单相电动机及单片机变频调速控制

单相电机的调速原理
单相电机的调速原理基本上有以下几种：
1. 电压调制调速原理：通过改变供电电压的大小来调节单相电机的转速。

在给定的控制范围内，降低电压可以降低转速，增加电压可以提高转速。

这种调速原理适用于无载荷或负载较小的情况，但会导致电机起动困难和转矩降低。

2. 电容器调速原理：单相电容器调速是通过改变电机电容值的大小来调节单相电机的转速。

通过增加或减少电容器的并联来改变电机的功率因数，从而调节转速。

这种调速原理适用于电动工具等小功率的单相电机。

3. 变频器调速原理：变频器是一种能够将单相电源转换为多相电源的装置。

通过改变变频器输出的多相电源的频率与电压来调节单相电机的转速。

这种调速原理可以实现较广范围内的调速，但需要额外的变频器设备。

4. 断续工作原理：单相电机可以通过周期性切断电源与单相绕组的连接，使电机在正反两个方向上交替工作。

通过改变切断时间比例，可以调节单相电机的转速。

这种调速原理适用于负载波动较大，对转速要求不高的场合。

以上是一些常见的单相电机调速原理，不同的调速原理适用于不同的场合，可以根据实际需求选择合适的调速方式。

单相交流电机调速原理
单相交流电机的调速原理主要包括以下几种方法：
1. 调节供电电压：通过调节电源的电压来改变电机的转速。

降低供电电压会使电机转速下降，增加供电电压则使转速增加。

但是这种方法只适用于感应电动机，对于复杂负载的单相电动机效果不佳。

2. 转子电阻调速：在单相感应电机的转子回路中加入一个可调节的电阻，通过改变电阻的大小来改变电机转速。

增加电阻会减小转矩，从而减小转速。

这种方法适用于无负载或轻负载的场景。

3. 相位移调速：通过改变电动机中的电流和电压的相位差来控制转速。

可以通过改变转子电阻、电容、电感等元件来实现相位差的调节，从而改变电机的转速。

这种方法主要适用于单相感应电动机。

4. 变频调速：使用变频器将电源频率变换为可调节的频率，并将其输入到电动机中，从而实现对转速的精确调节。

变频调速器能够提供稳定的输出电压和频率，适用范围广，可实现精确的转速控制。

通过以上不同的调速方法，可以根据实际需求选择合适的调速方案，实现单相交流电机的转速控制。

电动机的单片机控制电动机调速系统可分成三大部分;即控制、驱动、反馈;一、单片机在电动机控制中主要作用1、PWM口广泛地应用在直流电动机控制中,它一经初始化设定后自动发出PWM控制信号,CPU只是在需要调整参数时才介入;2、新型单片机的捕捉功能在电动机控制中用于测频;它相当于老式单片机中用计数器与外中断联合测频功能;3、电动机是一个电磁干扰源,除了采用必要的隔离、屏蔽和电路板合理布线等措施外,看门狗的功能就会显得格外重要;看门狗在工作时不断地监视程序运行的情况;一旦程序“跑飞”,会立刻使单片机复位;4、功率集成电路是电力电子技术与微电子技术相结合的产物;它将半导体功率器件与驱动电路、逻辑控制电路、检测与诊断电路、保护电路集成在一块芯片上,使功率器件含有某种智能功能;二、机电传动系统的动力学基础1、反抗转矩的特点是：转矩的方向总是与转速的方问相反;当运功方向改变时．转矩的方向也改变．它总是阻碍运动进行;因摩擦和非弹性体的压缩、拉伸、扭转等作用所产生的负载转矩都属于反抗转矩;例如．机床加工过程中所产个的负载转矩就是反抗转矩;2、位能转矩则不同．位能转矩的作用方向恒定不变;与运动方向无关;它是由物体的重力和弹性体的压缩、拉伸、扭转等作用所产生的负载转矩;位能转矩在某方向阻碍运动,在相反方向却促进运动;起重机起吊重物时,由于重力的作用方向总是指向地心的．所以它产生的负载转矩永远作用在使重物下降的方向;3、电力拖动系统的稳定运行有两种含义：第一是应能以一定的速度匀速运转；第二是系统受到某种外部干扰如电压波动、负载转矩波动等使转速稍有变化时,应保证干扰消除后仍能以原来的转速运行;要做到第一点;就必须使电动机的电磁转矩与负载转矩大小相等,方向相反,相互平衡;这就意味着电动机的机械特性曲线与工作机械的特性曲线有—个交点;但是,有交点只是保证系统稳定的必要条件,它的充分条件是这个交点必须是稳定的平衡点;电力拖动系统稳定运行的必要充分条件是：①、电动机与工作机械的机械特性曲线要有一个交点;②、在这个交点对应的转速之上,必须要保证T＜T Z；而在这个交点对应的转速之下要保证T＞Ｔ;Ｚ三、常用的电力电子器件１、典型驱动电路⑴、EXＢ840它主要由输入隔离电路、驱功放大电路、过流检测及保护电路以及电源组成;ＥＸＢ840的引脚定义如下：引脚1用于连接反偏置电源的滤波电容；引脚2和引脚9分别是电源和地；引脚3为驱动输出；引脚4用于连接外部电容器,以防止过流保护误动作一般场合不需要这个电容；引脚5为过流保护输出；引脚6为IＧＢＴ集电极电压监视端；引脚14和引脚15为驱动信号输入端；其余引脚不用;ＥＸＢ840集成电路驱功IGBT的典型应用电路：2、M57962L集成电路四、单片机对电动机控制的支持1、Ｃ8051用于控制电动机时的输入输出端口设置在I／o口Po、P1、P2与内部资源之间是使用交叉开关进行连接的;当需要将某些内部资源与I／o引脚相连接时．必须通过交叉开关控制寄存器xBRo、xBRl、xBR2进行设置;设置交叉开关控制寄存器XBRo、xBRl、xDR2的作用是：确定被选择的资源;这些被选择的资源分配到哪些I／o引脚上去,则由交叉开关优先表根据排列的优先顺序来确定;2、电动机控制中的模／数转换在C805l中的实现AＤＣ可编程窗口检测器在电动机控制应用中非常有用;它不停地、自动地将AD c输出与用户编程的极限值进行比较;并在检测到越限条件时通知系统控制器;3、电动机控制中的PWM和测频在C8051中的实现在有刷和无则直流电动机的控制中．需要使用脉宽调制PwM技术,通过调节PwM信号的占空比来实现调速;因此,PwM波发生器在直流电动机的控制中是不可缺少的;此外,电动机控制中还经常需要对输出的频率信号进行测频例如,光电编码盘的输出,交流电动机控制中sPwM频率的测试等．实现测频的最简苹的方法是使用捕捉功能;c805l单片机有PwM功能和捕捉功能;这些功能都包含在一个称为可编程计数器列阵PcA当中;PcA除了有PwM功能和捕捉功能外,还有比较功能和高速输出功能;五、电动机控制中常用的位移、角度、转速检测传感器1、光栅位移检测传感器2、光电编码盘角度检测传感器编码盘方向的辨别经过放大整形后的A、B两相脉冲分别输入到D触发器的D端和cP端．如图5—15a所示;因此,D触发器的cP端在A脉冲的上升沿触发;由于A、Ｂ脉冲相位相差90O;当正转时,Ｂ脉冲超前Ａ脉冲90O;触发器总是在Ｂ脉冲处于高电平时触发,如图5—１５b所示,这时Q＝１．表示正转;当反转时．A脉冲超前Ｂ脉冲90O．触发器总是在Ｂ处于低电平时触发,这时Q＝０,表示反转;A、Ｂ脉冲的另一路经与门后．输出计数脉冲;这样,用Ｑ或Ｑ非控制可逆计数器是加计数还是减计数．就可以使可逆计数器对计数脉冲进行计数;Ｃ相脉冲接到计数器的复位端．实现每转动一圈复位一次计数器;这样．无论是正转还是反转,计数值每次反映的都是相对与上次角度的增量,形成增量编码;3、测速发动机六、模拟PID控制原理在模拟PID控制器中,比例环节的作用是对偏差瞬间作出快速反应;偏差一旦产生,控制器立即产生控制作用,使控制量向减少偏差的方向变化;控制作用的强弱取决于比例系数Kp,K P越大,控制越强,但过大的K P会导致系统振荡,破坏系统的稳定性;由式4—2可见．只有当偏差存在时,第一项才有控制量输出;所以,对大部分被控制对象如直流电机的调压调速,要加上适当的与转速和机械负载有关的控制常量u o否则,比例环节将会产生静态误差;积分环节的作用是把偏差的积累作为输出;在控制过程中,只要有偏差存在,积分环节的输出就会不断增大;直到偏差et＝o,输出的ut才可能维持在某一常量,使系统在给定值rt不变的条件下趋于稳态;因此,即使不加控制常量u o,也能消除系统输出的静态误差;积分环节的调节作用虽然会消除静态误差,但也会降低系统的响应速度,增加系统的超调量;积分常数T I越大,积分的积累作用越弱;增大积分常数T I会减慢静态误差的消除过程,但可以减少超调量,提高系统的稳定性;所以,必须根据实际控制的具体要求来确定T I;实际的控制系统除了希望消除静态误差外,还要求加快调节过程;在偏差出现的瞬间,或在偏差变化的瞬间,不但要对偏差量作出立即响应比例环节的作用,而且要根据偏差的变化趋势预先给出适当的纠正;为了实现这一作用．可在PI控制器的基础上加入微分环节,形成PID控制器;微分环节的作用是阻止偏差的变化;它是根据偏差的变化趋势变化速度进行控制;偏差变化得越快,微分控制器的输出就越大,并能在偏差值变大之前进行修正;微分作用的引入,将有肋于减小超调量,克服振荡,使系统趋于稳定．特别对高阶系统非常有利,它加快了系统的跟踪速度;但微分的作用对输人信号的噪声很敏感,对那些噪声较大的系统一般不用微分,或在微分起作用之前先对输入信号进行滤波;适当地选择微分常数T D,可以使微分的作用达到最忧;七、直流电动机调速系统1、PwM调速原理占空比a表示了在一个周期T里,开关管导通的时间与周期的比值;a的变化范围为o≤a≤1;由式6—2可知,当电源电压Us不变的情况下,电枢的端电压的平均值Uo取决于占空比a的大小,改变a值就可以改变端电压的平均值,从而达到调速的目的,这就是PwM调速原理;在PwM调速时,占空比a是一个重要参数;以下3种方法都可以改变占空比的值;1定宽调频法这种方法是保持t1不变,只改变t2,这样使周期T或频率也随之改变;2调宽调频法这种方法是保持t2不变,而改变t1,这样使周期T或频率也随之改变;3定频调宽法这种方法是使周期T或频率保持不变,而同时改变t1和t2;前2种方法由于在调速时改变了控制脉冲的周期或频率；当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时,将会引起振荡,因此这2种方法用得很少;目前,在直流电动机的控制中,主要使用定频调宽法;PwM控制信号的产生方法有4种;1分立电子元件组成的PwM信号发生器这种方法是用分立的逻辑电子元件组成PwM信号电路,现已被淘汰了;2软件模拟法利用单片机的一个I／O引脚,通过软件对该引脚不断地输出高低电平来实现PwM波输出;这种方法要占用cPu大量时间,使单片机无法进行其他工作,因此也逐渐被淘汰;3专用PWM集成电路从PwM控制技术出现之日起,就有芯片制造商生产专用的PwM集成电路芯片,现在市场上已有许多种;这些芯片除了有PWM信号发生功能外,还有“死区”调节功能、保护功能等;在用单片机控制直流电动机中,使用专用PwM集成电路可以减轻单片机负担、工作更可靠;4单片机的PwM口新一代的单片机增加了许多功能,其中包括PWM功能;单片机通过初始化设置,使其能自动地发出PwM脉冲波;只有在改变占空比时CPUu才进行干预;后2种方法是日前PwM信号获得的主流方法;2、直流电动机的不可逆PWM系统直流电动机PwM控制系统有可逆和不可逆系统之分;可逆系统是指电动机可以正反两个方向旋转；不可逆系统是指电动机只能单向放转;对于可逆系统,又可分为单极性驱动和双极性驱动两种方式;单极性驱动是指在一个PWM周期里,作用在电抠两端的脉冲电压是单一极性的；双极性驱动则是指在一个PwM周期里,作用在电枢两端的脉冲电压是正负交替的;1无制动的不可逆PwM系统电动机的电枢电流不能反向流动,因此它不能工作在制动状态;2有制动的不可逆PwM系统系统增加了一个开关管V2,只在制动时起作用;开关管v1、v2的PwM信号电平方向相反;3、直流电动机双极性驱动可逆PWM系统在每个PwM周期里,当控制信号Ui1高电平时．开关管vl、v4导通,此时Ui2为低电平．因此v2、v3截止,电枢绕组承受从A到B的正向电压；当控制信号Ui1低电平时,开关管vl、v4截止,此时ui2为高电平．因此v2、v3导通,电枢绕组承受从B到A的反向电压;这就是所谓的“双极”;由于在一个PwM周期里电枢电压经历了正反两次变化．因此其平均电压uＯ,可用下式决定：由式6—3可见,双极性可逆PwM驱动时,电枢绕组所受的平均电压取决于占空比ａ大小;当ａ＝o时,uo＝－Ｕｓ,电功机反转．且转速最大；当ａ＝1时．uo ＝Ｕｓ,电动机正转,转速最大,当ａ＝l／2时,uo＝o,电动机不转;虽然此时电动机不转．但电抠绕组中仍然由交变电流流动,使电动机产生高频振荡,这种振荡有利于克服电动机负载的静摩擦,提高动态性能;当电动机在轻载下工作时,负载使电枢电流很小,电流波形基本上围绕横轴上下波动,电流的方向也在不断地变化,如图6—9c所示;在每个PwM周期的o—ｔ１区间．Ｖ２、Ｖ３截止;开始时,由于自感电动势的作用,电枢中的电流维持原流向——从Ｂ到A,电流线路如图6—8中虚线4,经二极管D4、D１到电源,电动机处于再生制动状态;由于二极管的D４、D1钳位作用,此时v1、v4不能导通;当电流衰减到零后,在电源电压的作用下,v1、v4开始导通;电流经V１、V4形成回路,如图6—8中虚线1;这时电枢电流的方向从A到Ｂ．电动机处于电动状态;在每个PwM周期的ｔl＿＿ｔ2区间,vl、v４截止;电枢电流在自感电动势的作用下继续从A到B,其电流流向如图6—8中虚线2．电动机仍处于电动状态;当电流衰减为零后v2、vI开始导通,电流线路如图6—8中的虚线3,电动机处于反接制动状态;所以,在轻载下工作时,电动机的工作状态呈电动和制动交替变化;4、直流电动机单极性驱动可逆PWM系统图6—14是受限单极可逆PwM驱动系统;它与双极可逆系统的驱动电路相同,只是控制方式不同;在要求电动机正转时,开关管vl受PwM控制信号控制,开关管v4施加高电平使其常开；开关管v2、v3施加低电平,使它们全都截止;如图6—14所示的状态;在要求电动机反转时．开关管v3受PwM控制信号控制,开关管v2施加高电平使其常开；开关管v1、v４施加低电平,使它们全都截止;八、交流异步电动机变频调速系统SPWM波发生器SA4828芯片九、步进电动机的单片机控制由步进电动机与驱动电路组成的开环数控系统,既非常简单、廉价,又非常可靠;同时．它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统;步进电动机的角位移与输入脉冲数严格成正比,因此;当它转一转后．没有累计误差,具有良好的跟随型;步进电动机只能通过脉冲电源供电才能运行;它不能直接使用交流电源和直流电源;1、按A—B—C —A顺序轮流给各相绕组通电,磁场按A—B—C方向转过了3600;转子则沿相同方向转过—个齿距角;绕组通电一次的操作称为一拍,转子每拍走一步,转子走一步所转过的角度称为步距角：2、细分驱动细分步法是将步进电动机绕组中的稳定电流分成若干阶级,每进一步时,电流升一级;同时．也相对地提高步进频率,使步进过程平稳进行;步进电动机各相绕组的电流是按照工作方式的节拍轮流通电的;绕组通电的过程非常简单,即通电——断电反复进行;现在我们设想将这一过程复杂化一些,例如,每次通电时电流的幅值并不是一次升到位;而是分成阶级,逐个阶级地上升；同样海次断电时电流也不是一次降到0,而是逐个阶级地下降;如果这样做会发生什么现象我们都知道,电磁力的大小与绕组通电电流的大小有关;当通电相的电流并不马上升到位,而断电相的电流并不立即降为0时,它们所产生的磁场合力;会使转子有一个新的平衡位置,这个新的平衡位置是在原来的步距角范围内;也就是说,如果绕组中电流的波形不再是一个近似方波,而是一个分成N个阶级的近似阶梯波,则电流每升或降一个阶级时．转于转动一小步;当转子按照这样的规律转过N 小步时,实际上相当于它转过一个步距角;这种将一个步距角细分成若干小步的驱动方法,就称为细分驱动;细分驱动使实际步距角更小了,可以大大地提高对执行机构的控制精度;同时．也可以减小或消除振荡、噪声和转短矩动;目前,采用细分技术已经可以将原步距角分成数百份;恒频脉宽调制细分驱动电路：恒频脉宽调制细分驱动电路如图8—20a所示;单片机是控制主体;它通过定时器To输出20 kHz的方波,送D触发器,作为恒频信号;同时,输出阶梯电压的数字信号到D／A转换器．作为控制信号．它的阶梯电压的每一次变化,都使转子走一细分步;恒频脉宽调制细分电路工作原理如下：当D／A转换器输出的ua不变时,恒频信号cLK的上升沿使D触发器输出ub高电平．使开关管Tl、T2导通,绕组中的电流上升,取样电阻Rz上压降增加;当这个压降大于ua时,比较器输出低电平,使D触发器输出ub低电平．Tl、T2截止,绕组的电流下降;这使得Rz上的压降小于ua,比较器输出高电平,使D触发器输出高电平,T1、T2导通,绕组中的电流重新上升;这样的过程反复进行,使绕组电流的波顶锯齿形;因为cLK的频率较高,锯齿形波纹会很小;当ua上升突变时,取样电阻上的压降小于ua,电流有较长的上升时间,电流幅值大幅增长．上升了一个阶级,如图8—20b所示;同样,当ua下降突变时,取样电阻上的压降有较长时间大于ua,比较器输出低电乎,CLK的上升沿即使使D触发器输出1也马上被清0;电源始终被切断．使电流幅值大幅下降,降到新的阶级为止;以上过程重复进行;ua的每一次突变,就会使转子转过一个细分步;ucN5804B集成电路芯片适用于四相步进电动机的单极性驱动：图8—21是这种芯片的一个典型应用;结合图8—21可以看出芯片的各引脚功能为：4、5、12、13脚为接地引脚,1、3、6、8脚为输出引脚,电动机各相的接线如图；14脚控制电动机的转向,其中低电乎为正转,高电平为反转；11脚是步进脉冲的输入端；9、10脚决定工作方式;3、步进电动机的单片机控制1控制换相顺序2控制步进电动机的转向3控制步进电动机的速度脉冲的频率决定了步进电动机的转速;步进电动机的速度控制通过控制单片机发出的步进脉冲频率来实现;对于图8—22所示的软脉冲分配方式,可以采用调整两个控制字之间的时间间隔来实现调速;对于图8—23所示的硬脉冲分配方式,可以控制步进脉冲的频率来实现调速;第一种是通过软件延时的方法;改变延时的时间长度就可以改变输出脉冲的频率；但这种方法使cPu长时间等待,占用大量机时,因此没有实用价值;第二种是通过定时器中断的方法;在中断服务子程序中进行脉冲输出操作．调整定时器的定时常数就可以实现调速;这种方法占用cPu时间较少,在各种单片机中部能实现,是一种比较实用的调速方法;4、脉冲分配1通过软件实现脉冲分配2通过硬件实现脉冲分配8713脉冲分配器与单片机的接口例子如图8—23所示,本例选用单时钟输入方式,8713的3脚为步进脉冲输入端,4脚为转向控制端,这两个引脚的输入均由单片机提供和控制;选用对四相步进电动机进行八拍方式控制,所以5、6、7脚均接高电乎;5、步进电动机的运行控制1步进电动机的位置控制需要两个参数;第一个参数是步进电动机控制的执行机构当前的位置参数,我们称为绝对位置;绝对位置是有极限的,其极限是执行机构运动的范围,超越了这个极限就应报警;第二个参数是从当前位置移动到目标位置的距离,我们可以用折算的方式将这个距离折算成步进电动机的步数;这个参数是外界通过键盘或可调电位器旋钮输入的,所以折算的工作应该在键盘程序或A／D转换程序中完成;2步进电动机的加、减速控制十、无刷直流电动机1、工作原理无刷直流电动机是由电动机本体、转子位置传感器和电子开关线路3部分组成．无刷直流电动机为了去掉电刷．将电枢放到定子上去．而转子做成永磁体,这样的结构正好与普通直流电动机相反；然而,即使这样改变还不够,因为定子上的电枢通入直流电以后,只能产生不变的磁场,电动机依然转不起来;为了使电动机的转子转起来．必须使定子电枢各相绕组不断地换相通电;这样才能使定子磁场随着转子的位置在不断地变化,使定子磁场与转子永磁磁场始终保持900左右的空间角,产生转矩推动转子旋转;图9—9是三相无刷直流电动机的工作原理因;采用光电式位置传感器,电动机的定子绕组分别为A相、B相、c相,因此,光电式位置传感器上也有3个光敏接收元件vl、vz、v3与之对应;3个光敏接收元件在空间上间隔1200,分别控制3个开关管vA、vB、vC本例为半桥式驱动,只用3个开关管;这3个开关管则控制对应相绕组的通电与断电;遮光板安装在转子上,安装的位置与图中转子的位置相对应;为了简化,转于只有一对磁极;当转子处于图9—l0a所示的位置时,遮光板遮住光敏接收元件v2、v3,只有v1可以透光;因此,V1输出高电平使开关管vA导通．A相绕组通电．而B、c两相处于断电状态;A相绕组通电使定子产生的磁场与转子的永磁磁场相互作用．产生的转矩推动转子逆时针转动;当转子转到图9—10b的位置时,遮光板遮住vl,并使v2透光;因此,v1输出低电乎使开关管V A截止,A相断电;同时,V2输出高电平使开关管vB导通,B相通电,c相状态不变;这样由于通电相发生了变化,使定子磁场方向也发生了变化,与转子永磁磁场相互作用,仍然会产生与前面过程同样大的转矩．推动转子继续逆时针转动;当转子转到图9—l0c的位置时,遮光板遮住V2,同时使v3透光;因此,B相断电、c相通电,定子磁场方向又发生变化,继续推动转子转到图9—10d的位置,使转子转过一周又回到原来位置;如此循环下去,电动机就转动起来了;2、无刷直流电动机的单片机控制c805l的P1口作为输出口,通过驱功器7407控制全桥驱动电路上桥臂的P沟道MOSFETV1、V3、V5．通过与门7409控制下桥臂的N沟道MoSFETV4、V6、V2;C8051的Po．o作为PWM输出门．控制电动机的转速;Po．1一P0．6作为输入口．连接位置传感器输出的控制信号;c8051的所有输出口都接上拉电阻．与5v负载电平相匹配;1．换相控制本例中采用三相全桥星形联结也可以采用三相全桥角形联结;不管使用二二导通方式还是三三导通方式．都有6种导通状态,转了每转600换—种状态;导通状态的转换通过软件来完成;软件控制导通状态转换飞常简单．即根据位置传感器的输出信号H1、H2、H3,不断地取相应的控制字送P1口来实现;因此;如果采用霍尔式位置传感器,根据P1口与MosFET管的连接关系;2．转速控制无刷直流电动机的转速控制原理与普通直流电动机一样．可以通过PwM方法来控制电枢的通电电流．实现转速的控制;本例中,通过c8051的PwM口,控制3个与门7409的B输入端;当PWM口输出低电平时．使与门7409输出低电平,开关电路的MOSFET管v4、v6、v2被封锁；当PwM口输出高电平时,与门7409的输出状态取决于单片机的控制字,MOsFET管v4、v6、v2的导通与截止按正常换相状态进行;由于采用了PwM口．单片机可以自动地输出PwM波．减轻了单片机的负担;3．转向控制只要改变开关管通电顺序就可以实现电动机的反转; 转向的控制可通过软件来完成的,通过送反转控制字到P1即可;4．启动限流控制图9—25的限流电路是由采样电阻R和比较器LM324硬件组成;当电动机启动时,启动电流增大,在采样电阻R上的压降增大,当压降等于给定电压u0时,比较器LM324输出低电平,使MosFET开关管v4、v6、v2被关断,R上的电流迅速减小;R上的压阵也减小,当压降降到小于给定电压u0时,比较器输出高电乎,使M0sFET刀：关管v4、v6、v2恢复正常的通断顺序;如此下去,电流被限制在u0／R上下,达到限流的目的;。

单片机的电机功率控制技术单片机（Microcontroller Unit，MCU）作为嵌入式系统的核心部件，被广泛应用于各种电子设备中。

在众多应用中，电机功率控制技术是其中重要的一部分。

本文将介绍单片机电机功率控制技术的原理和应用。

一、电机功率控制技术的原理电机功率控制技术旨在通过对电机供电进行调节，达到控制电机输出功率的目的。

传统的电机功率控制方法主要依靠开关电源、变频调速等手段实现。

而基于单片机的电机功率控制技术，通过调整PWM信号的占空比，实现对电机的精确控制。

单片机作为控制核心，通过与电机驱动电路、功率电路直接相连，实现对电机供电的精确调控。

通过调整单片机输出的PWM信号的占空比，可以控制电机的速度、转矩和功率。

二、电机功率控制技术的应用1. 电动机驱动系统单片机的电机功率控制技术广泛应用于各种电动机驱动系统中。

例如，汽车电动车窗的升降系统、空调室外机的风扇控制、机械手臂的电机控制等。

在这些应用中，单片机通过接收来自传感器的反馈信号，实时调整PWM信号的占空比，控制电机的功率输出。

通过精确的控制，可以实现电机的高效工作，并满足系统对速度、转矩和功率的要求。

2. 电机调速系统单片机的电机功率控制技术在电机调速系统中也得到了广泛应用。

例如，电动车辆中的电机调速系统、电动工具中的电机调速系统等。

通过单片机对PWM信号进行调节，电机的转速可以精确控制。

在电机调速系统中，单片机可以根据要求调整电机的输出功率，实现对电机转速的精确控制。

三、单片机电机功率控制技术的优势相比传统的电机功率控制方法，单片机电机功率控制技术具有以下优势：1. 精确控制：通过调节PWM信号的占空比，可以实现对电机功率的精确控制，满足系统的要求。

2. 反馈控制：单片机可以接收来自传感器的反馈信号，实时调整电机的功率输出。

通过反馈控制，可以使系统对电机的控制更加精确和稳定。

3. 低成本：与传统电机功率控制方法相比，单片机电机功率控制技术的硬件成本相对较低。

毕业设计毕业设计任务书摘要............................................................................................. 错误!未定义书签。

第1章引言................................................................................. 错误!未定义书签。

1.1单片机的产生和发展.......................................................... 错误!未定义书签。

1.2交流调速系统的现状.......................................................... 错误!未定义书签。

第2章硬件设计....................................................................... 错误!未定义书签。

2.1系统总体方案设计.............................................................. 错误!未定义书签。

2.2主回路设计.......................................................................... 错误!未定义书签。

2.2.1整流滤波电路的设计................................................ 错误!未定义书签。

2.2.2整流电路意义总结.................................................... 错误!未定义书签。

2.3整流电路分类...................................................................... 错误!未定义书签。

变频调速的工作原理变频器的功用是将频率固定的（通常为50Hz的）交流电（三相或单相）变成频率联系可调（多数为O-4OOH0的三相交流电。

由公式：n0=60f/p其中n0为旋转磁场的转速通常称为同步转速f 为电流的频率p 为旋转磁场的磁极对数当频率f连续可调时（一般P为定数），电动机的同步转速也连续可调。

又因为异步电动机的转子转速总是比同步转速略低一些，所以，当同步转速连续可调时，异步电动机转子的转速也是连续可调的。

变频器就是通过改变f （电流的频率）来使电动机调速的在变频器日常维护过程中,经常遇到各种各样的问题,如外围线路问题,参数设定不良或机械故障。

如果是变频器出现故障，如何去判断是哪一部分问题，在这里略作介绍。

一、静态测试1、测试整流电路找到变频器内部直流电源的P端和N端，将万用表调到电阻X10档，红表棒接到P,黑表棒分别依到R S T,应该有大约几十欧的阻值，且基本平衡。

相反将黑表棒接到P端，红表棒依次接到R、S、T,有一个接近于无穷大的阻值。

将红表棒接到N 端，重复以上步骤，都应得到相同结果。

如果有以下结果，可以判定电路已出现异常，A.阻值三相不平衡，可以说明整流桥故障。

B.红表棒接P端时，电阻无穷大，可以断定整流桥故障或起动电阻出现故障。

2、测试逆变电路将红表棒接到P端,黑表棒分别接U V W上，应该有几十欧的阻值，且各相阻值基本相同，反相应该为无穷大。

将黑表棒接到N端，重复以上步骤应得到相同结果，否则可确定逆变模块故障二、动态测试在静态测试结果正常以后，才可进行动态测试，即上电试机。

在上电前后必须注意以下几点:1、上电之前，须确认输入电压是否有误，将380V电源接入220V级变频器之中会出现炸机（炸电容、压敏电阻、模块等）。

2、检查变频器各接播口是否已正确连接,连接是否有松动, 连接异常有时可能导致变频器出现故障, 严重时会出现炸机等情况。

3、上电后检测故障显示内容, 并初步断定故障及原因。

变频器调速工作原理目前交流调速电气传动已经上升为电气调速传动的主流，在电气传动领域内，由直流电动机占统治地位的局面已经受到了猛烈的冲击。

现在人们所说的交流调速传动，主要是指采用电子式电力变换器对交流电动机的变频调速传动，除变频以外的另外一些简单的调速方案，例如变极调速、定子调压调速、转差离合器调速等，由于其性能较差，终将会被变频调速所取代。

交流调速传动控制技术之所以发展的如此迅速，和如下一些关键性技术的突破性进展有关，它们是电力电子器件(包括半控型和全控型器件)的制造技术、基于电力电子电路的电力变换技术、交流电动机的矢量变换控制技术、直接转矩控制技术、PWM (Pulse Width Modulation)技术以及以微型计算机和大规模集成电路为基础的全数字化控制技术等。

1 变频器的发展近二十年来，以功率晶体管GTR 为逆变器功率元件、8 位微处理器为控制核心、按压频比U/f 控制原理实现异步机调速的变频器，在性能和品种上出现了巨大的技术进步。

其一，是所用的电力电子器件GTR 以基本上为绝缘栅双极晶体管IGBT 所替代，进而广泛采用性能更为完善的智能功率模块IP M ，使得变频器的容量和电压等级不断地扩大和提高。

其二，是8 位微处理器基本上为16位微处理器所替代，进而有采用功能更强的32位微处理器或双CPU,使得变频器的功能从单一的变频调速功能发展为含有逻辑和智能控制的综合功能。

其三，是在改善压频比控制性能的同时，推出能实现矢量控制和转矩直接控制的变频器，使得变频器不仅能实现调速，还可进行伺服控制。

其发展情况可粗略地由以下几方面来说明。

1．容量不断扩大80年代采用BJT 的PWM 变频器实现了通用化。

到了90年代初BJT 通用变频器的容量达到600KVA，400KVA 以下的已经系列化。

前几年主开关器件开始采用IGBT ，仅三四年的时间，IGBT变频器的单机容量已达1800KVA，随着IGBT容量的扩大，通用变频器的容量将随之扩大。

变频调速电机的设计摘要在这个经济快速发展的社会，随着电力电子技术、计算机技术和自动控制技术的发展，交流调速代替DC调速已经成为现代电气传动的主要发展方向，这使得交流变频调速系统广泛应用于工业电机传动领域。

许多国外企业会在生产中应用变频技术。

此外，由于PLC功能强大、使用方便、可靠性高，常被用作数据采集和设备控制。

工作中发现身边很多设备都应用了变频技术，在接触中感受到了变频技术的重要性。

通过调节电机的速度来达到节能增产的效果，在未来必然更加重要。

变频器和可编程控制器以其优越的调速、启停性能、高效率、高功率因数和显著的节电效果，广泛应用于大中型交流电动机，被公认为最有前途的调速控制。

关键词:电气传动，变频技术，调速目录第一章导言..........................................................一1.1交流变频调速发展历史综述........................................一1.2逆变器的结构和功能........................................一1.3....................................二、逆变器的关键技术。

第二章变频器调速...................................................四2.1变频调速原理.................................................四2.2逆变器的控制模式 (5)2.3变频器调速模式 (6)第三章变频调试技术 (8)3.1变频器的结构和功能预设有.........................................8.3.2操作...................................................变频器9的第四章变频调速电机的设计 (11)4.1硬件设计 (11)4.2软件设计 (14)摘要 (20)致谢 (21)参考 (22)第一章导言1.1交流变频调速发展历史概述自1965年变频器问世以来，已经经历了40多年的发展。

单相异步电动机的调速方法一、引言单相异步电动机是一种常见的电动机类型，广泛应用于家庭和工业领域中。

调速是单相异步电动机运行控制的重要环节，可以实现对电动机转速和负载的精确控制。

本文将介绍几种常见的单相异步电动机调速方法，包括电压调频调速、转子串阻调速、双绕组反扞定子调速和变电压变频调速。

二、电压调频调速电压调频调速是通过改变电源电压的频率来实现对电动机转速的控制。

具体操作步骤如下： 1. 设置电动机负载要求的转速。

2. 根据电动机的负载特性和转速-转矩曲线，确定调速范围和调速方式。

3. 根据负载特性和转速-转矩曲线，选择合适的连接方式和极数。

4. 根据电动机的参数，计算电源电压和频率。

5. 将控制器的输出信号传输给变频器，通过变频器调整输出电源的频率和电压。

6. 监测电动机的转速和负载情况，根据需要调整电源电压和频率，以实现精确的转速控制。

三、转子串阻调速转子串阻调速是通过改变电动机转子电路中的串阻值来实现对转速的控制。

具体操作步骤如下： 1. 通过外部调节器改变转子电路中的串阻值，影响转子电流的大小。

2. 随着转子电流的变化，转速也发生相应的变化。

3. 监测转速的变化情况，通过调整串阻值，使电动机达到所需的转速。

四、双绕组反扞定子调速双绕组反扞定子调速是通过改变电动机定子绕组的相对位置来实现对转速的控制。

具体操作步骤如下： 1. 设置电动机的转速要求。

2. 通过改变定子绕组的相对位置，改变定子电场的形态。

3. 改变定子电场的形态会导致电动机的转速变化。

4. 根据需要调整定子绕组的相对位置，使电动机达到所需的转速。

五、变电压变频调速变电压变频调速是通过改变电源的电压和频率来实现对电动机转速的控制。

具体操作步骤如下： 1. 将电源接入变频器。

2. 调整变频器的输出电压和频率，控制电动机的转速。

3. 监测电动机的转速和负载情况，根据需要调整变频器的输出电压和频率，以实现精确的转速控制。

单片机控制的步进电机自适应调速方法孙　侃(广东中山大松通用机电有限公司技术开发部,528437)摘　要　介绍了步进电机速度自适应控制实现的机理,步进电机分段变速控制中频率运行代码、与频率运行代码相对应的最高运行频率、最小运行步长三者的对应关系,最后介绍了程序设计方法。

这种由单片机实现的步进电机自适应调速方法已得到实际应用,取得了较满意的结果。

关键词　步进电机　单片机　自适应调速　变频信号源 步进电机的变速控制———自动加/减速控制,是步进电机的基本变速方式,常用于位置控制场合。

在这种场合,要求步进电机对运动对象进行步长长度不等的实时位置控制,通常步长的变化范围还很大,如何利用这个基本变速方式进行有效的不失步控制,以满足控制的“快而不失步”的实际需要,是步进电机开环控制的中心问题。

对步长较大的定位控制,可以使步进电机总是以等高、等腰梯形的升降频曲线轨迹来运行,梯形曲线的高度就是步进电机恒频段的最高运行频率,它与步长无关;而当步长较小时,这个恒频段最高运行频率与步长大小是否也没有关系呢?本文就这个问题,对步进电机在步长较大和较小的位置控制中,如何实现位置的速度自适应控制进行讨论。

11　步进电机控制系统步进电机控制系统如图1所示。

变频信号源是一个脉冲频率由几赫到几千赫可连续变化的信号发生器,它为脉冲分配器提供脉冲序列。

脉冲分配器则根据方向控制信号把脉冲信号按一定的逻辑关系加到脉冲驱动放大器上进行放大,以驱动步进电机的转动。

因此变频信号源产生的脉冲序列是步进电机控制的基础。

本文要阐述的就是由单片机系统实现的变频信号源产生的脉冲序列如何满足步进电机速度自适应控制的思路和方法。

图1　步进电机控制图21　步进电机速度自适应控制实现的机理我们知道步进电机的转速可用下式表示(以反应式步进电机、负载不变的情形为例):n=60fZN　(r/min)式中f为控制脉冲的频率,Z为转子齿数,N 为运行拍数。

由上式可见步进电机转速取决于脉冲频率、转子齿数和拍数。

电动机控制原理电动机是一种将电能转化为机械能的设备，广泛应用于各个领域中。

电动机的控制原理是指如何通过电信号对电动机进行启停、调速和转向控制的方法和技术。

本文将围绕电动机控制原理展开讨论，介绍几种常见的电动机控制原理以及其工作原理和应用。

一、直流电动机的控制原理直流电动机是一种具有简单结构和可靠性较高的电动机，其控制原理主要有以下几种。

1. 直接启动控制直接启动控制是最简单的电动机控制方法之一。

通过开关将电源直接连接到电动机，使电动机达到额定转速。

该方法适用于较小功率的直流电动机。

2. 初级电阻控制初级电阻控制是一种通过串联电阻来降低直流电动机起动电流的控制方法。

通过改变串联电阻的值，可以调节起动过程中电动机的转矩和速度。

该方法适用于较大功率的直流电动机。

3. 双绕组控制双绕组控制是一种通过切换电动机绕组的方式来实现调速的控制方法。

通过切换电阻或电路来改变电动机的绕组，可以实现不同的转速和转矩输出。

该方法适用于需要频繁调速的应用场景。

4. 脉宽调制控制脉宽调制控制是一种通过改变开关管的导通比例来调节电动机转速的控制方法。

通过调节导通比例，可以改变电动机供电电压的有效值，从而实现调速控制。

该方法适用于需要精确控制转速的应用场景。

二、交流电动机的控制原理交流电动机是一种应用广泛的电动机类型，其控制原理主要有以下几种。

1. 定频启动控制定频启动控制是一种将交流电源直接连接到电动机进行启动的控制方法。

通过直接改变电动机绕组的供电频率来改变转速和转矩输出。

该方法适用于负载较轻的应用场景。

2. 变频调速控制变频调速控制是一种通过改变电源频率和电压来调节交流电动机转速的控制方法。

通过改变供电频率和电压的大小，可以实现对电动机转速和转矩的精确调节。

该方法适用于负载较重、需要精确控制的应用场景。

3. 矢量控制矢量控制是一种通过改变交流电动机的电流、电压和频率来实现对转速的精确调节的控制方法。

通过电流和电压的矢量合成，可以实现电动机的转矩和转速控制。

变频调速控制系统设计在现代化的工业生产中，电动机作为主要的动力源，其运行效率对于整个生产过程的能耗和生产成本有着至关重要的影响。

而变频调速控制系统则是一种可以显著提高电动机运行效率的技术。

本文将详细阐述变频调速控制系统的概念、原理、组成部分、电动机的控制方式及其应用，以及设计原则和步骤，为相关领域的从业者提供有益的参考。

一、变频调速控制系统概述变频调速控制系统是一种通过改变电源频率来调节电动机转速的控制系统。

由于电动机的转速与电源频率成正比，因此通过调节电源频率，可以在保持恒定输出功率的情况下，实现电动机的平滑调速。

这种控制系统广泛用于各种需要精确控制速度的场合，如工业自动化、交通运输、家用电器等。

二、变频器的类型与作用变频器是变频调速控制系统的核心部件，其主要作用是将恒压、恒频的交流电转换为变压、变频的交流电。

根据不同的分类标准，变频器可分为以下几种类型：1、按照变换方式：可以分为交-直-交和交-交两种类型。

其中交-直-交变频器先将交流电转化为直流电，再通过逆变器转换为交流电；而交-交变频器则直接将交流电转换为交流电。

2、按照电压性质：可以分为单相和三相两种类型。

单相变频器适用于小功率电机，三相变频器则适用于大功率电机。

3、按照控制方式：可以分为V/f控制、矢量控制和直接转矩控制等类型。

V/f控制方式简单易行，但调速精度和动态性能较差；矢量控制方式具有较高的调速精度和动态性能，但需要较复杂的控制算法；直接转矩控制方式具有简单的结构和快速的响应速度，但需要精确的电机模型。

三、调速控制系统的组成部分变频调速控制系统主要由以下几个部分组成：1、控制器：负责根据输入信号和设定的程序产生控制指令，控制变频器的输出频率和电压。

2、变频器：接受控制器的指令，将输入电源进行变压和变频，以实现对电动机的调速控制。

3、电动机：作为整个系统的执行部分，根据变频器的输出频率和电压调节转速。

4、传感器：监测电动机的转速、转矩等参数，为控制器提供反馈信号，以便实现闭环控制。