基于51单片机控制的异步电动机变频调速技术 电气专业毕业论文.doc

### 基于51单片机控制的异步电动机变频调速技术 #### 一、引言 随着电力电子技术的发展，变频调速技术已成为现代电机控制领域的重要组成部分。本研究旨在探讨如何利用51单片机实现对异步电动机的精确控制，特别是通过PWM（脉宽调制）技术实现对电机速度的有效调整。 #### 二、异步电动机调速原理及特性 ##### 2.1 工作原理 异步电动机是一种常见的交流电动机，其工作原理基于电磁感应定律。当三相交流电流通过定子绕组时，会产生一个旋转磁场，该磁场与转子中的导体相互作用，产生电磁力，从而驱动转子转动。调速主要是通过改变输入电源的频率来实现的。 ##### 2.2 机械特性 异步电动机的机械特性是指其转矩-转速关系曲线。根据电机的参数不同，可以绘制出不同的机械特性曲线。这些曲线对于理解电机在不同负载下的行为至关重要。 #### 三、变频调速技术 ##### 3.1 变频调速原理 变频调速技术通过改变供电电源的频率来控制电机的速度。常用的变频器包括交-直-交变频器，其核心部分是将交流电转换为直流电，再将直流电转换回频率可调的交流电。 ##### 3.2 分类与PWM调制方法 - **分类**：主要有交-直-交变频器和直接变频器两大类。 - **PWM调制方法**：包括SPWM（正弦脉宽调制）、SVPWM（空间矢量脉宽调制）等。其中，SPWM是最常用的方法之一，它通过比较正弦波参考信号和三角波载波信号来产生PWM波形。 ##### 3.3 采样方法类型 - **自然采样法**：通过精确计算来确定PWM波形的开关时刻。 - **规则采样法**：使用固定周期的采样方法，简化了PWM波形的生成过程。 #### 四、51单片机基础知识 ##### 4.1 51单片机概述 51单片机是一种广泛应用的8位微控制器，具有成本低、性能稳定等特点。其内部集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器、串行通信接口以及多个I/O端口等功能模块。 ##### 4.2 51单片机关键组件 - **中断系统**：支持外部中断和定时器中断等多种中断源。 - **指令集**：包括算术运算指令、逻辑运算指令、数据传送指令等。 - **I/O口**：通常有四个8位的双向I/O口，可用于外部设备的控制。 - **定时器**：内置定时器/计数器，用于定时操作或外部事件计数。 #### 五、MATLAB仿真模型搭建 在MATLAB环境下，可以利用Simulink工具箱搭建交-直-交变频调速系统的仿真模型。通过设定电机参数、变频器参数以及控制策略，可以模拟电机在不同工况下的运行状态，验证控制策略的有效性。 #### 六、单片机控制程序设计 设计MCS-51单片机最小系统，并编写相应的软件程序。程序主要包括主程序和中断服务程序两大部分： - **主程序**：负责初始化系统配置，如设置定时器、I/O口等。 - **中断服务程序**：处理定时中断，用于生成PWM信号。 #### 七、结论 通过对基于51单片机控制的异步电动机变频调速技术的研究，不仅能够深入理解电机调速的基本原理和技术要点，还能掌握单片机控制技术的实际应用方法。本研究通过MATLAB仿真验证了设计方案的可行性和有效性，为实际应用提供了有力的技术支持。 #### 八、参考文献 1. 张爱玲，李岚，梅丽风．电力拖动与控制．北京：机械工业出版社．2003（50）,45-80 2. 王兆安，黄俊，电力电子技术．北京：机械工业出版社．2000.132-165 3. 王兆安，黄俊．电力电子技术．机械工业出版社．2005． 4. 陈伯时，电力拖动控制系统．北京：机械工业出版社．2003（7）,147-187 5. Botten S L,Whitley C R,King A D.Flight control actuation technology for next generation all electric aircraft 〔J〕.Technology Review Journal．2000,8（2）,55-68 以上文献为本研究提供了理论基础和技术支持，有助于深入了解相关领域的研究成果和发展趋势。