基于单片机控制的异步电动机变频调速系统的设计摘要本文以三相交流调速系统为基础，进行了三相异步电动机变频调速的系统设计。首先，通过使用MATLAB/SIMULINK软件进行交-直-交变频调速系统模型的搭建与仿真，得出了异步电动机在正弦脉冲宽度调制（SPWM）技术下调速的结果。其次，根据所搭建的系统模型，在PROTUSE软件中设计出基于51单片机控制的SPWM变频调速系统，编制相应的软件程序并进行调试和仿真，得出了不同频率下SPWM的调制波形。最后，通过比较两种不同调速系统的仿真结果，证明了基于51单片机控制的异步电机变频调速PWM调制方法的正确性和可行性。关键字：异步电动机；变频调速；SPWM；MATLAB/SIMULINK；单片机1概述直流电气传动和交流电气传动在19世纪先后诞生，鉴于直流传动具有优越的性能，高性能可调速传动大都采用直流电机，交流调速系统的多种方案虽然早已问世，并已获得实际应用，但其性能却无法与直流调速系统相匹敌。直到20世纪70年代末，由于电力电子技术尤其是大功率晶闸管（可控硅）变流技术的发展，研制出了体积小、重量轻、功率大、效率高的静止变流装置，实现了采用电力电子变流器的交流传动系统，为三相异步电动机大范围的平滑调速调节开辟了新的技术途径，才使三相异步电动机在铁路牵引中的应用得到关键性突破，从而得到极为迅速的发展。大规模集成电路和计算机控制的出现，更使高性能的交流调速系统得到发展。中国和谐号动车组使用三相鼠笼型异步电动机作为牵引动力，它要求列车运行安全、快速、稳定，因此对牵引电动机的平滑调速和自动控制非常重要，异步电动机结合电力电子技术和微机控制技术可以实现这一要求。1.1交流调速系统异步电动机的调速方法早已为人们所熟知，基本上可以分为变极对数调速、变频调速、变转差率调速三类。这从下面的异步电动机的转速公式可以明显看出。n=(1−s)ns=(1−s)60f1p(1)式中n——电动机的实际转速；ns——电动机的同步转速；s——转差率，s=ns−nns；f1——供电频率；p——极对数。1.1.1变极调速在恒定的频率下，改变电动机定子绕组的极对数，就可以改变旋转磁场和转子的转速。若利用改变绕组的接法，使一套定子具备两种极对数而得到两个同步转速，可得到单绕组双速电机；也可以在定子内安放两套独立的绕组，从而做成三速或四速电机。为使转子的极对数能随定子极对数的改变而改变，变极电动机的转子一般都是笼型。变极调速属于有级调速，最多只能达到三、四极，而不能平滑地调速。1.1.2变频调速改变电源频率时，电动机的同步转速和转子转速将随之变化。如果电源频率可以连续调节，则电动机的转速就可以连续、平滑的调节。变频调速时希望气隙磁通Φm基本保持不变，这样，磁路的饱和程度、激磁电流和电动机的功率因数均可基本保持不变。如果磁通太弱，没有充分利用电动机的铁心，是一种浪费。如果过分增大磁通，会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电动机。根据三相异步电动机定子每相电动势的有效值公式E1=4.44f1N1kw1Φm（2）式中E1——气隙磁通在定子每相中感应电动势的有效值；f1——供电频率；N1——定子每相绕组串联匝数；kw1——定子基波绕组系数；Φm——每极气隙磁通量。故要保持Φm不变，应使定子端电压与频率成比例地调节，若忽略定子漏阻抗压降，即使E1f1=U1f1=常值感应电机的变频调速从调速范围、平滑性、调速前后电机的性能等方面来看都很好，但需要专门的变频电源。近年来，由于变频技术的发展，变频装置的价格不断降低，性能不断提高。1.1.3变转差率调速改变转差率的调速在调速过程中均不改变异步电动机的同步转速，而仅仅依靠改变转差率来改变电机的速度，故其调速范围是非常有限的，同时在低速时因转差率太大，效率很低，因而这些方法均不能适应机车牵引中平滑、宽广的调速要求。1.2电力电子器件电力电子器件是对电能进行变换和控制的器件，目前所用的电力电子器件均由半导体制成，故也称电力半导体器件。在发达国家中，大约60%的电能用于电动机，由此可知，电力电子器件在电机控制电路中最常见，若想更好的控制电动机，必须使用性能优越的电力电子器件。1.2.1门极可关...
