用单片机控制的电机交流调速系统设计毕业论文设计

单片机控制的电机交流调速系统设计摘要：本文将介绍一种基于单片机控制的电机交流调速系统设计方案。

该系统采用电机三相桥式整流电路作为电源，通过单片机对电机进行PWM调速控制，实现电机速度的调节。

使用单片机控制的电机交流调速系统具有速度调节范围广、动态响应快、控制精度高等优点，适用于各类电机的交流调速控制。

关键词：单片机；电机交流调速系统；PWM调速；桥式整流电路1.引言随着现代工业的发展，对电机调速的要求越来越高。

传统的电机调速系统通常采用电阻和变压器等非智能方式进行调节，而单片机是一种能够进行数字化控制的智能设备，具有调节范围广、响应快、控制精度高等优点。

2.系统组成2.1电机和电源电机是系统的核心部件，负责转换电能为机械能。

电源为电机提供所需的能量，这里使用直流电源。

2.2三相桥式整流电路三相桥式整流电路将直流电源转换为交流电源，供电给电机进行运行。

2.3单片机单片机是整个系统的控制中心，通过接收外部信号（如速度调节信号）和传感器反馈信号，对电机进行PWM控制，实现电机的调速控制。

2.4PWM模块PWM模块是单片机内置的一个功能模块，负责产生PWM信号。

PWM信号的频率和占空比可通过编程调节，从而实现对电机的调速控制。

2.5驱动电路驱动电路负责将PWM信号从单片机输出到电机，通过对PWM信号的放大和滤波处理，驱动电机进行调速。

3.系统工作原理系统工作原理如下：首先，单片机通过PWM模块产生PWM信号，调节PWM信号的频率和占空比。

然后，PWM信号通过驱动电路放大和滤波处理后，送至三相桥式整流电路的控制端，控制桥臂的导通和关断。

最后，交流输出经过滤波处理后，供给电机运行。

4.系统设计步骤4.1硬件设计根据系统组成的步骤，设计相应的硬件电路连接。

4.2软件设计编写控制程序，实现速度控制功能。

程序包括PWM信号的产生和控制逻辑的实现。

5.结果与分析通过实验测得，该系统能够实现对电机速度的调节，调节范围广、动态响应快、控制精度高。

单片机控制的电机交流调速系统设计发布时间：2021-12-01T08:09:31.056Z 来源：《当代电力文化》2021年第19期作者：王哲[导读] 随着电力电子技术、微电子技术和自动控制理论的发展,交流调速技术也有了日新月异的变化。

王哲吉林华正农牧业开发股份有限公司摘要：随着电力电子技术、微电子技术和自动控制理论的发展,交流调速技术也有了日新月异的变化。

可调速的高性能交流电力拖动系统在工业上的应用也越来越广。

进入21世纪交流调速技术也进入了现代交流调速技术时代,现代交流调速技术也成为人类社会的重大技术进步之一。

其发展速度之快、应用覆盖范围之广都是前所未有的。

而且应用实践表明,采用现代交流调速技术极大的提高了传动系统的运行质量,同时,带来了巨大的经济和社会效益。

关键词：单片机；电机控制系统；设计引言在现代化工业发展过程中，电动机应用越来越广泛，对于更好的满足现代化工业需求，并提升工作效率，实现经济效益的提升起到了有效的促进作用，而在新的发展形势下，如何优化电机运动控制系统设计，为工业发展提供更多的动力支持是当前急需解决的重要问题。

通过对基于单片机的电机运动控制系统设计进行分析，以期进一步提升现代化工业发展水平。

近些年以来，随着单片机在性能方面的不间断提高，已经广泛的应用到了通信、网络、农业，以及大众日常生活的很多领域当中。

不仅能够在很多场合满足应用的需求，而且在特点方面具有：价格低、性能很可靠、使用比较方便、低功耗、小体积、速度快、功能强、可集成度较高等。

常用的单片机主要有MSP430单片机、PIC单片机、A VR单片机、51系列单片机。

因此针对单片机控制的电机系统，在应用方面进行分析是很有必要的。

一、单片机的特性目前，市场上主流的单片机包含计数器、中央处理器、只读存储器、串行端口等，能够对数据进行存储与处理等操作。

单片机的系统并不复杂，因此在操作上较为简便，并且在实现模块化管理上有突出成效。

论文题目：基于单片机的直流电机调速系统设计学生姓名：所在院系：所学专业：导师姓名：完成时间：摘要本文主要研究了利用MCS-51系列单片机控制PWM信号从而实现对直流电机转速进行控制的方法。

文章中采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统，并且对PWM信号的原理、产生方法以及如何通过软件编程对PWM信号占空比进行调节，从而控制其输入信号波形等均作了详细的阐述。

此外，本文中还采用了芯片IR2110作为直流电机正转调速功率放大电路的驱动模块，并且把它与延时电路相结合完成了在主电路中对直流电机的控制。

另外，本系统中使用了测速发电机对直流电机的转速进行测量，经过滤波电路后，将测量值送到AD转换器，并且最终作为反馈值输入到单片机进行PI运算，从而实现了对直流电机速度的控制。

在软件方面，文章中详细介绍了PI运算程序，初始化程序等的编写思路和具体的程序实现。

关键词：PWM信号，测速发电机，PI运算The Design of Direct Current Motor speedRegulation System Based On SCMChenliSchool of Information and EngineeringAbstractThis article mainly introduces the method to generate the PWM signal by using MCS-51 single-chip computer to control the speed of a D.C. motor. It also clarifies the principles of PWM and the way to adjust the duty cycle of PWM signal. In addition, IR2110 used as an actuating device of the power amplifier circuit which controls the speed of rotation of D.C. motor. What’s more, tachogenerator is used in this system to measure the speed of D.C. motor. The result of the measurement is sent to AD converter after passing the filtering circuit, and finally the feedback single is stored in the single-chip computer and participates in a PI calculation. As for the software, this article introduces in detail the idea of the programming and目录1. 引言 (1)1.1开发背景 (1)1.2选题的目的和意义 (1)1.3研究方法 (2)2. 总体设计概述 (2)2.1总体硬件电路设计 (2)2.1.1系统总体设计框图 (2)2.1.2 8051单片机简介 (3)2.1.3单片机系统中所用其他芯片选型 (4)2.2PWM信号发生电路设计 (7)2.2.1 PWM的基本原理 (7)2.2.2 PWM信号发生电路设计 (8)2.2.3 PWM发生电路主要芯片的工作原理 (9)2.3功率放大驱动电路设计 (10)2.3.1芯片IR2110性能及特点 (10)2.3.2 IR2110的引脚图以及功能 (11)2.4主电路设计 (11)2.4.1 延时保护电路 (11)2.4.2 主电路 (11)2.4.3 输出电压波形 (13)2.4.4系统总体电路图 (14)2.5测速发电机 (15)2.6滤波电路 (15)2.7AD转换 (15)2.7.1芯片选型 (15)2.7.2 ADC0809的引脚及其功能 (16)3.系统软件部分的设计 (16)3.1PI 转速调节器原理图及参数计算 (16)3.2系统中的部分程序设计 (17)3.2.1主程序设计 (17)3.2.2 PI控制算法子程序设计 (18)4. 系统调试 (19)4.1软件调试 (19)4.2系统仿真 (20)结论 (21)致谢 (21)参考文献 (22)附录 (23)1. 引言1.1开发背景现代工业生产中，电动机是主要的驱动设备，目前在直流电动机拖动系统中已大量采用晶闸管(即可控硅)装置向电动机供电的KZ—D拖动系统，取代了笨重的发电动一电动机的F—D系统，又伴随着电子技术的高度发展，促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变，特别是单片机技术的应用，使直流电机调速技术又进入到一个新的阶段，智能化、高可靠性已成为它发展的趋势。

课题名称单片机控制直流电机调速系统目录第一章总体设计方案 01.1方案选取 01。

1.1方案一：PWM波调速 01.1。

2方案二：晶闸管调速 (1)第二章单元模块设计 (2)2。

1 H桥电路方案设计 (2)2.2 调速设计方案 (3)2。

3系统硬件电路设计 (4)2。

3。

1电源电路 (4)2.4 H桥驱动电路 (4)2．5基于霍尔传感器的测速模块 (5)2．6 LCD显示模块 (6)2。

7 调速设计模块 (7)2。

8测速软件设计 (9)第三章系统功能调试 (10)3.1调试软件介绍 (10)3。

2直流电机的调速功能仿真 (11)3.3电机速度的测量并显示功能仿真 (12)3。

4系统的电路原理图 (12)设计总结 (13)参考文献 (15)附录 (16)毕业设计开题报告一、课题设计（论文）目的及意义在现代电子产品中，自动控制系统，电子仪器设备、家用电器、电子玩具等等方面,直流电机都得到了广泛的应用。

大家熟悉的录音机、电唱机、录相机、电子计算机等，都不能缺少直流电机.所以直流电机的控制是一门很实用的技术。

直流电机，大体上可分为3类:几相绕组的步进电机、永磁式换流器直流电机、伺服电机、直流电机具有良好的启动性能和调速特性，它的特点是启动转矩大，最大转矩大，能在宽广的范围内平滑、经济地调速，转速控制容易，调速后效率很高。

与交流调速相比，直流电机结构复杂,生产成本高，维护工作量大。

适用范围：直流调速器在数控机床、造纸印刷、纺织印染、光缆线缆设备、包装机械、电工机械、食品加工机械、橡胶机械、生物设备、印制电路板设备、实验设备、焊接切割、轻工机械、物流输送设备、机车车辆、医疗设备、通讯设备、雷达设备、卫星地面接受系统等行业广泛应用.我认为设计一个直流电机调速系统，不论是从学习还是实践的角度，对一名机电一体化专业的大学生都会产生积极地作用，有利于提高学习热情。

二、课题设计(论文)提纲（1）收集相关资料并仔细研读和思考。

基于单片机转差频率控制的交流调速系统设计摘要单片机控制的变频调速系统设计思想是用转差频率进行控制。

通过改变程序来达到控制转速的目的。

由于设计中电动机功率不大，所以整流器采用不可控电路，电容器滤波；逆变器采用电力晶体管三相逆变器。

系统的总体结构主要由主回路，驱动电路，光电隔离电路，SA8282大规模集成电路，保护电路，AT89C51单片机， 8255可编程接口芯片，I/O接口芯片，测速发电机等组成。

回路中有了检测保护电路就可以使整个系统运行的可靠性有了保障。

关键词:AT89C51单片机；SA8282；转差频率；交流调速；三相异步电动机AbstractFrequency conversion that one-chip computer control transfer speed systematic design philosophy with transfer to difference frequency control. Achieve the goal of controlling rotational speed through changing the procedure . Because the motor is not big in power in the design, the rectifier can not adopt controlledly the circuit, the condenser strains waves; Going against the becoming device adopts three phases of the electric transistor to go against the becoming device. The systematic ensemble architecture is by the main return circuit mainly, drive the circuit, the photo electricity isolates the circuit,SA8282 large scale integrated circuit, protects the circuit,The AT89C51Intel series one-chip computer, Intel8255 programmable interface chip, I/O interface chip, and tests the speed such composition as the generator ,etc.. Have the dependability that can make the whole system operate of measuring and protecting the circuit to have guarantee in the return circuitKey Words:The AT89C51 SCM；SA8282；Frequency；AC variale speed；three phase eletromotor of asynchronism目录前言 (1)第1章交流调速系统的概述 (4)1.1交流调速的基本原理 (4)1.2 交流调速的特点 (5)第2章交流调速系统的硬件设计 (7)2. 1 转差频率控制原理： (7)2. 2 系统设计的参数 (7)2.3 用单片机控制的电机交流调速系统设计 (7)2.3.1调速系统总体方案设计 (7)2.3.2 元器件的选用 (9)2.3.3 系统主回路的设计以及参数计算 (12)2.3.4 SPWM控制信号的产生 (15)2.3.5 光电隔离及驱动电路设计 (17)2.3.6 故障检测及保护电路设计 (18)2.3.7 模拟量输入通道的设计 (18)第3章系统软件的设计 (19)3.1 主程序的设计 (19)3.2 转速调节程序 (19)3.3 增量式PI运算子程序 (20)3.4故障处理程序 (21)3.5 部分子程序 (22)3.5.1 AD0809的编程 (22)3.5.2 8255的编程 (23)结论 (23)谢辞 (23)参考文献 (24)前言自上个世纪90年代以来，近代交流调速步入了以变频调速为主导的发展阶段。

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。

单片机控制的交流异步电机变频调速摘要：单片机控制的变频调速系统设计思想是用转差频率进行控制。

通过改变程序来达到控制转速的目的。

本文用MCS-51系列的8051单片微型计算机和SA4828三相SPWM 产生器及少量的扩展外围芯片构成，充分发挥其控制电路简单、控制方式灵活、输出波形优点多的特点，实现三相异步电机变频调速的目的。

关键词：单片机；三相异步电机；变频调速1、交流三相异步电动机和变频调速技术介绍1.1 三相异步电动机 交流电动机，尤其是感应异步电动机，具有结构简单、价格低廉、坚固耐用、维护方便，可工作在恶劣的环境中等优点，在伺服驱动系统中越来越受到人们的关注。

1.2 变频调速技术 三相异步电动机的调速方法有三种：变极调速、改变转差率调速、变频调速。

其中变频调速具有很大优势，效率最高、性能最好、应用最广泛的是变频调速，它可以构成高动态性能的交流调速系统来取代直流调速系统，并且是交流调速的主要发展方向。

它的调速性能与可靠性不断完善，价格不断降低，特别是变频调速节能效果明显，而且易于实现自动化控制，所以交流电动机的变频调速刚反应用于工业行业。

目前变频器不但在传统的电力拖动系统中得到了广泛的应用，而且已扩展到了工业生产的所有领域，以及空调器、洗衣机、电冰箱等家电中。

2、三相异步电机的变频调速原理异步电动机的转速是取决于同步转速的：)1(0s n n -=式中： n ——电动机的转速，m/min0n ——电动机的同步转速，r/mins ——电动机的转差率 s=(n 1-n/)=△n/ n 1而同步转速则主要取决于频率p fn 60=式中：f——输入频率，Hzp——电动机的磁极对数由以上两式可知变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系：p sf n) 1(60-=由上式可知，在电动机磁极对数不变的情况下，通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。

当改变电动机定子电源的频率时，电动机的同步转速将随频率正比变化，于是转子转速将随之而变化，这种通过改变电源频率实现的速度调节称为变频调速。

单片机控制直流电机调速系统设计摘要随着社会的发展，电机可调速广泛的应用于工农业、交通运输业以及我们的日常生活。

早起的电机调速主要基于模拟电路的调速。

模拟电路的设计一方面难度大、调试复杂，另一方面加之元器件易老化，这对于调速系统广泛普及起到一定的制约作用。

随着电力技术、微处理器技术、自动控制技术的发展，使得PWM脉宽调制技术得到空前的发展。

本系统的设计正是PWM脉宽调制技术在直流电机调速的应用。

研究这一技术，对于生产和生活有着积极意义。

本文首先对系统架构进行介绍，让读者从宏观上把握系统的设计思想。

然后分别介绍构成系统的各个模块的内容和选型。

接着介绍硬件电路的设计和软件程序的设计思想。

最后对系统的功能进行测试，并记录测试结果。

关键词PWM；微处理器；自动控制技术；Single chip microcomputer control dc motor speed controlsystem designAbstractWith the development of the society, adjustable speed motor is widely used in industry and agriculture, transportation, and our daily life. Getting up early is mainly based on the analog circuit of motor speed control. Analog circuit design on the one hand, difficult andcomplex debugging, aging, on the other hand, combined with the components for the speedcontrol system widely popularize played a role. As the electric technology, microprocessortechnology, the development of automatic control technology, the PWM pulse width modulation technology get unprecedented development. The design of this system is the PWM pulse width modulation technology in the application of dc motor speed control. Research the technology, has a positive meaning for production and life.This paper introduces the system architecture, let the reader from on macroscopic to grasp thedesign ideas of the system. Then introduced respectively constitute the content of each module and the choice of the system. Then introduces the design of hardware circuit and software program design thought. Finally test the function of the system, and record test results.Key wordsPWM；microprocessor；automatic control technology;绪论 (1)（一）本课题研究的背景及意义 (1)（二）本课题拟要解决的问题与预期达到的目标 (1)（三）本课题的行文结构安排 (2)一、系统架构与方案选择 (2)（一）系统架构 (2)（二）方案选择性 (3)二、硬件电路设计 (6)（一）单片机系统电路设计 (6)1.单片机最小系统电路设计 (6)2.液晶显示电路设计 (10)（二）电机驱动电路与光电计数电路设计 (11)（三）按键电路设计 (12)三、软件设计 (14)（一）软件总流程图 (14)（二）LCD1602程序设计 (15)四、系统测试 (17)（一）按键面板定义 (17)（二）系统测试 (17)五、结论 (18)致谢 (19)参考文献 (20)（一）本课题研究的背景及意义电气传动可以简单的分为两大类，第一类是直流电气传动，第二类是交流电气传动。

基于单片机的PWM直流调速系统设计摘要随着时代的进步和科技的发展，电机调速系统在工农业生产、交通运输以及日常生活中起着越来越重要的作用，因此，对电机调速的研究有着积极的意义.长期以来，直流电机被广泛应用于调速系统中，而且一直在调速领域占居主导地位。

基于单片机的直流电机调速系统硬件电路的标准化程度高，制作成本低，且不受器件温度漂移的影响。

其控制软件能够进行逻辑判断和复杂运算。

系统的稳定性好，可靠性高。

直流电动机具有优良的起、制动性能，宜于在广泛范围内平滑调速。

在轧钢机、矿井卷机、挖掘机、金属切削机床、造纸机、高层电梯等领域中得到广泛应用。

本设计是基于单片机控制的PWM直流电机调速系统，系统以AT89C52单片机为核心，以2A、1000r/min小直流电机为控制对象，以L298N为H桥驱动芯片实现速度、电流反馈双闭环。

采用PID控制算法，调节PWM占空比从而控制电机两端电压，以达到调速的目的。

用4*3键盘输入有关控制信号及参数，可以实现电机的启制动、正反转、速度调节。

并在4位LED上实时显示输入参数及动态转速。

关键词：单片机、直流电机、PWM、PIDBased on SCM PWM dc speed control system designAbstractWith the progress of The Times and the development of science and technology, motor speed system in agricultural production, transportation and daily life plays a more and more important role in motor speed, therefore, the research has positive significance. For a long time, have been widely applied in dc motor control system, and has been inhabited areas in speed dominant. Based on SCM dc motor speed control system of high degree of standardization of hardware circuit, low cost, and the temperature drift. Device, The control software to logic and complex operation. The system has good stability and reliability. Dc motor with excellent, braking performance, and in a wide range smooth speed. In the mill, mine machine, excavator, metal cutting machine, paper machine, high-level elevator is widely used in the fields.The design is based on single chip microcomputer control system of dc motor control PWM, by AT89C52 singlechip system, and 1000r/min small double-a dc motor to control, L298N H bridge to drive chip realize speed, double loop current feedback. PID control algorithm, regulate and control PWM occupies emptiescompared to achieve both voltage motor speed. Use 4 * 3 keyboard input signal and the relevant control parameters, can realize the rev brake motor speed regulation, and positive &negative. And in four LED on real-time display input parameters and dynamic speed.Keywords：monolithic integrated circuits, a direct motor，PWM，PID目录基于单片机的PWM直流调速系统设计 (I)摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2课题功能 (1)第二章系统硬件电路的设计 (2)2.1 系统总体设计 (2)2.1.1 系统总体设计框图 (2)2.1.2单片机的选择及其简介 (2)2.1.3 其他芯片简介 (6)2.2 PWM信号发生电路设计 (18)2.2.1 PWM的基本原理 (18)2.2.2 PWM信号发生电路设计 (20)2.2.3 H桥芯片的工作原理 (21)2.3 主电路设计 (24)2.4 转速和电流的测量 (24)2.5 AD转换 (26)2.6显示与键盘电路 (26)第三章系统软件程序的设计 (27)3.1 PID控制算法原理及流程图 (27)3.2 系统部分程序的设计 (29)3.2.1 单片机资源分配 (29)3.2.2 程序流程图 (30)结论 (32)参考文献 (34)附录................................................................................................ 错误!未定义书签。

利用单片机控制直流电机调速系统设计一、本文概述随着现代工业技术的快速发展，直流电机调速系统在众多领域，如自动化生产线、航空航天、电动汽车等中得到了广泛应用。

为了满足日益增长的精确控制和高效节能需求，开发稳定可靠的直流电机调速系统显得至关重要。

单片机作为一种集成度高、功耗低、价格适中的微控制器，被广泛应用于各种控制系统。

因此，研究利用单片机控制直流电机调速系统的设计，不仅具有理论价值，更具有实际应用意义。

本文旨在探讨基于单片机的直流电机调速系统设计的关键技术和实现方法。

文章将介绍直流电机调速系统的基本原理和常见控制方法，为后续设计提供理论基础。

文章将详细阐述单片机选型、硬件电路设计、软件编程等关键环节，并分析其中的技术难点和解决方案。

通过实际案例的分析和实验验证，评估所设计系统的性能，并提出改进和优化建议。

本文的研究内容不仅有助于推动单片机在直流电机调速领域的应用发展，也为相关领域的工程技术人员提供了有益的参考和借鉴。

二、直流电机基础知识直流电机是一种将直流电能转换为机械能的设备，其工作原理基于安培定律和电磁感应。

直流电机主要由定子和转子两部分组成。

定子包括铁心和励磁绕组，它的作用是产生一个恒定的磁场。

转子包括电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等部分，它的作用是在定子产生的磁场中受力而转动。

直流电机的转速可以通过改变电枢电压、改变电枢电流或改变磁场强度来实现。

其中，改变电枢电压是最常用的调速方法。

通过调整电压的大小，可以控制电机的转速，从而实现对直流电机的精确控制。

直流电机还具有启动性能好、调速范围广、控制精度高等优点，因此在许多领域得到了广泛应用。

在单片机控制直流电机调速系统中，我们需要了解直流电机的这些基础知识，以便更好地设计和实现调速控制算法。

还需要考虑电机的额定电压、额定电流、额定功率等参数，以确保电机在正常工作范围内运行。

还需要考虑电机的散热问题，以避免因过热而损坏电机。

因此，在设计和实现单片机控制直流电机调速系统时，我们必须充分了解直流电机的基础知识和相关参数，以确保系统的稳定性和可靠性。

摘要本文首先在对该系统的整体结构、控制方案和各部分功能实现的方法进行了详细分析，并设计出该系统的硬件电路。

其中硬件电路包括主电路和控制电路，在控制电路中以ARM(LPC2148)控制器为核心，通过键盘的给定频率并由LPC2148控制智能模块SA4828产生可调频率的SPWM方波,并通过SPWM控制技术对交流电机实现恒压频比控制，并用数码管对当前频率进行实时显示。

主电路包括整流、滤波和逆变电路。

为了三相交流异步电动机的可靠性，还设计了软启动电路、过欠压、过热、过流保护电路。

使设计的可靠性得到了提高。

在软件设计中，采用通用的模块化设计方式，编写了三相交流异步电动机调速程序，并且使用C语言进行程序，在 ADS(ARM Developer Suite)开发环境下编译、、运行通过。

论文的创新点在于将ARM嵌入式微处理器作为控制核心结构简单、可靠易行。

相对于传统交流调速，该系统采用全数字式控制方式，极提高了系统的实时性能。

关键词:ARM 变频调速智能功率模块恒压频比控制 SPWMAbstractIn this paper，first The whole structure and control scheme of the system, realization methods for all Parts have been analyzed in detail, then, the feasibility of design is demonstrated, and hardware circuit is designed. The system hardware circuit is composed of the power circuit and control circuit ,the control circuit uses LPC2148 as its core，the frequency is given with keyset , the LPC2148 control intelligent module SA4824 ,and can generate a variable SPWM wave, this system use SPWM Technology to realize constant U/f Control of AC motor, and displays frequency at present with LEDThe Power circuit includes rectification，filtering and inverter. In order to improve reliability of three Phase AC asynchronous motor, the paper also designed soft start circuit and other protect circuits such as the undervoltage and overvoltage, the too overheated and the output flow. So that the reliability of the design has been enhanced.Software is designed the process ,the speed-adjusted program of three Phase AC asynchronous motor control system has been Written with C language，compiled, linked and run in ADS(ARM Developer Suite) environment successfully .The innovation of this paper consists in its simplicity and reliability using ARM embedded microprocessor as the kernel .Relative to traditional Variable speed ,this system adopts digital control, and promotes the performance and anti-jammingKeywords ARM， variable frequency variable speed，U/f control method，SPWM目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1电机调速发展现况和趋势 (1)1.2电力电子技术的发展现况和趋势 (2)1.3国外交流调速现状 (3)1.3.1国外现状 (3)1.3.2国现状 (3)1.4本论文的研究容 (4)第2章主电路设计 (6)2.1 主电路原理图 (6)2.2 输入整流滤波电路的设计 (7)2.2.1 EMI滤波电路 (7)2.2.2 输入整流电路 (7)2.2.3 输入滤波电容容量的计算 (8)2.2.4电源指示灯 (10)2.3逆变电路的设计 (10)2.3.1 主功率管IGBT的容量计算 (10)2.3.2续流电路 (11)2.3.3吸收电路 (11)2.3.4制动电阻 (12)第3章控制电路设计 (14)3.1控制原理图 (14)3.2 ARM的最小系统设计 (15)3.2.1微控制器LPC2148 (15)3.2.2时钟和复位系统 (15)3.3显示电路 (18)3.3.1数码管控制芯片 MAX1279 (19)3.4三相SPWM控制器SA4828 (20)3.4.1 寄存器软件设计 (20)3.5按键、指示灯和报警 (23)3.5.1按键 (23)3.5.2指示灯 (23)第4章 IGBT驱动电路设计 (25)4.1驱动电路原理图 (25)4.1.1驱动电路M57962L (25)第5章保护电路设计 (27)5.1 保护电路概述 (27)5.2 输入过欠压保护电路的设计 (27)5.3限流启动电路 (29)5.3.1采样电路 (29)5.3.2限流电路中晶闸管的驱动电路 (30)5.4过电流保护电路 (30)5.5IGBT的过热保护设计 (31)第6章辅助电源设计 (33)第7章变频调速系统的软件设计 (34)结论 (37)致 (38)参考文献 (39)附录1 (41)附录2 (45)附录3 (51)第1章绪论1.1电机调速发展现况和趋势电机调速是电力电子技术应用的最大领域之一，具有极大的吸引力，同时也具有较强的挑战性。

毕业设计（论文）-单片机控制的PWM直流电机调速系统设计毕业设计(论文)单片机控制的PWM直流电机调速系统设计摘要直流电机是人类最早发明和应用的一种电机。

随着时代的发展，数字电子技术已经普及到我们生活、工作、科研各个领域。

并且在各类机电系统中，由于直流电机具有良好的启动、制动和调速性能，直流电机调速系统已广泛应用于工业、航天领域的各个方面，最常用的直流技术是脉宽调制(PWM)直流调速技术，具有调速精度高，响应速度快，调速范围宽和损耗低的特点。

而利用计算机数字控制也成了直流调速的一种手段，数字控制系统硬件电路的标准化程度高，控制软件能够进行复杂运算，可以实现不同于一般线性调节的最优化、自适应、非线性、智能化等控制规律。

本设计主要介绍了使用微控制器AT89S51的直流电机调速系统。

论文主要介绍了直流电机调速系统的意义、基于单片机控制的PWM直流电机调速方法和PWM基本工作原理以及实现方法，通过对占空比的计算达到精确调速的目的。

主电路主要采用四个小键盘控制AT89S51单片机，将数据传输给单片机并产生脉宽调制信号，然后通过电机驱动芯片L298对小型直流电机进行控制。

本设计还附加了由霍尔开关CS3020、AT89S51单片机、74LS47七段数码管译码芯片和四位LED构成转速检测显示电路。

通过按键的调试可以实现控制直流电机启动、停止、方向和速度。

设计的整个系统，采用了大量的集成电路模块，大大简化了硬件电路，提高了系统的可靠性和稳定性。

最后在软件方面，介绍了主程序、键盘扫描子程序、PWM信号发生程序、测速子程序和显示子程序的编写思路以及具体的程序实现。

关键词单片机AT89S51;直流电机;脉宽调制;转速检测I毕业设计(论文)The Design of PWM Controlled DC Motor SpeedControl System Based On Single ChipAbstractThe DC motor is a kind of motors which was the first invented and applied by human. Along with the development of the ages, the numerical electronics technique has been already made widely available to our life, work, research, each realm. In all kinds of mechanical of speed, due to the DC motor has a good start, brake and the performance of speed, DC motor control system has been widely used in industry, space flight, most commonly used DC speed control technology is a pulse width modulation (PWM) DC speed control technology, which has a high precision, fast response time, high speed range and width of the low loss. The use of computer digital control has become a kind of method of DC speed control system, the hardware circuit of a high degree of standardization, control software to carry out complex operation can be realized,different from the general linear optimization and adjustment of the adaptive, nonlinear, intelligent control low.A speed governing system of DC motor by using AT89S51microcontroller is mainly introduced in my design. This paper introducesthe significance of a speed governing system of DC motor, a kind of method of DC motor speed modification, based on PWM theory by the SCM, the basic theory and the way to implement. Through the computation achieves the precise velocity modulation again to the duty factor the goal. The main circuit is adopted four keypads to control AT89S51 mainly, convey data to AT89S51 produce the signal of Pulse Width Modulation and then, control the DC motor through the electrical machinery L298. This design still is added the circuit of rotational speed measuring and showing formed by CS3020 Hall’sswitch, AT89S51, 74LS47, and four LED. Through the adjustment of the button can control effectively the DC motor of the start and stop, direction and speed. The designII毕业设计(论文)of the whole system has been used the massive integrated circuit module, which can be used to simplify the hardware electric circuit greatly, improve the system reliability, stability.Finally in the software, the main routine, keyboard scan subroutine, PWM signal producing subroutine, velocity measurement subroutine and the demonstration subroutine compilation as well as the specific program are introduced.Keywords SCM AT89S51; DC motor; PWM; Measurement of rotating speed III毕业设计(论文)目录第1章绪论 ..................................................................... .........................................................................11.1 课题研究的背景 ..................................................................... ................................................... 1 1.2 课题研究的目的及意义 ..................................................................... ....................................... 1 1.3 国内外电机控制的研究现状及发展 ..................................................................... ................... 2 1.4 PWM变频调速发展前景 ..................................................................... . (4)1.4.1 异步电动机的调速方法 ..................................................................... . (4)1.4.2 同步电动机的调速方法 ..................................................................... . (5)1.4.3 PWM变频调速 ............................................................................................................... 51.5 课题研究内容及目标 ..................................................................... ........................................... 6 1.6 本章小结...................................................................... .. (7)第2章直流电机调速系统设计 ..................................................................... ......................................... 8 2.1 系统总体方案设计 ..................................................................... .. (8)2.1.1 设计思路 ..................................................................... . (8)2.1.2 总体方案比较与选择 ..................................................................... .. (8)2.1.3 电机调速控制模块方案比较与选择 ..................................................................... .. (9)2.2 基本原理分析 ..................................................................... .. (10)2.2.1 直流电机的调速原理 ..................................................................... (10)2.2.2 直流电机PWM调速原理 ..................................................................... . (11)2.2.3 霍尔效应和原理简介 ..................................................................... .............................. 12 2.3 系统各模块方案的比较与选择 ..................................................................... . (13)2.3.1 键盘的选择 ..................................................................... . (13)2.3.2 显示方式的选择 ..................................................................... .. (14)2.3.3 电机驱动芯片的选择 ..................................................................... (15)2.3.4 测速传感器的选择 ..................................................................... .................................. 16 2.4 系统硬件组成 .......................................................................................................................... 17 2.5 本章小结...................................................................... (17)第3章硬件系统设计 ..................................................................... . (18)3.1 AT89S51单片机特性及管脚说明 ..................................................................... ...................... 183.2 直流电源部分 ..................................................................... ..................................................... 20 3.3 PWM波形发生原理 ..................................................................... ........................................... 21 3.4 电机驱动电路 ..................................................................... ..................................................... 21 3.5 键盘部分...................................................................... (24)3.6 LED显示部分 ..................................................................... ..................................................... 24 3.7 测速部分...................................................................... (25)3.8 复位电路和时钟电路 ..................................................................... ......................................... 27 3.9 整体电路设计 ..................................................................... ..................................................... 28 3.10 本章小结 ..................................................................... .. (28)第4章软件系统的论述 ..................................................................... ................................................... 29 4.1 主程序...................................................................... . (29)IV毕业设计(论文)4.2 键盘扫描子程序 ..................................................................... . (29)4.3 PWM信号发生程序 ..................................................................... . (31)4.4 测速子程序 ..................................................................... (32)4.5 显示子程序 ..................................................................... (34)4.6 本章小结...................................................................... (35)结论 ..................................................................... ........................................................................ (36)致谢 ..................................................................... ........................................................................ (37)参考文献 ..................................................................... .. (38)附录A 译文 ..................................................................... (39)一种用于CMOS集成宽量程的电阻式气敏传感器的高精度温度控制系统 (39)附录B 外文原文 ..................................................................... . (57)附录C 硬件电路原理图 ..................................................................... ................................................. 73 附录D PCB版图及PCB预览图 ..................................................................... ................................... 74 附录E 立体电路图 ..................................................................... (75)附录F 程序清单...................................................................... . (76)V毕业设计(论文)第1章绪论1.1 课题研究的背景直流电机是最常见的一种电机，它已经广泛应用于交通、机械、化工、航空等领域中。

电气工程方向综合计基于单片机的交流异步电动机调速系统设计Chip AC asynchronous motor speed controlsystem design学生姓名学院名称专业名称指导教师年月号摘要随着电力电子技术、微机控制技术的发展，由变频器组成的异步电动机变频调速系统正得以广泛应用。

介绍了一种单机控制变频器的闭环交流调速系统，叙述了系统的硬件结构和软件设计方案，探讨了实现ＰＩＤ参数自整方法，实验运行表明，该系统具有较高的响应速度和良好的控制效果。

单片机的应用，使系统具有结构简单，操作方便和运行可靠的特点。

关键词单片机；A/D转换器；D/A转换器；变频器Abstrac KWith the development of power electronic technology, computer control technology, the inverter asynchronous motor variable frequency speed regulating system is widely used. This paper introduces a kind of single inverter closed loop AC speed adjusting system, described the system hardware structure and the software design, discusses the PID parameter self adjusting method, experimental operation, the system has high response speed and good control effect. The application of SCM, the system has the advantages of simple, convenient operation and reliable running characteristicsKeywords MCU(Micro-Control Unit)；A / D converter；D/A converter；Frequency converter目录摘要 (1)1绪论 (4)1.1概述 (4)1.2研究目的及意义 (4)2方案设计 (5)2.1系统总体结构 (5)3硬件设计 (6)3.1单片机最小系统 (6)3.1.1单片机的选取 (6)3.1.2单片机最小系统 (7)3.2A/D转换器设计 (8)3.3D/A转换器设计 (9)3.4变频器调速系统设计 (10)3.5总体电路 (10)4 软件设计 (11)4.1总程序流程图设计 (11)4.2键盘电路程序流程图 (12)设计总结 (21)参考文献 (21)第一章绪论1.1概述随着电力电子技术、微机控制技术的发展，由变频器组成的异步电动机变频调速系统正得以广泛应用。

山东协和学院工学院，山东济南 2501091总体设计方案1.1 研究思路与研究内容以STM32F103C8T6为处理器完成逆变过程的计算与控制及其对脉冲芯片的输出，驱动芯片采用IR2104驱动，逆变部分采用6路MOS管组成的三相全桥逆变电路。

通过STM32中PWM模式调用定时器使其按照正弦规律变化改变占空比输出SPWM波形，通过驱动三路IR2104驱动芯片去驱动6路MOS管组成的三相全桥逆变电路，再通过三路LC低通滤波器将开关高频信号滤除，输出低频信号，可以通过改变输出的正弦波频率完成对电机的预期速度的控制，使得电机转速以期望值输出。

1.2. 变频调速方法与改变极对数进行调速的方法相比较，另一种方法为去改变电机输入的电源频率对电机进行调速。

此种方法的原理为：改变输入频率f，当频率f越高时候电机转速越快，通常有两种变频的方式分别为：交直交变频和交交变频两种方式。

这种调速方法与之前的改变极对数进行调速的方法相比较具有可行性高的优点，因为输入电源的频率可以通过逆变器进行调节，调节之后达到人们所预设的效果之后，再作为输入将其输入进电机，可以控制电机输入的电源频率，从而完成输入电源频率的可控。

通过控制其频率的输入电机的转速同时可以被控制，而与其相比改变电机的极对数就显得相当的困难，由于电机在出厂时候极对数已经确认难以去人工改变，所以这种方法显示较为刻板，不如去改变电源频率更为方便快捷，因此在未来的电机调速发展趋势上是还以效率更高、更易操作的变频调速为主流。

本设计采用变频调速，所有的机械调速都是都是基于电机操作实现的。

从总体上看，电机分为交流、直流两种电机。

因为直流电机调速容易实现，可靠性高，故之前电机调速主流为直流电机进行调速。

但直流电机与其对应的也有其特有的缺点：因为使用的直流电源供电，其滑环和碳刷易损坏需要定期更换新器件，故在实际应用中带来不少麻烦，而且定期更换元器件所带来的成本比较高，因此进一步改进电机调速是人们所追求的。

用单片机控制的电机交流调速系统设计文摘单片机控制的变频调速系统设计思想是用转差频率进行控制。

通过改变程序来达到控制转速的目的。

由于设计中电动机功率不大，所以整流器采用不可控电路，电容器滤波；逆变器采用电力晶体管三相逆变器。

系统的总体结构主要由主回路，驱动电路，光电隔离电路，HEF4752大规模集成电路，保护电路，Intel系列单片机，Intel8253定时/记数器，Intel8255可编程接口芯片，Intel8279通用键盘/显示器，I/O接口芯片，CD4527比例分频器和测速发电机等组成。

回路中有了检测保护电路就可以使整个系统运行的可靠性有了保障。

关键词MCS-51单片机；HEF4752；8253定时器；晶闸管；整流器；三相异步电动机电气传动从总体上分为调速和不调速两大类。

按照电动机的类型不同，电气传动又分为直流和交流两大类，直流电动机在19世纪先后诞生，但当时的电气传动系统是不调速系统，随着社会化大生产的不断发展，生产技术越来越复杂，对生产工艺的要求也越来越高，这就要求生产机械能够在工作速度，快速启动和制动，正反转等方面具有较好的运行性能。

从而推动了电动机的调速不断向前发展，自从1834年直流电动机出现以后，直流电动机作为调速电动机的代表，在工业中得到了广泛的应用。

它的优点主要在于调速范围广，静差小，稳定性能好以及具有良好的动态性能，晶闸管变流装置的应用使直流拖动发展到了一个很高的水平，在可逆，可调速与高精度的拖动技术领域中相当长时间内几乎都采用直流拖动系统。

尽管如此，直流调速系统却解决不了直流电动机本身的换向问题和在恶劣环境下的不适应问题，同时，制造大容量，高转速以及高电压直流电动机也十分困难，这就限制了直流传动系统的进一步发展。

交流电动机在1885年出现后，由于一直没有理想的调速方案，只被应用于恒速拖动系统，从本世纪30年代起，不少国家才开始提出各种交流调速的原始方案，晶闸管的出现使交流电动调速的发展出现了一个质的飞跃，使得半导体变流技术的交流调速得以实现，国际上在60 年代后期解决了交流电动机调速方案中的关键问题，70年代开始就实现了产品的高压，大容量，小型化，且已经逐渐取代了大部分传统的直流电动机的应用领域。

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

毕业论文--基于单片机控制直流电机调速系统毕业设计毕业论文--基于单片机控制直流电机调速系统毕业设计摘要近年来由于微型机的快速发展国外交直流系统数字化已经达到实用阶段由于以微处理器为核心的数字控制系统硬件电路的标准化程度高制作成本低且不受器件温度漂移的影响其控制软件能够进行逻辑判断和复杂运算可以实现不同于一般线性调节的最优化自适应非线性智能化等控制规律所以微机数字控制系统在各个方面的性能都远远优于模拟控制系统且应用越来越广泛本文介绍的是用一台26KW的直流电动机8051单片机构成的数字化直流调速系统特点是用单片机取代模拟触发器电流调节器速度调节器及逻辑切换等硬件设备最后进行软件编程调试以及计算机仿真实时控制结果表明本数字化直流调速系统实现了电流和转速双闭环的恒速调节并具有结构简单控制精度高成本低易推广等特点而且各项性能指标优于模拟直流调速系统从而能够实际的应用到生产生活中满足现代化生产的需要关键词单片机双闭环直流调速系统数字方式目录第1章绪论1第二章方案论证3第三章直流调速控制系统5 31单片机部分的组成5 com路7com路8com8com断源9com计数器11 32 单片机的扩展12com储器的扩展13com储器的扩展14com9可编程键盘显示器16 com与数字量的转换24com保持28第四章PID的控制算法32 41PID控制规律及其基本作用32 42控制算法的实现33 第五章直流调速系统的主电路设计3651直流电动机的调速方法36 52整流电路3753触发电路38第六章软件设计4272 系统仿真结果的输出及结果分析 49第七章系统的抗干扰技术46 第八章直流调速系统的保护49 总结51辞谢53参考文献第2章系统方案选择和总体结构设计21调速方案的选择com制对象的确定本次设计选用的电动机型号Z2-32型额定功率11KW额定电压230V额定电流658A额定转速1000rmin 励磁电压220V运转方式连续com供电方案的选择变压器调速是直流调速系统用的主要方法调节电枢供电电压所需的可控制电源通常有3种旋转电流机组静止可控整流器直流斩波器和脉宽调制变换器旋转变流机组简称G-M系统适用于调速要求不高要求可逆运行的系统但其设备多体积大费用高效率低维护不便静止可控整流器又称V-M系统通过调节触发装置GT的控制电压来移动触发脉冲的相位即可改变Ud从而实现平滑调速且控制作用快速性能好提高系统动态性能直流斩波器和脉宽调制交换器采用PWM受器件各量限制适用于中小功率的系统根据本此设计的技术要求和特点选V-M系统在V-M系统中调节器给定电压即可移动触发装置GT输出脉冲的相位从而方便的改变整流器的输出瞬时电压Ud由于要求直流电压脉动较小故采用三相整流电路考虑使电路简单经济且满足性能要求选择晶闸管三相全控桥交流器供电方案因三相桥式全控整流电压的脉动频率比三相半波高因而所需的平波电抗器的电感量可相应减少约一半这是三相桥式整流电路的一大优点并且晶闸管可控整流装置无噪声无磨损响应快体积小重量轻投资省而且工作可靠能耗小效率高同时由于电机的容量较大又要求电流的脉动小综上选晶闸管三相全控桥整流电路供电方案22总体结构设计com构选择若采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统虽然可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差不过当对系统的动态性能要求较高例如要求快速起制动突加负载动态速降小等等单闭环系统难以满足要求因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩在单闭环调速系统中只有电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的但它只是在超过临界电流值以后靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击并不能很理想地控制电流的动态波形当电流从最大值降低下来以后电机转矩也随之减少因而加速过程必然拖长若采用双闭环调速系统则可以近似在电机最大电流转矩受限的条件下充分利用电机的允许过载能力使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动到达稳态转速后又可以让电流迅速降低下来使转矩马上与负载相平衡从而转入稳态运行此时起动电流近似呈方形波而转速近似是线性增长的这是在最大电流转矩受到限制的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程采用转速电流双闭环调速系统在系统中设置了两个调节器分别调节转速和电流二者之间实行串级联接这样就可以实现在起动过程中只有电流负反馈而它和转速负反馈不同时加到一个调节器的输入端到达稳态转速后只靠转速负反馈不靠电流负反馈发挥主要的作用这样就能够获得良好的静动态性能与带电流截止负反馈的单闭环系统相比双闭环调速系统的静特性在负载电流小于Idm时表现为转速无静差这时转速负反馈起主调作用系统表现为电流无静差得到过电流的自动保护显然静特性优于单闭环系统在动态性能方面双闭环系统在起动和升速过程中表现出很快的动态跟随性在动态抗扰性能上表现在具有较强的抗负载扰动抗电网电压扰动综上所述本系统用一台单片机及外部扩展设备代替原模拟系统中速度调节器电流调节器触发器逻辑切换单元电压记忆环节锁零单元和电流自适应调节器等从而使直流调速系统实现全数字化其硬件结构如图2-1所示图2-1 单片机控制的直流调速系统结构图com工作原理在此单片机控制的直流调速系统中速度给定速度反馈和电流反馈信号是通过模拟光电隔离器AD转换器送入计算机计算机按照已定的控制算法计算产生双脉冲经并行口数字光电隔离器功率放大器送到晶闸管的控制级以控制晶闸管输出整流电压的大小平稳的调节电动机的速度晶闸管正反组切换由数字逻辑切换单元来完成第3章主电路设计与参数计算电动机的额定电压为230V为保证供电质量应采用三相减压变压器将电源电压降低为避免三次谐波电动势的不良影响三次谐波电流对电源的干扰主变压器采用DY联结31整流变压器的设计com二次侧电压U2的计算U2是一个重要的参数选择过低就会无法保证输出额定电压选择过大又会造成延迟角α加大功率因数变坏整流元件的耐压升高增加了装置的成本一般可按下式计算即式中Ud --整流电路输出电压最大值nUT --主电路电流回路n个晶闸管正向压降C -- 线路接线方式系数Usk --变压器的短路比对10,100KVAUsk 005,01I2I2N--变压器二次实际工作电流与额定之比应取最大值在要求不高场合或近似估算时可用下式计算即式中A--理想情况下α 0?时整流电压Ud0与二次电压U2之比即A Ud0U2B--延迟角为α时输出电压Ud与Ud0之比即B UdUd0ε电网波动系数112考虑各种因数的安全系数根据设计要求采用公式由表查得 A 234取ε 09α角考虑10?裕量则 B cosα 0985取U2 120V电压比K U1U2 380120 317 com 一次二次相电流I1I2的计算由表查得 KI1 0816 KI2 0816 考虑变压器励磁电流得com容量的计算S1 m1U1I1S2 m2U2I2S 12 S1S2式中m1m2 --一次侧与二次侧绕组的相数由表查得m1 3m2 3S1 m1U1I1 3?380?169 19266 KVAS2 m2U2I2 3?120?537 19332 KVAS 12 S1S2 121926619332 19299 KVA32晶闸管元件的选择com的额定电压晶闸管实际承受的最大峰值电压UTm乘以2,3倍的安全裕量参照标准电压等级即可确定晶闸管的额定电压UTN即UTN 2,3UTm 整流电路形式为三相全控桥查表得则取com的额定电流选择晶闸管额定电流的原则是必须使管子允许通过的额定电流有效值大于实际流过管子电流最大有效值即157 或 K考虑15,2倍的裕量15,2K式中K 157--电流计算系数此外还需注意以下几点?当周围环境温度超过40?时应降低元件的额定电流值?当元件的冷却条件低于标准要求时也应降低元件的额定电流值?关键重大设备电流裕量可适当选大些由表查得 K 0368考虑152倍的裕量取故选晶闸管的型号为33直流调速系统的保护晶闸管有换相方便无噪音的优点设计晶闸管电路除了正确的选择晶闸管的额定电压额定电流等参数外还必须采取必要的过电压过电流保护措施正确的保护是晶闸管装置能否可靠地正常运行的关键com保护以过电压保护的部位来分有交流侧过压保护直流侧过电压保护和器件两端的过电压保护三种1交流侧过电压保护错误未找到引用源错误未指定书签阻容保护即在变压器二次侧并联电阻R和电容C进行保护对于三相电路,和,的值可按下表换算变压器接法单相三相二次,联结三相二次,联结阻容装置接法与变压器二次侧并联 Y联结 D联结 Y联结 D联结电容 ,, 13C 3C C 电阻 , , 3R 13R R 本系统采用D-Y连接S 19299KVA U2 120VIem取值当 S 110KVA时对应的Iem 41所以Iem取3C??6IemSU22 ?6?3?34?1031202 1417μF耐压?15Um 15?120? 2546V选取20μF的铝电解电容器选取 S 110KVA 15所以 3R??23 U22S ?23?120219299?103 937ΩIC 2πfCUC?10-6 2π?50?40?10-6?120?10-6 15?10-6APR? 3-4 IC2R 3-4 ?15?10-62?937 633-843?10-13W选取电阻为ZB1-10的电阻错误未找到引用源压敏电阻的计算U1MA 13U 13??120 2206V流通量取5KVA选MY31-2205型压敏电阻允许偏差10,242V2直流侧过电压保护直流侧保护可采用与交流侧保护相同保护相同的方法可采用阻容保护和压敏电阻保护但采用阻容保护易影响系统的快速性并且会造成加大因此一般不采用阻容保护而只用压敏电阻作过电压保护U1MA 18-22UDC 18-22 ?230 414-460V选MY31-4405型压敏电阻允许偏差10,484V的11,115倍得 C 01μFR 100Ω选R为02μF的CZJD-2型金属化纸介质电容器PR fCUm2?10-6 50?02?10-6? ?120 2?10-6 045?10-6W选R为20Ω普通金属膜电阻器RJ-05com 电流保护快速熔断器的断流时间短保护性能较好是目前应用最普遍的保护措施快速熔断器可以安装在直流侧交流侧和直接与晶闸管串联交流侧快速熔断器的选择I2 537A选取RLS-10快速熔断器熔体额定电流6A晶闸管串连的快速熔断器的选择I I2 537AIT 311A选取RLS-10快速熔断器熔体额定电流4A3电压和电流上升率的限制电压上升率正相电压上升率较大时会使晶闸管误导通因此作用于晶闸管的正相电压上升率应有一定的限制造成电压上升率过大的原因一般有两点由电网侵入的过电压由于晶闸管换相时相当于线电压短路换相结束后线电压有升高每一次换相都可能造成过大限制过大可在电源输入端串联电感和在晶闸管每个桥臂上串联电感利用电感的滤波特性使降低电流上升率导通时电流上升率太大则可能引起门极附近过热造成晶闸管损坏因此对晶闸管的电流上升率必须有所限制产生过大的原因一般有晶闸管导通时与晶闸管并联的阻容保护中的电容突然向晶闸管放电交流电源通过晶闸管向直流侧保护电容充电直流侧负载突然短路等等限制除在阻容保护中选择合适的电阻外也可采用与限制相同的措施即在每个桥臂上串联一个电感限制和的电感可采用空心电抗器要求L?20,30μH也可采用铁心电抗器L值可偏大些在容量较小系统中也可把接晶闸管的导线绕上一定圈数或在导线上套上一个或几个磁环来代替桥臂电抗器所以为了防止和每个桥臂上串联一个30μH的电感com抗器的计算为了使直流负载得到平滑的直流电流通常在整流输出电路中串入带有气隙的铁心电抗器称平波电抗器其主要参数有流过电抗器的电流一般是已知的因此电抗器参数计算主要是电感量的计算1算出电流连续的临界电感量可用下式计算单位mH式中 ,与整流电路形式有关的系数可由表查得,最小负载电流常取电动机额定电流的5,,10,计算根据本电路形式查得 0695所以 738mH2限制输出电流脉动的电感量由于晶闸管整流装置的输出电压是脉动的因此输出电流波形也是脉动的该脉动电流可以看成一个恒定直流分量和一个交流分量组成通常负载需要的只是直流分量对电动机负载来说过大的交流分量会使电动机换向恶化和铁耗增加引起过热因此应在直流侧串入平波电抗器用来限制输出电流的脉动量平波电抗器的临界电感量单位为m,可用下式计算式中 ,系数与整流电路形式有关,电流最大允许脉动系数通常单相电路?20,三相电路?5,10, 根据本电路形式查得 1045所以 1109mH3电动机电感量和变压器漏电感量电动机电感量单位为mH可按下式计算式中 n,直流电动机电压电流和转速常用额定值代入 p,电动机的磁极对数,计算系数一般无补偿电动机取8,12快速无补偿电动机取6,8有补偿电动机取5,6本设计中取 8 230V 658An 1000rminp 156mH变压器漏电感量单位为mH可按下式计算式中 ,计算系数查表可得,变压器的短路比一般取5,10本设计中取 39 6所以 0248mH4实际串入电抗器的电感量考虑输出电流连续时的实际电感量,在三相桥式电路中取,其余电路可取,738,562?0248 1324mH考虑限制电流脉动时的实际电感量本电路 1109,562?0248 5034 mH如上述条件均需满足时应取和中较大者作为串入平波电抗器的电感值所以本电路选取 6 mH作为平波电抗器的电感值可逆系统中限制环流电抗器又称均衡电抗器电感量单位为mH的计算公式为式中,计算系数一般取, 0695,要求的环流值通常取,3,,10,为直流电动机电枢电流1476 mH实际所需的均衡电感量为如果均衡电流经过变压器两相绕组计算时应代入21476,0248?2 1403 mH一般说来均衡电抗器和平波电抗器分设的方案比较经济故采用较为普遍 34励磁电路元件的选择整流二极管耐压与主电路晶闸管相同故取700V额定电流可查得K 0367 ID AV 152 K Ii 152 036712A 066--088A可选用ZP型3A700V的二极管RPL 为与电动机配套的磁场变阻器用来调节励磁电流为实现弱磁保护在磁场回路中串入了欠电流继电器KA 动作电流通过RPI 调整根据额定励磁电流Iex 12A可选用吸引线圈电流为25A的JL14-11ZQ直流欠电流继电器35主电路及保护电路原理图图3-1 主电路及保护电路原理图第4章控制电路与单片机系统设计41 晶闸管触发控制电路设计com 晶闸管触发方法晶闸管三相全控桥式整流电路简图如图4-1所示图4-1 三相全控桥式整流电路图4-2 三相电压曲线三相全控桥式整流电路共有六个晶闸管它们分为共阴极和共阳极两组在触发时采用双脉冲触发方式每次两组各有一个晶闸管导通六个晶闸管的导通顺序为SCR1SCR2SCR3SCR4SCR5SCR6如图4-2所示相电压曲线的交点t1,t6就是晶闸管SCR1,SCR6的控制角起点取线电压Uac从负半波的过零点Gt1图4-3 晶闸管触发时刻α 00 及触发顺序单片机在触发晶闸管时根据电流控制器的输出控制值uk以同步基准点位参考点算出晶闸管控制角α的大小再通过定时器按控制角的大小以及触发顺序准确地向各个晶闸管发出触发脉冲在控制触发时有两种触发方法绝对触发方法和相对触发方法所谓绝对触发方法就是指触发脉冲形成的时刻都直接取决于基准时刻点对三相全控桥式整流电路在交流电的一个周期内需要6个或者3个基准点相对触发方式是以前一触发脉冲为基准来确定后一触发脉冲时刻它用加长或缩短相邻两次触发脉冲之间的间距来改变控制角在稳态时这个间距等于600控制角α改变时该间距应相应改变但由于电网频率的波动以及计算机定时器的误差会使控制角偏离要求值因此在相对触发方式时应在一个周期内用同步脉冲信号进行一次校正以避免误差的积累对于单相电路均使用绝对触发方式在三相全控桥式整流电路中一般则常使用相对触发方式综上本次设计使用相对触发的触发控制方法com 控制算法设相邻控硅之间触发脉冲间距角为Δ在稳定情况下Δ 600当α由αk-1变为αk时应有Δ αk-αk-1600在控制时一般均使用单片机的定时器来完成触发脉冲输出这样须把角度转换成时间值交流电的一个周期对频率为50Hz为20ms中断这时MCU可读入转换结果图4-4 电流测量框图如图4-4所示交流电流通过电流互感器变成0,5V电压信号经整流和滤波后加到ADC0808的IN0上速度给定采用电位器输入它加到IN1上在调整速度给定值时可按下速度给定显示键这时四位LED上将显示对应于电位器输入的速度给定值可调整电位器至显示值为所需的给定值对于需要较高精度的调速控制系统可采用10位或者更高分辨率的AD转换芯片但这时一方面成本将较高另一方面计算将大大复杂因为必须采用16位计算所以在选型时应该多方面考虑com 速度测量速度检测有模拟和数字两种检测方法模拟测速一般采用测速发电机其输出电压不仅表示了转速的大小还包含了转速的方向在调速系统中转速的方向也是不可缺少的不过模拟测速方法的精度不够高在低速时更为严重对于要求精度高调速范围大的系统往往需要采用旋转编码器测速即数字测速光电式旋转编码器是转速或转角的检测元件旋转编码器与电动机相连当电动机转动时带动码盘旋转便发出转速或转角信号旋转编码器可分为绝对式和增量式两种绝对式编码器在码盘上分层刻上表示角度的二进制数码或循环码通过接受器将该数码送入计算机绝对式编码器常用于检测转角若需得到转速信号必须对转角进行微分处理增量式编码器在码盘上均匀地刻制一定数量的光栅如图4-5所示当电动机旋转时码盘随之一起转动通过光栅的作用持续不断地开发或封闭光通路因此在接收装置的输出端便得到频率与转速成正比的方波脉冲序列从而可以计算转速图4-5 增量式旋转编码器示意图上述脉冲序列正确地反映了转速的高低但不能鉴别转向为了获得转速的方向可增加一对发光与接收装置使两对发光与接收装置错开光栅节距的14则两组脉冲序列A和B的相位相差900如图4-6所示正转时A相超前B相反转时B相超前A相采用简单的鉴相电路就可以分辨出方向图4-6 区分旋转方向的AB两组脉冲序列若码盘的光栅数为N则转速分辨率为1N常用得旋转编码器光栅数有102420484096等采用倍率电路可以有效地提高转速分辨率而不增加旋转编码器的光栅数一般多采用四倍频电路采用旋转编码器的数字测速方法有三种M法T法和MT法1M法测速在一定的时间Tc内测取旋转编码器输出的脉冲个数M1用以计算这段时间内的平均转速称作M法测速把M1除以Tc就得到了旋转编码器输出脉冲的频率f1 M1Tc所以又称频率法电动机每转一圈共产生Z个脉冲Z 倍频系数?编码光栅数把f1除以Z就得到电动机的转速在习惯上时间Tc以秒为单位而转速是以每分钟的转数rmin为单位则电动机的转速为在上式中Z和Tc均为常值因此转速n正比于脉冲个数M1高速时M1大量化误差较小随着转速的降低误差增大转速过低时M1将小于1测速装置便不能正常工作所以M法测速只适用于高速段2T法测速在编码器两个相邻输出脉冲的间隔时间内用一个计数器对已知频率为f0的高频时钟脉冲进行计数并由此来计算转速称为T法测速在这里测速时间缘于编码器输出脉冲的周期所以又称周期法在T法测速中准确的测速时间Tt是用所得的高频时钟脉冲个数M2计算出来的即Tt M2f0则电动机转速为高速时M2小量化误差大随着转速的降低误差减小所以T法测速适用于低速段3MT法测速把M法和T法结合起来既检测Tc时间内旋转编码器输出的脉冲个数M1有检测同一时间间隔的高频时钟脉冲个数M2用来计算转速称作MT法测速设高频时钟脉冲的频率为f0则准确的测速时间Tt M2f0而电动机转速为采用MT法测速时应保证高频时钟脉冲计数器与旋转编码器输出脉冲计数器同时开启与关闭以减少误差只有等到编码器输出脉冲前沿到达时两个计数器才同时允许开始或者停止计数由于MT法的计数值M1和M2都随着转速的变化而变化高速时相当于M法测速最低速时M1 1自动进入T法测速因此MT法测速能适应的转速范围明显大于前两种是目前广泛应用的一种测速方法综上所述本系统的速度测量采用数字MT法测速其中利用T1作为定时器计时Tc 时间产生中断旋转编码器输出的脉冲个数M1由P16口检测同一时间间隔的高频时钟脉冲个数M2由P17口检测最后由转速中断程序完成转速的测量等等com 晶闸管控制晶闸管触发采用80C31的定时器T0实现每次把T?的补码写入T0中在T0溢出时转到T0中断处理程序按脉冲分配表从P1口P10,P15输出晶闸管触发脉冲然后延时50μs置位P10,P15从而输出宽度为50μs的触发脉冲该触发脉冲经CD4049提高驱动电流CD4049是一个驱动功能的反相器再经过TIL117光隔离从LM386低频功率放大器得到最后的输出脉冲这样可以提高输出脉冲上升沿陡度最后此脉冲去触发对应的晶闸管这里由于80C31的P1口在复位后初态为1故采用0为有效输出位以保证初态时晶闸管处于截止状态同步校正由80C31的定时器T0和外部中断实现此同步电路是由LM339构成的过零比较器电路和一个光电耦合器及一个反相器组成的交流电源线电压Vac经变压器变压稳压管削波后输入比较器LM339比较器输出再经过光电隔离及反相后产生一个与Vac同相位的方波信号输出的方波信号加到上它置为调变触发方式第5章调节器的设计51 对象的数学模型单片机控制直流调速系统结构如图5-1所示图5-1 单片机控制直流调速系统结构其中UGn为速度给定UGi为电流给定UFn为速度反馈UGi为电流反馈Uk为触发器输入信号E为电动机反电势UDO为晶闸管整流电压ID为主回路电流原始数据直流电动机D的铭牌数据型号Z2-32型额定功率11KW额定电压220V额定电流658A额定转速1000rmin 励磁电压220V运转方式连续参数实测数据为电动机电枢电阻RD 492Ω电动机电枢电感 LD 0048H 电抗器电阻RP 188Ω电抗器电感 LP 00313H 整流变压器直流电阻RT 018Ω整流变压器电感 LT 0017H 单片机控制直流调速系统被控对象是直流电动机由图5-1可知UDO - E IDRεLεdID?dt Rε IDTDdID?dt 5-1 对式5-1取拉式变换得ID s 1RεUDO s – E s TDs1 5-2其中Rε RD2 RT RP Rr RR为晶闸管重叠角等效电阻RεLεTD的数值依次为Rε 492Ω2?018Ω188Ω16Ω876Ω。