基于单片机的电机交流调速系统的设计

1课程设计报告课程名称：《运动控制技术》课设基于TMS320F28027单片机的交流变频空调设计院系：专业班级：学生姓名：学号：指导教师：设计时间：二○年月日目录摘要 (3)1. 课程设计目的 (4)2. 课程设计题目和要求 (4)3. 设计内容 (5)3.1设计方案 (5)3.2主电路 (6)4. 控制电路 (8)4.1TMS320F28027简介 (8)4.2温度检测及信号调理模块 (9)4.3电压检测电路 (10)4.4按键控制模块 (11)4.5温度显示模块 (11)5. 软件实现流程 (12)6. 设计总结 (13)参考书目 (14)附录 (15)摘要在本文中，系统地介绍了空调制冷的原理、硬件的结构、工作原理及其使用和各部分逻辑功能电路的设计。

文中，还解决了单片机系统的抗干扰问题。

采用了稳压电源的抗干扰、键盘输入接口的消抖处理。

本文设计的空调制冷系统，它是一个完整的单片机系统。

系统采用TEXASINSTRUMENTS公司生产的TMSF28027单片机,通过桥式温度采集电路配合信号调理电路将采集来的温度转换成相应的电压送入单片机，单片机将采集的数据与设定温度相比较并控制PWM信号去控制ps21965芯片，从而达到变频调压（VVVF）的效果，空调的心脏是压缩机，单片机通过对制冷压缩机的控制，实现了空调的温度控制。

关键词：单片机变频空调SPWM 交直交变频调压电路（VVVF）1.课程设计目的变频调速技术广泛应用于工业领域。

随着电力电子控制技术及元器件的不断发展，变频调速系统的集成度、智能化程度越来越高，硬件构成也越来越紧凑、简单。

DSP(数字信号处理器)＋IPM（智能功率模块）就是变频调速系统最新的发展方向之一。

在DSP+IPM构成的变频调速系统中，充分利用了DSP高速运算、配置丰富及IPM控制信号接口简单、保护完善的特点，使得系统元器件数大为减少、结构紧凑，而性能及可靠性却大为提高，缩短了产品开发周期，提高了产品的竞争力。

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。

计算机控制技术课程设计基于单片机交流变频调速系统设计1. 系统的硬件设计1.1 系统工作原理交流变频调速系统原理框图如图1所示，从结构上主要分为控制部分和执行部分。

单片机、时钟电路、通讯阿接口、键盘与显示电路、光电耦合、IPM 逆变器、整流模块、转速检测和故障检测、报警电路等组成。

执行部分为三相异步交流电动机。

图1 基于8051的变频调速系统原理方框图系统的工作原理为：电机的转速由转速传感器转换成矩形脉冲信号，经光电隔离后进入单片机计数器，由计数器值获得电机的实际转速，与设定转速比较，经Fuzzy-PID 控制器调节后，单片机产生的PWM 波经6N137线性光耦进行电气隔离后作用于逆变模块IPM（intelligent power module），实现电机的闭环变频调速。

霍尔电流、电压传感器将检测到的逆变模块的三相输出电流、电压信号，经采样保持后进入单片机，完成A/D 转换后，由CPU 进行处理。

逆变模块工作时所需要的直流电压信号由整流电路对电源进行全桥整流得到。

基于8051的变频调速系统的总体设计方案方框图如图1所示。

主要由主电路（整流电路、逆变和逆变驱动电路、检测电路、滤波电路）、光电隔离电路、过压保护电路、8051控制电路和人机接口电路组成。

1.2 主电路的设计主电路为单相全桥逆变电路，主开关管采用IGBT，输出100V，50-400Hz 频率可调的交流电压。

由单片机输出两路互补（有一定死区时间）单极性SPWM 波来控制该逆变电源。

对输出SPWM 波的最小脉冲问题进行了处理，采用汇编语言对中断服务子程序进行编程，使得SPWM 波形中最小脉冲的宽度达到了3μs，这个宽度（时间）基本达到实验中所用IGBT 的最小开关周期。

该系统主电路如图2所示，以8051为控制核心，采用交-直-交电压源变频器结构。

图4.5电压型交-直-交变频主电图2 电压型交-直-交变频主电路1.3逆变驱动电路的设计一个理想的IGBT 驱动器应具有以下基本性能：(1)动态驱动能力强，能为IGBT 栅极提供具有陡峭前后沿的驱动脉冲。

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。

交流调速系统设计报告1. 引言交流调速系统是一种应用广泛的电力传动系统，可以实现电动机的无级调速和自动控制。

本文将对交流调速系统的设计进行详细的说明和分析，包括系统的组成、工作原理、设计步骤及成果展示。

2. 系统组成交流调速系统主要由电动机、变频器、传感器、控制器和用户界面组成。

其中，电动机是系统的执行机构，变频器是控制电机转速的核心设备，传感器用于获取电机运行状态的反馈信号，控制器用于对变频器进行指令控制，用户界面则是系统的操作界面，用于用户的交互操作。

3. 工作原理交流调速系统的工作原理基于变频器的调速技术。

其核心思想是通过控制变频器的输出电压和频率，来控制电动机的转速。

具体而言，系统通过传感器获取电动机转速和负载变化的反馈信号，并将信号传递给控制器。

控制器根据反馈信号及用户的设定值，计算出控制信号并发送给变频器。

变频器根据接收到的控制信号，改变输出电压和频率，从而实现对电动机转速的精确控制。

4. 设计步骤设计交流调速系统的步骤如下：4.1 确定系统需求根据用户的实际需求，确定系统的调速范围、精度要求、工作环境等参数。

4.2 选择电动机和传感器根据系统需求，选择合适的电动机和传感器。

电动机的功率和转速范围应满足系统的输出要求，传感器应能够准确获取电动机的转速和负载变化。

4.3 选择变频器和控制器根据电动机和传感器的特性，选择合适的变频器和控制器。

变频器的额定功率和频率范围应满足系统的要求，控制器应具备良好的信号处理和计算能力。

4.4 连接和调试系统将电动机、传感器、变频器和控制器按系统设计连接，并进行调试和测试。

确保系统能够正常工作并达到预期的调速效果。

4.5 用户界面设计根据用户需求，设计用户界面，实现用户与系统之间的交互操作。

用户界面应友好易懂，功能完善。

5. 成果展示经过上述设计步骤，我们成功实现了一套交流调速系统。

系统具备以下特点：- 调速范围广，可满足不同工况的调速需求；- 调速精度高，可实现电动机的无级调速；- 响应速度快，能够在瞬间完成转速调整；- 操作界面友好，操作简便，用户体验良好。

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。

基于plc的电机变频调速系统设计1 绪论1.1本课题研究目的和意义PLC具有结构简单、编程方便、性能优越、灵活通用、使用方便、可靠性高、抗干扰能力强、寿命长等到一系列优点[2]。

可编程控制器(PLC)的核心微处理器，通过将计算机技术与传统的继电器控制系统有机结合起来，能够实现高度灵活、高可靠性的工业控制。

为了进一步提高设备的自动化程度，越来越多的企业将PLC 技术应用于其工厂设备中。

将原有电机控制系统的技术进行改造，引入电机控制系统的数据自动采集、监控以及变频、组态技术完善并改进电机变频调速机构。

该系统能对电机转速实现精确控制，实用性强，具有一定的推广价值随着电力电子技术以及控制技术的发展，交流变频调速在工业电机拖动领域得到了广泛应用[5]。

交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。

电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。

变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式[3]。

本文对如何利用变频器连接PLC和控制对象，利用软件操作来控制电机的转速，达到远程自动控制进行了讨论[4]。

在工业生产中，电机交流变频调速技术以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，被公认为最有发展前途的调速方式。

PLC控制技术在自动控制系统中被普遍采用。

本文构建了一个变频嚣连接PLC和控制对象，利用软件操作来控制电机转速．以达到远程自动控制的系统[8]。

1.2 交流变频调速技术的研究情况及其发展在21世纪电力电子器件的快速发展，使交流变频调速技术优越的性能得到迅速发展，同时控制理论进步，变频调速以其调速精度高、调速控制范围广、回路保护功能完善，响应速度快、节能显著等优点，现在以广泛的用于电力、制造、运输等国民经济领域[6]。

变频调速技术现在被公认为是最理想、最有发展前景的调速方式之一，采用变频器构成变频调速传动系统的主要目的是为了满足提高劳动生产率、改善产品质量、提高设备自动化程度、提高生活质量及改善生活环境等要求以及节约能源、降低生产成本。

基于STC12C5A60S2单片机及PC机的交流电机闭环调速系统全文版李振东（东南大学成贤学院，南京 210032）摘要：为实现自动化专业单片机与电机控制综合教学的目的，采用宏晶STC12C5A60S2 1T 高速单片机和PC机设计了三相异步电动机闭环变频调速系统。

系统分为下位单片机和上位PC机两部分：下位机以STC12C5A60S2为核心，采用片上A/D实现转速给定和反馈；采用D/A芯片输出模拟电压控制西门子工业变频器实现调速；发挥STC12C5A60S2的高速特点，在单片机中实现了分离积分的浮点PID闭环控制算法；并用通信方式将电动机转速实时向上位PC机发送；PC机采用VisualBASIC配合MSComm控件编程，实现转速的实时采集与曲线显示。

关键词：1T单片机，STC12C5A60S2，TLC5615；开环，闭环，PID，分离积分浮点PID；交流电动机，变频调速系统，西门子G110工业变频器；VisualBASIC，MSComm。

AC Motor Closed-loop Speed Regulation System Based on STC12C5A60S2 MCU and PCLi Zhendong(Chengxian College of Southeast University，Nanjing，210032，China)Abstract：For the purpose of MCU and motor control comprehensive teaching for automation speciality，designed a three-phase asynchronous motor closed-loop variable frequency speed regulation system with STC12C5A60S2 1T high-speed MCU and PC．The System is divided into two parts of MCU and PC：lower computer takes STC12C5A60S2 as a core，uses on-chip A/D to realize speed set and feedback，exports analog voltage by D/A chip，controls SIEMENS industrial converter to carry out speed regulation；The high-speed characteristic of STC12C5A60S2 carries out the integration separation floating-point PID closed-loop control algorithm；the real-time motor speed is sent to upper computer PC by communication；programed PC by VisualBASIC and MSComm control to realize the speed real-time data acquisition and curve display．Keywords：1T MCU，STC12C5A60S2，TLC5615；open-loop，closed-loop，PID，integration separation floating-point PID；AC motor，variable frequency speed regulation system，SIEMENS G110 industrial frequency converter；VisualBASIC，MSComm．引言工业自动化控制系统中，交流异步电动机闭环变频系统有广泛用途，闭环系统的控制核心是PID控制规律通常可以在控制计算机中用软件实现，有利于融入各种改进控制算法，拥有很好的控制灵活性。