单片机控制的电机交流调速系统设计
图13 QCA50A—100模块内部结构
2） 三相整流桥 整流桥输入侧电压为：U2?Ud?192V，直流侧功率可2.34估算如下： 取电动机的效率为0.82，则电动机的输入功率为
P1?Pd?2200VKW?2.7KW。取逆变器的效率为0.93，则 直流侧的功率为： 0.82PP29001?2.9KW ，故直流侧电流：Id?d?A?6.4A。整流二极管最高0.93Ud450反压：URM?26U2?26*192V?940V。
基于以上数据，选用MDS型三相整流桥模块，其最大输出电流为40A，最高耐压为1000V。
（3） LC滤波器 取C0?4400uF，其最大耐压6U2?470V。选择两只2200uF，耐压在500V以上的电容器并联使用。
滤波电感在这里主要用来限制电流脉动（PWM变频调速系统不存在电流不连续问题）和短路电流上升率，按照晶体管三相桥式整流电路限制电流脉动的电感量算式估计如下（取Si?10%）
Udm)*103U2U20.8*103192LM?*?*mH?127mH
2?fdSIId2*3.14*30010%*6.4(考虑到电动机和整流变压器存在一定的电感量，取实际的串联电感为100mH。选择两台电感量各为50mH，额定电流不小于6.4A的电抗器L1,L2串联。
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（4）直流侧阻容吸收电路 按照晶体管三相桥式整流电路直流侧组容吸收电路参数式进行估算：
I02%6.5I2?*0.816*6.4100100?700003*uF?2.5uF fU2l50*3*192C2?Kcd R2?KRdU2l3*192?0.13*??170?
I02%6.5*0.816*6.4I2?100100其中，C2选择24uFCZJ系列纸电容。R2的额定功率取为2W，R2选择RJ系列金属膜电阻。VD1,VD2选用2CP1G，额定电流0.5A，最高耐压800V。
（5） 大功率晶体管阻容吸收电路 取电动机起制动电流Im为额定电流的3倍，即Im?3*4.8A?14.4A,GRT关断时间Tf?6us，升泵电压
UP?50V，则：C1?Imtf2(Ud?UP)?14.4*6uF?0.0864uF
2*(450?50) C1的耐压值与GRT相同，取C1为0.1uF,1000V的电容，R1阻值取为100欧。4.4 单元模块的设计
4.4.1 转差频率控制原理及调节器的设计 （1）转差频率控制原理
由电机学的知识可知：T?Cm?Icos?2 其中：I?'m2'2'E2r'2?x2s'222?'sE2r?(sx)'22'22 - 27 -
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图14 系统控制结构图
电动机正常运行时，S'2'1，这时有R2'。 所以： sx2'''fsE2sE2E2E1I?',cos?2?1,T?Cm?m'?Cm?m's?(Cm?m1')fs
r2r2r2f1f1r2当采用恒磁通控制方式进行变频调速时，E1/f1近似恒定，?m近似恒定，这时有T?Kmfs，其中Km?Cm?mE1近似为一常数，T近似的正比于转差频率'f1r2fs。 因此，通过对转差频率控制，就可以达到控制电动机转距的目的，从而调节电动机的转速。 （2）调节器设计
本系统采用增量式转差频率调节方式，转差调节器设计为带有死区的调节器，即：
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因f1?fs?fn，所以US(k)与Un(k)之和反映了频率f1，即为频率指令信号。控制结构框图和控制曲线如下图所示。??UnA它是为了避免因量?UnA为死区，
–
化误差，舍入误差引起系统运行不平衡而引起的。ΔUnAΔUnB(–ΔUnA
ΔUnB)为线性调节区，当∣ΔUn（K）∣>ΔUnB时，输出限幅，用以现在转差频率的最大增量，亦即限制f1的最大增量，亦即限制f1的最大增量，防止系统过冲，提高系统的稳定性。ΔUsM决定系统的积分系数（K1??UsM）,它由电位器?UnB给定，通过A/D转换器转换后输入。当ΔUnB确定后，通过调节电位器，就能改变积分系数K1，整定方便。ΔUnA的值根据静态精度要求和实际系统工作时的最低转速来确定，ΔUnB、ΔUsM通过实验确定。
图15 控制结构框图和曲线图 a) 控制结构框图 b） 控制曲线
4.4.2 PWM控制信号的产生及变换器的设计
在本系统中，控制信号用HEF4752大规模集成块来产生。要使HEF4752 正常工作，必须提供4路时钟信号和4个开关信号。将HEF4752的Ⅰ端接地，使HEF4752工作在晶体管模块式，将K端接+5v电源，使每两路互补信号之间有较大的输出延迟，CW端，L端分别接8255C口的PC1、PC0。这样剩下的只有4个控制端了。FCT端为频率控制端，VCT端为电压控制端，逆变器的输出频率和电压就是通过控制着两个端输入的方波信号频率来控制的。而电动机转速的调节是通过调频，调压实现的。所以，必须在转差调节器与HEF4752之间正比的方波信号为FCT和VCT时钟信号。 （1）fVCT,fFCT与Uf1的关系及低频补偿
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考虑到8098单片机中A/D转换器分辨率为10位，所以频率指令信号Uf1用10位二进制数来表示。
频率指令信号Uf1、f1频率与fFCT的关系如下：
所以有fFCT=168Uf1，Uf1=20f1。
当f1=50Hz时，Uf1=1000Hz，fFCT=168000Hz。 为了使U1?KfFCTf成立，必须满足FCT?0.5，故取 fVCTfVCT fVCT(nom)=168000Hz/0.5=336000Hz
在f1=2050 Hz范围内，维持 fVCT=336000 Hz不变，这样可自动维持U1/f1=常数。在020Hz范围内，引入低频补偿，以维持磁通恒定。低频补偿的思想是：在低频段，按一定规律减少fVCT，使
fFCTf比值增大，从而使U1=KFCT相对增fVCTfVCT大，以补偿定子绕组电阻上的压降，维持磁通恒定。低频补偿曲线如图16所示，
补偿的规律如下：
取fVCT0 = fVCT(nom)/4 = 8400Hz 当f1=20Hz时，有
fVCT = fVCT0 +K' 20Hz = fVCT(nom)
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