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摘要：本文主要针对转差频率控制下电动机变频调速系统的设计展开了探讨，对转差频率控制理论作了系统的分析，并对系统主电路和控制系统软件的设计作了详细的阐述，以期能为有关方面的需要提供有益的参考和借鉴。
关键词：转差频率；电动机；变频调速系统
引言
随着工业技术的不断发展，电动机的调速性能迎来了全新的提高。而在转差频率的控制下，如何更为有效的对电动机变频调速系统进行优化，保证电动机的高效运行，就需要我们做好有关的系统设计工作。基于此，本文就转差频率控制下电动机变频调速系统的设计进行了探讨，相信对有关方面的需要能有一定的帮助。
1 转差频率控制理论分析
运动控制系统的根本问题是转矩的控制，异步电动机恒气隙磁通的电磁转矩可以表示为:
图1 主电路原理图
系统采用三相异步电动机YS7122，额定功率为550W，额定线电压为380V，额定电流是1.35A，额定转速为2800r/min，效率为75.5%。
电阻、电容、二极管组成缓冲电容，来保护逆变开关器件。由于开关器件在开通和关断时，要集电极与发射极间电压VCE和受集电极电流IC的冲击，因此要通过缓冲电路进行缓解。在电阻两端并联二极管，使电容在充电过程中，二极管将电阻短路，电容通过二极管充电；在放电过程中，由于二极管不能导通，电容通过电阻放电，实现缓冲。
3 系统控制电路设计
系统控制电路主要由AT89C51单片机、ADC0809、SA4828、显示、报警、输入部分组成，实现在系统运行过程中对数据信号的处理，显示当前转速，控制SA4828输出SPWM波形从而控制逆变开关器件，电路如图2所示。
图3 控制电路图
3.2 驱动电路设计
由EXB840组成的驱动电路如图4所示。
3.3 辅助电源设计
控制电路中需要有两种稳压电源。采用稳压芯片给单片机、ADC0809、74LS373等芯片提供5V稳压电源。采用LM2940，其外部连接图如图5所示。IGBT驱动电路需要5V和20V两种电压电源。对于20V稳压，采用LM338K，是一个三端可调芯片，其输出电压可通过可调电阻来调节，其硬件连接如6所示。
图5 LM2940外部连接图
图6 LM338硬件连接图
4 控制系统软件设计
将功能相对独立的模块设计成个子程序，供主程序程序调用。整个控制软件分为五部分:主程序、初始化子程序、信息采集子程序、故障处理子程序、调速子程序。
4.1 主程序设计
系统主流程如图7所示。
程序开始先对各个芯片进行初始化，然后通过ADC0809采集电压、电流、转速信息判断是否出故障，如果出现故障，则进入故障处理子程序来处理系统运行中遇到的故障，在外围的硬件电路中，有报警装置也就是发光二极管和蜂鸣器来显示故障已经出现。经过故障处理后系统若不停机，仍会采集系统运行过程中的电压、电流、转速再次判断故障是否仍然存在，当故障消失后，系统开始进行正常地调速，显示程序每进行一次循环都要进行显示当前转速信息，因此液晶显示器是时时显示系统转速的。
4.2 初始化子程序设计
由于单片机本身I/O不够用，所以选用8155来扩展I/O口，因此在程序最开始应对8155进行初始化。SA4828的初始化是在SA4828复位之后，先对其写初始化参数来设定三角载波频率、正弦调制波的频率范围、调制波类型和幅值控制方式等参数。初始化编程是通过写R14虚拟寄存器完成的，控制参数的设定是通过写R15虚拟寄存器来完成。
图7 系统主流程图
4.3 信息采集子程序设计
该程序主要是通过ADC0809来采集电压、电流和转速信息，电压从变频器的直流部分采集，电流选择从三相异步电动机的定子侧采集。
4.4 故障处理子程序设计
为了保护系统各个元件尤其是IGBT，在设计保护缓冲电路的基础上还增加了保护程序，能够实时监测系统的转速、电压和电流。旦出现过压、过流、转速失常等现象，单片机立马封锁SA4828的输出，此时IGBT关闭，同时蜂鸣器和发光二极管有报警指示，单片机在检测到参数正常后，将之前保存的数据再出栈返回主程序。
图8 调速子程序流程图
4.5 调速子程序设计
调速子程序流程图如图8所示。
调速过程就是对SA4828输出波形的控制过程。当给定转数与当前转速相同时，转速不调节；当给定转速与当前转速有偏差时，转数偏差通过数字PI调节，消除偏差，经过计算得出调制波的幅频，通过单片机给SA4828写控制字来实现调速。
5 结语
综上所述，在转差频率控制下，对电动机的调速变频系统进行设计，我们需要熟悉转差频率控制的理论要点，重视系统主电路和控制系统软件这两方面的设计工作，采取有效的方法做好优化设计，以减少故障的产生，从而保证电动机的稳定运行。
参考文献
[1]魏祥林、周启华、宁俊保.异步电机矢量控制变频调速系统的Simulink仿真研究[J].电气自动化.2011（05）.
[2]陈承义.异步电机变频调速矢量控制系统的MATLAB仿真研究[J].煤炭技术.2012（02）.
论文作者:陈勇
论文发表刊物:《防护工程》2017年第20期
论文发表时间:2017/12/14
标签：子程序论文; 系统论文; 转速论文; 电动机论文; 频率论文; 电压论文; 电路论文; 《防护工程》2017年第20期论文;