基于单片机控制的串级调速系统的设计Word文档格式.doc

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串级调速.

ABSTRACT

Analysisbycontrolledrectifiersandactiveinverterconstitutetimessynchronizationbunch_rankspeed-controlsystemofbasicprinciple,hasbeenclearaboutthethyristorbunch_rankspeed-controlworkingprinciplesandperformancecharacteristics,andjustbunch_rankspeed-controlsystemwasstudied,theefficiencyoftheacspeedregulationsystemanddcspeedcontrolsystemarecompared.Bunch_rankspeed-controlinefficiency,mechanicalproperties,suchasnatureandfrequencycontrolisalmostcompletelyconsistent,andhighpressurebunch_rankspeed-controleconomicobviouslybetterthanthefrequencycontrol.ThroughcalculationofthechosenthesuitableMCUcontrolsystemcomponents.Bunch_rankspeed-controladvantagesaremainly:

speedrange,butlargeroverloadabilitywithenginespeedlimitsbutdecreases,theexpansionofspeedrange;

Inaddition,becauseofthelowerspeedtheturnsentpowerbecauseofMCUmodularstructure,comparativelytypicalapplicationflexible.Currentlyathomeandabroadhastheimportantposition,microcontrollerthereforediscussesMCS-51single-chipmicrocomputercontrolsystemhardwareandsoftwaredesign,andfoundthatthesystemstructureissimple,lowcost,andhasgoodperformanceofspeed.

Keywords；

Single-chipmicrocomputercontrol;

Timessynchronization;

Bunch_rankspeed-control.

目录

前言 1

第一章交流调速的系统概述 3

1.1交流调速的分类 3

1.1.1 

全数字化控制系统 3

1.1.2PWM技术 3

1.1.3高压大容量交流调速系统 4

1.1.4高性能交流调速系统 5

1.2磁通的准确估计或观测 5

1.3交流调速的特点 6

第二章次同步串级调速系统的工作原理 8

2.1串级调速装置的电压和容量 8

2.2串级调速系统的效率 8

2.3串级调速系统的功率因数 9

2.4晶闸管串级调速的工作原理与性能特点 10

2.5传统串级调速的改进 11

第三章主电路设计 12

3.1次级同步串级调速主电路图 12

3.2主电路参数及元器件选型 13

第四章控制电路设计 22

4.1控制系统的主电路图 22

4.2时钟电路 22

4.3速度检测电路 23

4.4复位电路 23

4.5过流、过压的检测保护电路 24

第五章软件设计 26

5.1主程序及流程图 26

5.2子程序及流程图 28

结论 31

致谢 32

参考文献 33

附录一；

-33-

前言

串级调速源于英语“cascadecontrol”，意为“级联控制”，系指当时异步机转子与外附的直流电动机两级联接所形成的调速，虽然后来改进，用静止的电力电子变流装置和变压器取代直流电动机，但串级调速的称谓被习惯地沿用下来。

十几年前，串级调速作为一种高效率的交流无级调速曾经盛行一时，随着近代变频调速的兴起，串级调速日渐萧条，被误认为是落后的调速技术。

串级调速真的比变频调速逊色吗？

实际上，串级调速在效率、机械特性等本质方面，和变频调速几乎是完全一致的，而且高压串级调速的经济性明显优于变频调速。

尤其在高压大容量风机泵类节能方面，串级调速的某些优势表现的更为明显。

实践是检验真理的唯一标准，在近代工业迫切呼唤交流调速发展的今天，尤其是风机水泵调速节能迫在眉睫，我们应该反思，如此轻率地放弃串级调速是否明智？

如何评价交流调速技术的优劣，不同的需求有不同的标准。

但普遍的共识是：

⑴效率高；

⑵调速平滑即无级调速；

⑶调速范围宽；

⑷调速产生的负面影响（如谐波、功率因数等）小；

⑸成本低廉。

如果把高压型变频调速和串级调速应用作以对比，就会发现变频调速并非如我们期望的那样理想，而串级调速也不象我们评价的那样逊色。

理论是指导实践的基础。

之所以产生上述情况，主要原因是调速理论误导所致，当然，也和串级调速当时技术上存在缺陷有关。

调速理论界大多认为，串级调速的理论问题已经彻底弄清楚了*，实际未必尽然。

例如，为什么串级调速的同步转速不变而理想空载转速却改变？

为什么转子串电阻的机械特性是汇交于理想空载转速的软特性曲线，而串级调速却是平行的硬特性曲线？

转差功率回馈为什么会导致理想空载转速的改变？

诸多问题,无论是传统还是近代的调速理论，都没有对此做出完整、科学的解释，串级调速一直局限在变转差率原理的束缚中，被结论为是区别而且逊色于变频的调速。

具有相同结果的不同方法，必然遵循共同的规律。

既然串级调速和变频调速有一致的调速特性，调速原理就不应该是对立而是统一的。

在事实与理论发生碰撞的情况下，我们只有尊重事实反思理论。

本文根据作者提出的交流调速功率控制原理，从理论上重新分析、讨论了串级调速，并指出，串级调速与变频调速是殊途同归的，两者同属于电磁功率控制原理，除了调速控制的对象不同之外，原理上是完全一致的。

本文同时分析了串级调速技术上存在的问题和不足，并结合作者的多年实践——内馈调速及斩波控制，指出了串级调速的改进要点和发展方向。

而本篇文章侧重结合单片机的控制能力与交流调速整合起来，MCS-51单片机以其功能强，体积小，耗能低，易开发等许多优势被广泛应用着，但是单片机不是万能的，也存在不适宜的情况，如果盲目使用会事与愿违，造成人力，财力和时间的大量浪费。

因此，面向一个对象是否采用单片机应进行可行性分析.单片机的应用层次可分为普通民用，耐用民用品，优良环境工业现场品，恶劣环境工业现场品和军用品等，不同的应用层次需要采用单片机的品质是不尽相同的，而系统的硬件，软件体系也会各有千秋。

随着自动化技术的发展单片机的应用深入到了各个领域，对于单片机应用系统提出了越来越高的要求，特别是工业控制，通信领域中的实时控制系统，最重要最基础的指标就是系统的可靠性。

工业过程中的干扰绕线型转子异步电动机串级调速由于具有高效率、无级平滑调速、较硬的低速机械特性,正日益广泛地应用于各个领域。

在串级调速系统中,次同步串级调速由于成本低、维修方便和经济性能优越而得到人们的青睐,本文将对单片机控制的次同步串级调速系统进行研究。

第一章交流调速的系统概述

1.1交流调速的分类

交流异步电动机的调速方式有多种，诸如调压调速、变级调速、串级调速、滑差调速等

全数字化控制系统

随着计算机技术的发展，无论是生产还是生活这中，人民对数字化信息的依赖程度越来越高。

如果说计算机是大脑，网络是神经，那么电机传动系统就是骨骼和肌肉。

它们之间的完美结合才是现代产业发展方向。

为了使交流调速系统与信息系统紧密结合，同时也为了提高交流调速系统自身的性能，必须使交流调速系统实现全数字化控制。

单片机已经在交流调速系统中得到了广泛地应用。

例如由Intel公司1983年开发生产的MCS-96系列是目前性能较高的单片机系列之一，适用于高速、高精度的工业控制。

其高档型：

8×

196KB、8×

196KC、8×

196MC等在通用开环交流调速系统中的应用较多。

由于交流电机控制理论不断发展，控制策略和控制算法也日益复杂。

扩展卡尔曼滤波、FFT、状态观测器、自适应控制、人工神经网络等等均应用到了各种交流电机的矢量控制或直接转矩控制当中。

因此，DSP芯片在全数字化的高性能交流调速系统中找到施展身手的舞台。

如TI公司的MCS320F240等DSP芯片，以其较高的性能价格比成为了全数字化交流调速系统的首选。

最近TI公司推出的MCS320F240X系列产品更将价格降低到了单片机的水平。

在交流调速的全数字化的过程当中，各种总线也扮演了相当重要的角色。

STD总线、工业PC总线、现场总线以及CAN总线等在交流调速系统的自动化应用领域起到了重要的作用.

1.1.2PWM技术

PWM控制是交流调速系统的控制核心，任何控制算法的最终实现几乎都是以各种PWM控制方式完成的。

目前已经提出并得到实际应用的PWM控制方案就不下十几种，关于PWM控制技术的文章在很多著名的电力电力国际会议上，如PESC，IECON，EPE年会上已形成专题。

尤其是微处理器应用于PWM技术并使之数字化以后，花样是不断翻新，从最初追求电压波形的正弦，到电流波形的正弦，再到磁通的正弦；

从效率最优，转矩脉动最少，再到消除噪音等，PWM控制技术的发展经历了一个不断创新和不断完善的过程。

到目前为止，还有新的方案不断提出，进一步证明这项技术的研究方兴未艾。

1.1.3高压大容量交流调速系统

在小功率交流调速方面，由于国外产品的规模效应，使得国内厂家在价格上、工艺上和技术上均无法与之抗衡。

而在高压大功率方面，国外公司又为我们留下了赶超的空间。

首先，国外的电网电压等级一般为3000V，而我国的电网电压等级为6000V和10000V；

其次，高压大功率交流调速系统无法进行大规模的批量生产，而国外的劳动力成本，特别是具有一定专业知识的劳动力