車煥，李穩(wěn)

(營口理工學(xué)院電氣工程系，遼寧營口，115014)

泵用永磁同步電動機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計

車煥，李穩(wěn)

(營口理工學(xué)院電氣工程系，遼寧營口，115014)

為了提高泵用永磁同步電機(jī)的工作效率，研制了一種永磁同步電機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以80C196MC單片機(jī)為控制核心，采用簡單的V/F變頻控制方法達(dá)到較好的控制效果。針對該控制系統(tǒng)的硬件和軟件實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了論述,并通過實(shí)驗(yàn)證明了該控制系統(tǒng)的可行性。

水泵；永磁同步電機(jī)；單片機(jī)；V/F控制

0 引言

永磁同步電動機(jī)（PMSM）取消了勵磁繞組和集電環(huán)，與普通電勵磁同步電動機(jī)相比，不僅提高了可靠性且維護(hù)方便，其效率也有了提高；與異步電動機(jī)相比，不但效率提高，功率因數(shù)也大大改善。而且，永磁電動機(jī)在25%～120%額定負(fù)載范圍內(nèi)均可保持較高的效率和功率因數(shù)，使輕載運(yùn)行時節(jié)能效果更為顯著[1]，特別適合于風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載。當(dāng)PMSM驅(qū)動系統(tǒng)應(yīng)用于風(fēng)機(jī)和水泵設(shè)備時，可以使用簡單的V/f控制策略替代無傳感器的磁場定向控制，達(dá)到節(jié)約能源的效果。

本文泵用永磁同步電機(jī)采用U/F控制方法原理，設(shè)計了以80C196MC單片機(jī)為核心處理器的永磁同步電動機(jī)控制系統(tǒng)，最后為驗(yàn)證泵用PMSM控制方法的正確性、合理性，對泵用PMSM變頻控制系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)，驗(yàn)證了控制系統(tǒng)的性能。

1 控制系統(tǒng)的硬件電路圖

PMSM調(diào)速系統(tǒng)一般分為控制電路和主電路兩部分。主電路一般由整流、濾波電路和逆變電路構(gòu)成?？刂齐娐肥且詥纹瑱C(jī)為核心加上必要的外圍電路，控制電路發(fā)出控制信號，主電路按控制電路發(fā)出的信號給電機(jī)供電，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。

1.1 主電路

圖1為系統(tǒng)主電路的拓?fù)鋱D，采用電壓逆變電路的形式，為了防止直流側(cè)電壓泵生，設(shè)置了泵升電壓抑制電路。

1.2 控制電路

控制電路的方框圖如圖2所示?？刂齐娐酚?0C196MC的最小系統(tǒng)組成，頻率由電位器給定；電流傳感器測量定子側(cè)電流信號和直流母線的平均電流信號；驅(qū)動器IR2132驅(qū)動IGBT；光電耦合器6N137使控制器和逆變器隔離，這些器件共同組成電機(jī)的變頻控制系統(tǒng)。

圖1 系統(tǒng)主電路拓?fù)鋱D

圖2 控制電路的框圖

2 軟件設(shè)計

單片機(jī)的工作任務(wù)主要是測量、控制算法的計算及發(fā)出控制命令。軟件程序包括主程序和中斷程序。主程序主要完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)和狀態(tài)的設(shè)置?？刂扑惴ǖ挠嬎愫涂刂浦噶畹陌l(fā)出在中斷程序中完成。圖3所示為同步控制單元主程序和中斷程序的流程圖。

圖3 主程序和中斷程序流程圖

3 實(shí)驗(yàn)測試

控制系統(tǒng)設(shè)計完成后，為驗(yàn)證其是否滿足控制要求設(shè)計了PMSM實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由PMSM樣機(jī)與逆變器、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、直流電動機(jī)、監(jiān)測用電壓表和電流表、YOKOGAWA WT1600、Tektronix TDS2012 數(shù)字示波器組成。樣機(jī)輸出特性通過轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器測得；同時觀測逆變器的輸入特性其中，逆變器輸入直流電壓、電流及功率通過數(shù)字功率計直接讀出。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 泵用PMSM系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備

圖5 為泵用PMSM轉(zhuǎn)矩－轉(zhuǎn)速特性曲線，由圖得轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速成平方關(guān)系，符合泵用負(fù)載的要求。圖6為PMSM的壓頻特性，電壓和頻率成線性關(guān)系，滿足V/F控制的要求。

圖5 泵用PMSM轉(zhuǎn)矩－轉(zhuǎn)速特性曲線

圖6 泵用PMSM壓頻曲線

4 結(jié)論

結(jié)合泵用PMSM的特點(diǎn)，提出以80C196MC單片機(jī)為控制核心的變頻控制系統(tǒng)，達(dá)到節(jié)能的效果。最后給出了控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)波形圖，驗(yàn)證控制系統(tǒng)的實(shí)用性。

[1]唐任遠(yuǎn)等.現(xiàn)代永磁電機(jī)理論與設(shè)計.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.

[2]楊東進(jìn).變頻器V/f曲線的合理設(shè)定.電氣傳動，2001(4):21～23.

[3] C. M. Ong and T. A. Lipo, “An approach to closed-loop design of a current source inverter/reluctance motor drive,” in Conf. Rec. 1975 IEEE-IAS Soc. Ann. Meeting, 494-500.

Design of frequency speed control system of Permanent Magnet Synchronous Motor for pump

Che Huan,Li Wen
(Yingkou Institute of Technology,Yingkou Liaoning, 115014）

In order to improve the working efficiency of permanent magnet synchronous motor (PMSM), a permanent magnet synchronous motor variable frequency speed regulation system is developed. We developed a frequency speed control system for Permanent Magnet Synchronous Motor. The contrl system uses 80C196MC microcontroller as the control core,and uses simple V/F frequency conversion control method to achieve better control effect. The hardware and software of the control system are discussed, and the feasibility of the control system is proved by experiments.

pump; Permanent Magnet Synchronous Motor（PMSM）; single chip; V/F control