步电动机变频调速系统才能得以广泛应用。经过不断的发展，交流传动正成为电气传动的主流。但是，在一些技术要求较高的场合，由变频器组成的开环变频调速系统仍然难以满足工程要求。变频调速是交流传动中最主要的一种，它具有调速范围大而且连续的优点。变频器闭环调速系统主要应用单片机控制。单片机优势很明显，在过程控制中的直接数字控制中尤为突出，体积小、价格低是其主要的优势。控制过程应用单片机已成为了一种不可抗拒的趋势。

异步电机调速控制系统的设计种类非常之多，但是，变频调速控制系统在效率、应用、性能等方面，无疑是最好的，它可以将动态性能不高的直流调速系统，用高动态性能的交流调速系统来取代，很显然，交流驱动系统是最重要的发展方向。在交流电机的各种调速方式中，变频调速具有下列优点：第一，减小变压器占有量、降低启动冲击电流，从而保证电机的安全；第二，能够非常方便地接入通讯网络控制，将自动化控制理论应用到实际生产当中；第三，电机的正反向不需要通过接触器来切换；第四，采用无级调速，使调速精度大大提高；第五，总的来说，变频器用在开关较为频繁的异步电机上，节能的效果会非常明显。

1　交流异步电动机变频调速原理

在异步电动机中，产生的转子能量完全是是靠电磁感应得到的。在电路上，定子和转子之间是不存在任何联系的，其电路可用图1来表示。

其中，U1为定子的相电压；I1为定子的相电流；r1、x1分别为定子每相绕组的电阻和漏抗；E2s为转子电路电动势；I2s为转子电路电流；x2s为转子电路中的漏电抗；E1为每相定子绕组反电动势，它是定子绕组切割旋转磁场而产生的。其有效值可计算如下：

式中，E1为气隙磁通存在于定子中每相的感应电动势有效值；f1为定子频率；N1为定子每相绕组中串联匝数；KN1为基波绕组系数；Φm为极气隙磁通。

电磁转矩的表达式为

其中Pm的单位为Kw，n的单位是r/min，T的单位是N*m。交流调速是通过使定子绕组供电频率发生改变，从而达到了调速目的。电机的磁场转速被称作同步转速，用n0表示：

其中，f为三相的交流电源的频率，一般为50Hz；p为磁极对数。当p=1是，n0=3000r/min；p=2时，n0=1500r/min。

由式（3）得知，磁极对数p如果越多，转速n0就会越慢，转子中的实际转速n就会比磁场同步转速n0要更慢一点，因此，称之为异步电动机，其中的区别使用转差率s来表示：

当电源的转子还没有转动的瞬间，n0=0，这时s=1；启动后出现极端情况n=n0，则s=0，即s在0～1之间不断变化，一般的异步电机在额定负载之下的s=1%～6% 。

2　控制系统硬件设计

根据对大量的文献资料的学习和对上述各个部分原理的深刻理解，同时通过对Protel 99SE软件的深入学习，我们设计了基于dsPIC30F6010A单片机的高速异步电机的变频器设计的模拟电路图。

3　 控制系统软件设计

系统的软件流程由故障综合、紧急制动和正常工作三部分组成，在开始启动程序时，首先需要确认紧急制动的按钮按下没有，要是已经按下了，那么，单片机会发出信号使得电机发生紧急制动。要是电机没按下紧急制动的按钮，则会进行故障综合检测，包括过压、过流和过热的检测，如发现其中一项出现问题，则电机紧急制动。如果前面所述的状况都没有出现，这是程序使电机正常的工作，正常的停机。

4　结束语

总体说来，设计出的PWM变压变频器能够实现了最基本的上电稳定运行，具有最基本的变频器功能。除此以外，此变频器有着一定的调速的功能，然而，调速的范围和精度却还不是很尽如人意，此问题是其需要提高的部分。而且，为了对单片机能否正常工作进行检测，我们还设计出了几块dsPIC30F6010A的最小系统板，这些最小系统板不但能用在本次设计课题上，我相信将来再次使用这款芯片时，这些最小系统板也必将发挥其作用。

参考文献：

［1］陈伯时.电力拖动自动控制系统-运动控制系统（第三版）［M］.北京：机械工业出版社，2004：14-17.

［2］韩旺，杨文剑.浅谈异步电机变频调速［J］.企业技术开发，2011：36-38.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.13.169