基于P89LPC901单片机的单相交流电机调速系统实验研讨.pdf

中国电工技术学会电力电子学会第十一届学术年会 基于P89LPC901 单片机的单相交流电机调速系统实验研究 焦志强 明正峰 杨兵建 郑峰 西安电子科技大学机电工程学院，西安 710071 Email:mingzf@ 【摘要】介绍了交流电机移相控制和通断控制的基本原理，给出了一种基于P89LPC901 单片机的单相交流电机调压调速系 统的设计方案及软硬件设计方法，通过实验对两种控制方法的谐波进行了分析。 【关键字】P89LPC901 移相控制 通断控制 谐波分析 1、引言 压和负载电流 （也即电源电流）的重复周期为电源周 交流调压调速是一种比较简单的调速方法，通常 期的M 倍，因而其重复角频率为电源角频率的1/M。 使用双向晶闸管作为功率器件，实现方案主要有两种： 通断控制最明显的特征就是将出现分数次的特征谐 移相控制和通断控制。由于 电路简洁，方案成熟， 波。典型波形如图2 所示。 成本低，在家电调速系统中有着广泛的应用。然而谐 波污染严重的问题越来越影响着调压调速的进一步应 用和发展。本设计的控制对象为吸尘器中的单相异步 电机。由于设计中加入了单片机，可在同一硬件上实 现移相控制和通断控制。最后，通过实验对两种控制 方法的控制性能和谐波进行了分析。 2、移相控制和通断控制原理 图2 通断控制交流调压电路的典型波形 移相控制是通过改变每个正弦周期中的延迟触发 角的不同，来改变电机 （基波）电压，从而实现速度 3、硬件设计 的调节。电阻负载的单相交流调压电路及其在移相控 系统以P89LPC901 单片机为核心，包括控制信号 a 制方式下的波形如图1 所示。其中， 为触发延迟角。 输入电路，同步检测电路，电源电路以及晶闸管驱动 通过对 谐波进行分析可得：输出电压仅含基波和奇 电路。图3 为硬件系统框图。控制信号输入电路作为 次谐波；谐波的含量随谐波次数的增高而降低；当电 人机界面，用于人向单片机输入速度控制信号，单片 a 源电压和负载一定时，在 为90 度或90 度附近时， 机根据 输入，以及同步信号提取电路提取的交流电 谐波达到最大值。 压同步信号，适时发出触发脉冲，触发晶闸管导通， 通过控制晶闸管的导通角（移相控制），或导通周期的 比例 （通断控制）来控制单相交流电机的电压 （基波 电压），从而达到控制电机转速的目的。 图1 电阻负载的交流调压电路（a ）及 波形 （b ） 通断控制的触发脉冲始终位于电源电压的过零 处。它是将晶闸管作为开关，将负载与交流电源接通 几个整周波，然后 断开几个整周波，通过改变接通 周波数与断开周波数的相对比值来达到调节负载所获 得的平均电压或平均功率的目的。以M 个电源电压周 波为一个控制周期，其中前 N 个周波为导通段，后 M-N 个周波为关断段。这样，从图中可看出，负载电 图3 硬件系统框图 中国电工技术学会电力电子学会第十一届学术年会 系统通过控制双向晶闸管的触发角（移相控制）， 3.1 P89LPC901 单片机介绍 或触发周期所占的比例 （通断控制）来完成对电机的