基于单片机的异步电机节能控制系统设计
基于STM32单片机控制的异步电机变频调速设计
Telecom Power Technology设计应用单片机控制的异步电机变频调速设计袁洁仪，仲毅凯，蒋小辉（三峡大学科技学院机电系，湖北宜昌分析异步电动机的控制原理与变频特性后，建立交-直-交变频STM32F103单片机作为主控单元，在利用制原理后，绘制出对应的波表并存储在单片机中。
单片机通过对波表的改变，实现交变频电路；异步电机；SPWM控制技术Inductor Motor Frequency Changer Design Based on STM32 MCU ControlYUAN Jie-yi，ZHONG Yi-kai，JIANG Xiao-huiCollege of Science and Technology of China Three Gorges UniversityThe paper analyzes the frequency character and control method of Inductor Motor. Build the VariableCircuit to analyze the main circuitas the mainly control unit and make the simulation of Sinusoidal Pulse WidthTelecom Power Technology · ７２ ·综上，当变频器输出频率在基频以上时，采用恒压变频调速，使得电机处于恒功率运行；当变频器输出频率在基频以下时，采用恒压频比调速，使得电型单片机作为主体控最高速度达 能够出色完成设计中变频器所需的所有计算，图1 主体控制流程通过外部按键可输入变频器的输出频率，当变频器正常启动时，采样主电路的电流与电压，将信号直接反馈到STM 32自带的A/D 转换模块，后对信号进行积分与绝对值变换后得到控制数据[3]。
此时，对比已经在MCU 内部存储的波表输出对应的SPWM 波形，完成实验系统变频调速的目的，而电机的当前转速会通过液晶显示器实时显示。
单片机用于异步电机节能控制
２ 系统 软 件
系统控制软件 主要由主程序 ， 电压过零 中断处
理程 序 和 电流过零 中断得 理程 序组成 。
作者简介： 杜斌 ， ， ８ 年 出生 ． 男 １ｏ ９ 现就读于暗尔滨理 工大学
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２ ・ ６
信
息 技
术
取 电压、 电流波 形 的过 程信 号 ，确 定 出实 际功 率 数 角值 ，并 与 设 定 的最 佳 功率 固数 角值 比较 ， 及 时确定 井输 出至双 向可控 硅 的蟹发 脉 冲 ，以 妾时调 整 功率 因数 角 ，达到 节 能的 目的 ，
关键词 ：单 片机 ；系 统软 件 ；触发 脉 冲 ；电流 中断 中图分类号 ：Ｐ７ Ｔ ２３ 文献标 识码 ： Ａ 文章 编号 ：０９＿５２２０ ）４ ｏ 卜＿２ １０－ ２５ （０２ｏ—０２ ０ 用 。电流 过 零检 测 是把 可控 硅 电流 渡 转 换 成 矩 形 波， 然后 送Ａ单 片 机。单 片机 由输 Ａ 的 电压 和 电 流
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２Ｏ 年 第 ４ ０２ 期
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单 片机 用 于异 步 电机 节 能控 制
杜 斌
（ 暗尔滨理工大学 哈尔滨 １０ ４ ） ５ ９０
摘
要 ：介 绍 了以 ＭＣ－ ５ Ｓ １单片机 为核 的 电子节 能控 制 器 的设 计和 试 验 情 况。 单 片机 分 别拾 －
为防止单片机在程序执行过程中受强电负载的 干扰 ， 在控制回路 和功率 回路之间采用光电耦台器 进行电隔离。光电耦合器还具有断相保护功能。当
可控硅损 坏 或 延迟角电流才过零 ， 其夹角即为功率 因数角。
电压 过零 检测就 是把 输人 电压 转换 成同相 位 的矩形
以单片机为核心的三相异步电动机保护系统设计
０ 引言
近年来，我 中心承修的三相异步 电机中，经过整理
发现 很 多 电机 的损 坏 是 由于 电气 系 统 的 原 因 引起 定 子 绕
及显示装置组成，如图 １ 。本 系统 的刀 闸开关作为 隔离 开关，电机的负荷开关为交流接触器，这样就可以避免
上 述 原 因 （） ５。
Ｉ皇 丝 卜 垦 型 －
失磁保护继 电器 的 Ａ 、Ｂ相 电流来 自保护用 Ｔ Ａ的输入
线 与 输 出 线换 位 。在 ７月 １ 日至 １ 日期 间 ， 通 过 对 ４ ８
２ ＃机在带不 同有 功负荷 时，用调整无功负荷从 ２ Ｍ ０ Ｗ 到 ４ ＭＷ 再返 回 ２ Ｍ 的负荷试验可 以观察到失磁保 ０ ０Ｗ 护不会动作 ，试验 结果表 明从 ６月 ２ ４日事故后到 ７月 ５日所做的各种检查、判断和处理可 以使发电机 失磁保 护能够正确工作，避免误动和拒动 。
Ｒ 】 ０ （ Ａ＋ ） Ｐｘ１ ０ １ ｆ ；式中， ＝ ． ８２ ｌ＿ ＿ ５ ０ ｌ 【 ＝ ＋ ３ ０ ０ｘ ０ ； 一 ． ｘ ９ ３ Ｂ ８ ｌ ；温度 传感 器 的主要 技术参 数如 下： 测量 范围 ： ０
验手册 中没有提供针对性的检验方法，但是如果发生失 磁保护误动 ／ 拒动时的影响是比较大的。本文针对我司发 生的发 电机失磁保护异常情况进行理论分析 ，并介绍实 际处理的整个过程和处理效果， 目的是为了与广大同行 共 同学 习，在 电厂的实 际工作 中确保发 电机 的稳定运
行。 参考文 献
电机 技 术
于电压缺相而烧毁。绕组上通过的电流由 Ｔ Ａ进行检测转
换 后送 到单 片机 ， 单片机 经 过判 断 三个 绕组 上 通过 的 电 流之 间的差值 不得 超 过 １ ％后 ，向执 行 器及 显示 器．
基于单片机控制的异步电动机变频调速系统的设计2
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。
大规模集成电路和电脑控制的出现，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)n s=(1−s)60f1(1)p式中n——电动机的实际转速；n s——电动机的同步转速；s ——转差率，s=n s−n；n sf1——供电频率；p ——极对数。
基于单片机的交流异步电机软启动器节能运行研究
３２ 同 步 电路 － 本控制 器采 用单相 同步 电路 ，即每隔 ３ ０度相位角产 生一个同步 ６
２１ 软 启 动 原 理 ． 软 启 动 器 的 晶 闸 管 调 压 电 路 由 ６个 晶 闸 管 两 两 反 向 并 联
组 成 ，串接 于交 流异 步 电机 的 三相 供 电线 路之上 （ １ 。加 图 ） 入启 动信 号 后 ，系统 软件 首先 施加 若 干毫 秒的 固定延 时用 于 系统 自检 ，然后进行有关计算 ， 输 出晶 闸管触 发信 号 ，通过 控 图 １控制 器工作原理 制晶闸管导通 角 ｄ，使启动器按 所设 计的模式 调节输 出电压 、控制 电动机 的启动过程 。软起 动的首要 任务是 限制起 动电流 ，因此采用 电流闭环 控制。传统的软起 动装 置一 般采用 开环控制 ，由于晶闸管调压器导致 电流波形非正弦 ，在高 次电 流谐波等因素的作用下 ，起动过程都不可避免地产生 电流 一转速振荡 ， 尤 其在空载 或轻载 起动 时更为 严重 。采用 闭环 系统不仅 要能 限制 起 动电。
２２ 节 能 运 行 原理 ．
脉 冲给单 片机 ，单片机利用外部 中断检测该 同步信 号即交流电压过零 时刻 ，然后通过软件处理 和内部定时器定时 ，产生 间隔为 ６ ０度 的脉 冲 信号该六拍信号经单片机 的 ｐ ｌ口输 出，并经功率放大控制可控硅的通 断 。由于 同步信 号仅在交流 电每个 周期过零时产生 一次 ，所以 同步信 号 的频率 也为 ５ ｈ／，并 由它对单片机 产生 的六拍 控制脉 冲信 号每隔 ０ｚ ｓ ３ ０度校准一 次 ，当单片机将 采样值 与标定值 比较 后 ，控制六 拍脉冲 ６ 加 到 可 控 硅 的通 断 比 ，使 施 加 于 电机 的 电 压 自动 跟 踪 负 载 的 变 化 ，从 而使电机工作于最佳状态 同步电路。 ３ 脉冲隔离放大 电路 ３ 单片机根据标定值 与采样值的 比较结果 ，按一定 的通 断比由 口输 出六拍脉冲触发可 控硅 ，由于此信号 不能直接加至可控硅 上 ，必须经 隔离及放 大后才能触发可控硅 ，本系统采用光 电偶合进行隔离放大。 ３ 数据输入与显示电路 ． ４ 系统 的人机 对话界面配有 ４位 Ｌ Ｄ共 阴极数码管显示器和 ４ ２的 Ｅ ｘ 矩 阵式键盘 ，上 电或复位时启动并 自检 。键 盘上 ８个按键 的功 能与名 称 分别为 电机启 动 （ Ｕ 、停车 （Ｔ Ｐ Ｒ Ｎ） Ｓ Ｏ ）、设 置 （Ｅ ） Ｓ Ｔ 、复位 （ Ｅ Ｒ— Ｓ Ｔ 、上 调 （ ） Ｅ） ▲ 、下 调 （ 、节 能 运 行 （ＡＶ ） 以及 确 定 （ Ｋ ， Ｖ） Ｓ Ｅ Ｏ ） 电机 运 行 各 参 数 的 设 定 与 显 示 均 通 过 这 个 界 面 完 成 。 为 兼 顾 键 盘 和显 示 ，系统使用可 编程并行扩 展 Ｕ Ｏ接 口芯片 ８ ５ １５与单 片机进 行连接 。 ８５ １５的 Ｐ 口提供字符的段选码 ，Ｐ Ａ Ｂ口提供字符 的位选码及输 出键盘 的列 扫 描 线 ，Ｐ ０和 Ｐ 则 提 供 键 盘 的行 输 入 。 Ｃ Ｃｌ ４ 软件设计 根据前述 的控制过程和原理 ，单 片机控制软件 主要 由以下几部分 组成 主程序 完成 变量初始化和各 种情 况的处理 晶闸管
合肥工大硕士论文：采用单片机实现两相异步电机的SVPWM控制
Ｉ 。 ｆ 本入授权遭 矍ｘ 象 多 全邵 分雍 ＂ ： 塞 认 ｚ ７ ： 婴－ 或蓦 容夔弄 数舞 有关 疼进扮检 二可以采规影印、缩印或扫描ｗ复 ｌ ｗ ｏ ， 制攀段保ｒ、 ＊ 汇ｗ学位论文，
１交流电动机不存在因换向器圆周速度对速度的限制， ） 也不存在电 枢元件中 电抗电势数值的限制。 其转速可以设计得比 直流电 相同 机的转速更高， 因而单位
功率重量指标较高。一般直流电 机的单 位功率重量指标在 ５ｇｋ 以 而鼠 ｋｌｗ 上， 笼 式异步电动机仅在 （－１ ） ｋ之间。 ４ ， ｋｌｗ Ｓ ｇ ２交流电 ） 动机的电 压和电 数值都不受换向 制， 而其单机功率 枢电 流的 的限 因
采用单片机实现两相异步电机的Ｓ制两相逆变器一异步电动机的变频调
速系统， 该系统可以 广泛应用于小功率、 调速运行的 宽 场合。 研究完成两相 本项 逆变器的设计， 并组成了 试验用的 两相逆变器一异步电 动机系统。 系统是 一个转 速开环的变频调速系统，由 单片机机控 路、功率驱 制电 动电 逆变器主电 路、 路、
调速传动一直占 主导地位。 然而， 近年来， 随着电力电子电力传动技术的迅速发 展， 用交流电机调速传动系统代替直流电 机调速传动系统以 成为可能。 从能源 自
问题引起世界各国的普遍重视以来， 在电力传动系统中如何节能自 然也成为重要
的课题。 因此电动机有相当一部分时间处于轻载运行工况， 因此电动机的效率很 低， 造成能源浪费。 如果电 机能按负载要求的最佳转速运行， 则所提高的效率是
Ｋ ｙ ｏｄ： －ｈｓ ｉ ｅｔ －ｄ ｏ ｈｓ ｉ ｕｔｎ ｏ ｒｍ ｄｌｅ ｉ ｅｗ ｒｓｔｏ ａ ｎ ｒ ｒｅ ， － ａ ｎ ｃｏ－ ｔ ， ｕ ｔ ｒｔ， ｗ ｐ ｅ ｅ ｆ ｔ ｐ ｅ ｉ ｍ ｏ ｏ ａ ａｏ ｖ ｗ ｄ ｃｒ ｅｗ ｖ ｒ ｉ ｔ ｑｅ ｓ ｉ ｔｎ ａｒｒ ｅ ｏ ｏ ｕ ｐｌａｏ ｉ ａ ａ ， ｕ ｔ ｒ ａ
基于单片机控制的异步电动机变频调速系统的设计2
基于单片机控制的异步电动机变频调速系统的设计2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)n s=(1−s)60f1(1)p式中n——电动机的实际转速；n s——电动机的同步转速；；s ——转差率，s=n s−nn sf1——供电频率；p ——极对数。
基于单片机控制的异步电动机调速装置的设计
基于单片机控制的异步电动机调速装置的设计本文论述的是一种基于单片机控制的异步电动机调速装置，该装置具有较好的实用性和稳定性，适用于许多工业领域。
首先，我们需要了解异步电动机的基本原理，以便进行设计。
异步电动机通过电磁感应实现转速控制。
其中，旋转子和定子通过电磁感应的方式产生转矩，从而驱动电机运转。
异步电动机的转速与电网电压、电机绕组线圈数量、转子结构与转子参考频率等因素有关，因此调速便成了此类电动机非常重要的一项功能。
基于此，我们设计了一种基于单片机控制的异步电动机调速装置。
其主要的控制部件为单片机，单片机利用PWM技术实现电机的调速。
我们通过键盘输入电机的控制参数（转速、电压、电流等），同时，还可以设置相关的保护措施，用于避免电机温度过高或电流过大等问题。
单片机通过脉宽调制技术（PWM）来控制电机的电源（即变速器）输出功率，从而实现电机转速的调节。
具体而言，控制程序可以分为以下几部分：1.输入控制参数在输入控制参数时，我们需要先通过键盘等输入设备输入期望的转速、电压和电流等参数，然后将这些参数传递给控制程序。
2.读取电机反馈信息为了实现闭环控制，我们需要读取电机的反馈信息（如转速、电压、电流等），并将其与输入控制参数进行比较。
这样可以精确地控制电机，并避免因电机的各种外界影响而导致的控制误差。
3.根据控制参数计算输出脉冲宽度为了根据输入参数控制电机转速，我们需要实现计算脉冲宽度的算法。
通常采用PID控制策略来调节脉冲宽度，从而实现电机转速的控制。
4.输出PWM脉冲控制电机在控制程序计算完脉冲宽度后，单片机会将其转换成PWM信号，从而实现对电机的控制。
这里需要注意的是，输出的PWM脉冲需要与控制程序计算得到的脉冲一致，从而避免出现控制误差。
总之，我们的异步电动机调速装置通过单片机的脉宽调制技术实现电机的控制，具有较好的实用性和稳定性。
通过本文的介绍，读者可以更好地了解异步电动机的调速方法和实现方式，从而在实际工作中更好地应用到电机控制领域。
基于单片机控制的异步电动机节能装置设计
一、概述单片机是一种集成了微处理器、存储器和各种外围设备接口的微型计算机系统，能够独立完成某一特定功能的芯片。
在电动机控制领域中，单片机可以通过编程控制电动机的启停、转速、运动方向等参数，从而实现对电动机的精准控制。
异步电动机作为一种常见的电动机类型，具有结构简单、可靠性高的特点，被广泛应用于各种机械设备中。
然而，由于其功率因素低、效率低等问题，需要设计节能装置来提高其运行效率，实现节能环保的目的。
二、异步电动机的工作原理异步电动机是利用交流电磁场感应原理来实现转矩传递的电机。
当给异步电动机加上三相交流电源后，定子绕组内产生旋转磁场，通过磁场感应作用，使得转子产生感应电流，从而产生电磁转矩使得转子开始旋转。
异步电动机具有结构简单、制造成本低、适应性强等特点，因此被广泛应用于工业生产中。
三、异步电动机的节能问题由于异步电动机的功率因素较低、效率较低，在长时间运行中会产生较大的能源浪费。
为了解决这一问题，可以通过装置设计来优化电动机的运行效率，以达到节能的目的。
通过单片机控制异步电动机的运行参数，可以实现对电动机的精准控制，提高其工作效率。
四、单片机控制的异步电动机节能装置设计1.系统框图设计在设计节能装置的第一步是绘制系统框图，明确主要器件和控制连接方式，以便后续的元器件选择和电路连接设计。
系统框图包括单片机、功率电子器件、传感器和电动机等各个部分的连接关系。
2.信号采集与反馈控制通过传感器采集电动机的转速、温度、电压、电流等参数, 将这些参数反馈给单片机系统。
单片机系统通过分析这些参数，实现对电动机的有源功率因素调节、电流控制等功能，进而实现精准控制。
3.功率电子器件选择与驱动电路设计选择适合的功率电子器件，并设计相应的驱动电路以实现对电动机的启停、转速控制。
常用的功率电子器件有晶闸管、场效应管、继电器等，它们与单片机系统结合，可以实现对电动机的精准控制。
4.软件编程通过编程控制单片机系统，实现对电动机的各种运行参数的控制。
基于M051的单相交流异步电机调速控制系统设计
基于M051的单相交流异步电机调速控制系统设计作者：牛宗超徐森来源：《电子世界》2012年第19期【摘要】设计了以M051单片机为核心的高效的单相交流异步电机调速控制系统，对电机的调速方法和控制电路进行了分析和设计。
采用先进的过零调功的方式，以功率调节取代常用的电压调节，通过控制可控硅的通断比来调节电动机输出功率，进而达到调速目的。
【关键词】M051；交流调速；可控硅1.引言目前交流电机调速技术的研究取得了极大的发展，变频器的成功研制，使交流电机调速技术迅速发展，其通过改变供电电源的频率来调节异步电动机的转速，该方式可获得较大调速范围和很好的调速平滑性，但成本高，控制系统复杂。
另外，也可采用可控硅移相调压调速，但此类控制器的元器件数量较多，成本较高，功能扩展性较差，程序移植性较差。
为克服上述缺点，我们研制了一种基于M051芯片的单相异步电机调速控制器。
2.系统方案设计原理系统开发选用了芯唐公司的M051单片机，该控制器包括：核心模块、电源模块、预置模块、反馈模块、控制模块和显示模块。
图1为其结构示意框图。
系统的工作原理是：整个调速系统是基于MO51单片机的PID算法控制的速度反馈稳定系统。
电源模块提供M051芯片电源，MO51单片机利用其自带的高精度AD转换器，可以采集到系统中预置模块旋转电位器所设定的转速Vset和反馈模块测得的当前转速Vnow。
运行在MO51上的PID软件算法通过计算设定速度Vset和当前速度Vnow的差值，得出控制信号给控制模块，控制可控硅导通的时间T，T越大电机的定子线圈上得到的电压越高，相应的转速越高；T越小电机的定子线圈上得到的电压越低，相应的转速越低。
不断调整可控硅导通时间T 使得电机的当前转速Vnow不断跟随设定Vset，直到Vnow和Vset之间的误差充分小被我们所接受，系统即达到稳定调速的目的。
MO51单片机同时输出采集到的转速信号提供给显示模块。
3.硬件电路设计硬件选用M051为主控芯片，硬件电路主要完成过零检测、控制门控电路及显示输出。
基于STC单片机的电机变频控制器设计
摘要电机变频控制器，是一种无机械运动的频率调控装置。
它把电力配电网50Hz恒定频率的交流电，变成可调频率的交流电，供普通的交流异步电动机使用。
对电机具有高效的驱动性能及良好的控制特性。
现在变频器在过程控制、提升控制、家电等中得到广泛的应用，而本设计主要是讨论其在家电中的使用。
在设计中采用STC12C5410AD作为主控制单片机实现电机变频控制器，使用智能功率模块( SPM)FPAL15SH60对电机进行驱动。
控制器能实现20--250Hz信号的输出，可通过手动或自动的方法调节频率，并能显示实时频率。
具有输入欠压保护、输出过压过流保护功能和过温监测等功能。
工作原理是由单片机产生初始的SPWM控制信号，把取样电压和设定的参考电压相比较得到输出电压与参考电压的误差值，电压误差值反馈到单片机内部进行数据处理，再由单片机对SPWM信号进行修正后输出，从而达到对电机控制。
本设计以高性能单片机为电机的控制中心，通过智能功率模块达到对电机的驱动，最终实现对电机的控制。
使其在实际使用中达到低功耗，高效率的效果。
关键字：变频器；STC单片机；智能功率模块( SPM )；SPWMBased on STC-MCU Inverter Controller DesignStudent：CHEN Xiao-lan Teacher: LU Er-qingAbstract: Motor inverter controller is a motion-control device that non-mechanical frequency.Its electricity distribution network to a constant frequency AC 50HZ into AC adjustable frequency for the use of ordinary AC asynchronous motor.It’s drive with efficient performance and good control characteristics for motor.Inverter has been widely used in the process control, enhance control, and home electrical appliances, but mainly to discuss the design of its use in household appliances.In the design used STC12C5410AD single-chip as the main control variable frequency motor controller, and use of smart Power Module (SPM) FPAL15SH60 of the motor drive. Controller to achieve 30 - 150Hz output signal ,it can be manually or automatically adjust the frequency of the method , and displaying frequency value in real time. Including Including input under-voltage protection, output overvoltage and overcurrent protection features such as over-temperature monitoring.T he working principle is generated from the initial single-chip SPWM control signals, the sampling voltage and set the reference voltage to be compared with the reference voltage output voltage of the error, voltage error feedback to the internal single-chip data processing, and then SPWM signal from the micro to the revised output of motor control to achieve.The design for high-performance single-chip motor control center, through the smart power module for motor drive to achieve, and ultimately the control of motor. To achieve in practice the use of low-power, high-efficiency results.Keyword: Inverters;single-chip inverter; Smart Power Module (SPM)；Sine Pulse-Width Modulation(SPWM)摘要 (I)ABSTRACT (II)1 引言 (1)1.1 变频器发展与主要成果 (2)1.2 变频器的现状与发展方向 (3)1.3 设计的意义与主要内容 (4)2 主要器件和开发环境 (6)2.1 主要器件介绍 (6)2.1.1 STC单片机 (6)2.1.2智能功率模块 (7)2.2 设计开发环境 (9)2.2.1硬件开发环境 (9)2.2.2软件开发环境 (10)3 硬件设计 (11)3.1 变频器的总体结构 (11)3.1.1 系统模块的划分 (11)3.1.2 电源模块 (12)3.2 变流功率模块 (12)3.3 变频控制模块 (14)3.3.1 SPWM的工作原理 (14)3.3.2 SPWM波形的生成方法 (15)3.3.3正弦脉宽调制模块 (16)3.4 其它控制接口 (18)3.4.1 A/D转换模块 (18)3.4.2 MCU与通信接口 (18)3.4.3 键盘模块 (19)3.4.4 显示模块 (19)4 系统软件设计 (21)4.1 SPWM参数的计算 (21)4.2 定时中断处理流程 (23)4.3 串行通信中断程序 (23)5 结论 (24)致谢 (25)参考文献 (26)附录一系统电原理图 (27)附录二实验程序 (28)1 引言随着人们生活水平的不断提高，家电在生活中的普及率越来越高，与此同时，人们对家电的要求也越来越高。
基于单片机控制的异步电动机节能装置设计
基于单片机控制的异步电动机节能装置设计为了实现异步电动机的节能控制，可以利用单片机进行智能控制。
下面介绍一种基于单片机控制的异步电动机节能装置设计。
首先，需要了解异步电动机的工作原理以及节能的方式。
异步电动机的转速是通过改变电动机的供电频率来控制的。
当电动机的负载较小时，可以通过降低供电频率来降低电机的转速，从而节省能源。
所以，在节能控制过程中，需要检测电机的负载情况，并根据负载情况动态调整供电频率。
具体实现方式为，使用传感器来检测电动机的负载情况。
传感器可以是电流传感器或者扭矩传感器，用于检测电动机的工作状态。
传感器将检测到的信号传递给单片机进行处理。
单片机可以通过编程实现对电动机的控制。
首先，单片机需要读取传感器的数据，获取电动机的负载情况。
根据负载情况，单片机可以判断电动机当前的工作状态，确定是否需要调整供电频率。
当电动机负载较轻时，单片机可以通过改变PWM（脉冲宽度调制）信号来改变电动机的供电频率，降低电动机的转速，从而实现节能效果。
单片机可以通过改变PWM的占空比来改变电动机的供电频率。
占空比越大，供电频率越高，电动机的转速也就越快；反之，占空比越小，供电频率越低，电动机的转速也就越慢。
单片机还可以通过编程实现对电动机的启停控制。
当单片机检测到电动机处于空转状态或者负载非常轻的情况下，可以通过控制电动机的启停来节省能源。
启停控制可以通过电磁继电器或者开关来实现。
在节能过程中，单片机还可以实现对电动机负载的实时监测和数据记录。
可以通过LCD屏幕或者其他显示设备显示电动机的负载情况和节能效果。
同时，可以将负载和节能数据保存到存储器中，以便后续分析和统计。
总之，基于单片机控制的异步电动机节能装置设计是通过检测电动机负载情况，动态调整供电频率，并实现启停控制和数据记录的智能控制方案。
可以有效地节省能源，提高电动机的运行效率。
基于89C51单片机设计异步电机节能控制系统
基于89C51单片机设计异步电机节能控制系统作者：杨莹来源：《科技创新与应用》2017年第29期摘要：对于现代电机在较小负荷运行过程中的效率较低，并且会导致资源浪费的问题，对电机节能的原理进行了全面的分析，在此背景下以89C51单片机提出了一种异步电机节能控制系统，使用单片机能够调节功率因数，以此实现电机节能的目的。
文章所设计的异步电机节能控制系统在处于轻负载及负载变化频繁的电机具有良好的节能效果，并且具有较高的稳定性。
关键词：89C51单片机；异步电机；节能控制系统中图分类号：TP368.1 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）29-0107-02交流异步电机的结果较为简单，并且成本较低，操作较为简单，还具有较高的可靠性，被广泛应用到农业、工业、工矿企业中。
但是电机在实际应用过程中，部分电机是在恒定输出功率中运行，系统的输出功率不能够随意变化，这和实际运行环境中的负载实时变化是相互矛盾的，其运行状态不满足环保及经济的需求，导致能源严重浪费，并且还会出现多余的电机损耗，研究并且设计电机节能控制系统是非常必要且迫切的。
对于此，本文就对电机能源浪费的原因进行了分析，基于89C51单片机设计了异步电机节能控制系统，满足电机节能的需求。
1 电机能源的浪费因素及节能原理交流电机的使用较为简单，并且价钱合理，具有较高的可靠性，被广泛应用到工业和农业中，但是有部分交流电机在使用过程中会由于多方面的因素导致电能浪费，从而提高了机器损耗，主要包括：其一，在使用过程中使用直接起动，不仅对动力系统及电网造成冲击，而且还超出常规大电流，导致电能出现损耗；其二，在电动机动能配置过程中片面的追求安全余量，导致电动机容量过大，从而使电动机在工作过程中的功率因数较低；其三，因为人员、管理及成本多种因素，导致电动机使用稳定因素运行，以此在处于轻载、空载过程中出现额外电能损失。
要想能够降低能源的消耗，可以从以下方面进行：其一，选择能够在恒定功率运行，并且负载能够经常变化的电机；其二，实现电流和电压的同步协动，提高电机节能效果；其三，选择能够在所有三相交流电机中使用的电机；其四，具有较高的精确性及稳定性。
单片机控制异步电机节能装置的研究毕业设计
毕业设计设计题目单片机控制异步电动机节能器的研究系（部）电力工程系学科专业电气工程及其自动化班级电气工程 12-6 姓名周凯学号 20122200888指导教师刘老师二〇一四年五月三十日新疆工程学院毕业设计任务书新疆工程学院毕业设计成绩表目录摘要： (1)Abstract: (2)第一章引言 (3)1.1 异步电机节能运行技术的重要意义 (3)1.2异步电动机节能控制器的国内外研究现状和发展趋势 (3)1.3 异步电动机调压节能控制方法 (6)1.4 异步电机软启动技术概述 (7)1.4.1 传统启动与软启动 (7)1.4.3软启动器的工作方式 (8)1.4.4软启动器的适用场合 (9)1.5 节能运行技术发展现状 (10)1.5.1节能运行的基本原理 (10)1.5.2节能运行在软启动器上的实现 (12)1.6本文任务....................................... 错误!未定义书签。
第二章节能运行的工作原理 (14)2.1功率因数的测量与计算 (14)2.1.1信号的过零检测 (14)2.1.2功率因数的计算 (14)2.1.3技术难点和解决方式 (15)2.2基于单片机的PID调节 (16)2.2.1PID调节的原理 (16)2.2.2运算方式的选择 (16)第三章系统构成 (18)3.1硬件选择与连接 (18)3.1.1 单片机与功率因数检测电路 (18)3.1.2 电机运行控制电路 (18)3.1.3 数据输入与显示电路 (18)3.2工作原理 (21)3.2.1 键盘 (21)3.2.2 显示 (21)第四章控制与运行方式 (22)4.1 运行方式及参数设置 (22)4.1.1 可选方式与参数 (22)4.1.2 操作流程 (22)4.2 程序设计 (23)4.2.1 MATLAB软件简介 (23)4.2.2 软件优势特点 (24)4.2.3 编程环境 (24)4.2.4 串口通信 (26)4.3 主控制流程 (27)4.3.1 故障检测与处理 (27)4.3.2 工况判断 (28)4.3.3 工况处理 (31)4.3.4 转矩修正 (34)4.3.5 矢量控制 (34)4.3.6 SVPWM (36)4.3.7 硬件通信 (37)第五章仿真与实验结果 (38)结论 (45)致谢 (46)参考文献 (47)附录1： (48)附录2： (56)附录3： (57)附录:4 (58)附录5： (59)附录6： (60)单片机控制异步电动机节能器的研究摘要：交流异步电机是工农业生产中最重要的拖动设备之一，因其结构简单、维修容易等优点而得到了广泛应用。
基于单片机的异步电机节能控制系统设计
基于单片机的异步电机节能控制系统设计刘芬;徐务农【摘要】Aimed at the fact that asynchronous machinery has lower operational efficiency with low-load,this paper analyzes the energy-saving principle.Basing on 89C51 single chip processor,it is recommended that the control-system regulates the power factor through controlling the SCR to adjust the voltage and realize the energy-saving purpose of the motor.The experiment indicates that the control-system is adaptive,and the energy-saving effect is good for the motors under both the light-load and varied load.%针对异步电机轻载时运行效率较低的问题,分析了降压节能的原理。
提出了一种基于89C51单片机,通过晶闸管调压来调节功率因数的大小,从而实现电动机节能目的控制系统。
实验表明,该控制系统具有很好的适应能力,电机在轻载和变负载情况下,有较好的节能效果。
【期刊名称】《船电技术》【年(卷),期】2011(031)009【总页数】3页(P17-19)【关键词】单片机;电动机;功率因数;降压【作者】刘芬;徐务农【作者单位】海军蚌埠士官学校二系,安徽蚌埠233012;海军902厂,上海200083【正文语种】中文【中图分类】TM301;TN461 引言异步电动机是量大、面广的耗能设备，约占工业耗电量的80%。
异步电动机节能运行控制器设计
1绪论1.1异步电动机节能控制的意义随着我国工农业生产的迅速发展，电能的需求量越来越大，开发和节约能源已成当务之急。
作为一种重要的动力设备，异步电动机的用电量是非常大的。
这些异步电动机一般都是按照设计的负载进行选择的，但在实际使用中，大都经常处在轻载，甚至在空载下运行。
因此，“大马拉小车”的现象几乎是很普通的，如煤矿常用的胶带输送机、刮板机、绞车、压风机、机床等设备在大部分运行时间中，电动机的负荷变动都较大，其平均输出功率与最高输出功率之比一般为0.3～0.4，有的还更低。
电动机的负载率低，效率不高，电能的浪费现象十分严重。
1996年国家统计局统计数字表明，我国全国年发电量的60％为各种电机设备所消耗，其中90kW以内的中小功率异步电动机耗能占总电机耗能的70%，即消耗了4200亿度电。
按我国今年国家规定0.5元/kWh的电价计算，其折合人民币210亿元。
如果这些异步电动机能够节电10%，就可节约21亿元人民币。
2002年国家电力部统计数字表明，火力发电每kWh需投资约1元；三峡水电每kWh需投资约1.13元，建设周期13~17年；核电每kWh需投资2~3元；其他能源（太阳能、风能、海洋能等）每kWh需投资3~5元。
若仅按中小功率异步电动机节电10%计算，其年节电量相当于三峡电站的半年发电量，可节约国家投入电站建设资金50亿元左右，为国家节约大量能源和费用。
因此在目前我国工业生产不断发展，能源日趋紧张，环保要求日趋高涨的情况下，提高电机运行效率可以极大缓解能源紧张状况，提高国民经济效益，具有十分重要的现实意义。
1.2 异步电动机节能控制器的国内外研究现状和发展趋势为了提高电机的工作效率，多年来世界各国从电机的设计制造、电机的选择使用、电网供电管理等几个方面入手，作了大量研究工作，取得了较好的成果。
其中从电机的设计制造方面人手，开发出了高效节能电动机，使效率显著提高，可大量节能。
但这种电机造价较高，而且经济效果较大地取决于负载的情况，即对于长期工作于额定负载、连续运行的应用场合，其节能效果能达到最佳。
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将基 本不 变 ，两者 的作用使 得 电机 的定 子 电流 随 电 压 的下 降而下 降 。
２ 电动机 降压 节能基本原理
异 步 电动机 电流 向量 图如 图 １所 示 。在额 定 电
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收稿 日期 ：２０１０．１２．０１ 作者 简介：刘 芬 （１９８１一），女 ，讲师 ，研究方 向：电力 电子 与电力传 动 。
Ｄ ｅｓｉｇｎ ｏｎ ｔｈｅ Ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ Ｃ ｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ａ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍ ｏｔｏｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳＩＣ
Ｌｉｕ Ｆｅｎ ，Ｘｕ Ｗ ｕｎｏｎｇ２
（１．Ｓｅｃｏｎｄ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｎａｖｙ Ｐｅｔｔｙ Ｏｆｆ ｉｃｅｒ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｂｅｎｇｂｕ ２３００ １２，Ａｎｈｕｉ，Ｃｈｉｎａ； ２ Ｎａｖｙ ９０２ Ｆａｃｔｏｒｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００８３，Ｃｈｉｎａ）
Ｖｏ１．３１ Ｎｏ．９ ２０１１．９
船 电技 术 Ｊ控制技术
基 于单 片机 的异步 电机节 能控制 系统设计
刘芬 徐 务农
（Ｉ．海 军蚌埠 士官学校 二系，安徽 蚌埠 ２３３０１２：２．海军 ９０２厂 ，上海 ２０００８３）
摘 要：针对异步 电机轻载时运行效率较低的 问题 ，分析 了降压节能 的原理 。提 出了一种基 于 ８９Ｃ５１单片机， 通过 晶闸管调压来调节功率因数的大小 ，从而 实现 电动机 节能 目的控 制系统。实验表 明，该控制系统具有很好 的适 应能力，电机在轻载和变负载情 况下 ，有较好 的节能效果 。 关键 词：单片机 电动机 功率因数 降压 中图分类号：ＴＭ３０１ ＴＭ４６ 文献标识码 ：Ａ 文章编 号：１００３ ４８６２（２０１１）０９．００１７．０３
图 １电流向量图
由于电机定子 电流中的无功分量下降为 ， 所 以定子铁耗下降；而 基本不变，则导致功率因 数 角 ＜ ， 电机 的 功 率 因 数 上 升 ， 定 子 电流
１７
船 电技 术 ｌ控制技术
Ｉ２＜厶，因而电机铜耗下降。这样，在电机轻载时，
因其 端 电压下 降 ，电机 的铁 耗和 铜耗 下 降 ，电机效 率提 高 ，达到 了降压节 能 的 目的 。
４ 硬件 电路设计
图 ２ 单 片 机 调 压 控 制 系 统 框 图
电机运行过程中，可从 电流或功率因数的变 化获 知 负载 的变 化情 况 ，故可 以将 功 率 因数作 为 反馈 量 来进 行控 制 。本 文采 用 的控制 系统 是利 用 电动 机 负载 变化 ，电流滞 后 电压 的角 度 （功 率 因 数 角 ）发 生变化 的原理而 设 计 的 。晶 闸管 降压节 能控 制 系统 原理 框 图如 图 ２所示 ，通 过检 测 定子
１ 引言
异步 电动 机 是量 大 、面 广 的耗 能设 备 ，约 占 工业耗电量的 ８Ｏ％。一般系列的异步电机都是根 据 满 载或 四分 之三 负载 的效 率值 来设 计 的 。而 在 实 际使用 中 ， 电机 却经 常是 在 中载 、轻载 ，甚 至 是在 空载 状态 下运 行 ，导致 电动机 的功率 因数 和 效率 不高 ， 电能浪 费现 象十 分严 重 。如果 适 当降 低 电压 ，可使励 磁无 功 电流 成 比例 下 降 ，从而 降 低 铁耗 和 从 电网吸 收 的无 功 功率 ，提 高 电动机 的 运 行效 率 ，达到 节 能 的 目的 。
３ 节 能控制系统 的组成
电压与 电流 的相 位 差角 ，经 转换 器变 为数 字量 ， 该 采样 值经 单片 机 处理后 ，产 生相 应 的控制 脉 冲 ， 使 之根 据 电动机 负载 的大 小 自动 调整 可控 硅 的控 制 角 ，从 而调整 电动机 的端 电压 ，使 之 与负载 理 想 匹配 ，达 到低 损 耗 ，高效 率节 能之 目的 。
硬 件 电路主 要 由晶闸管 及移 相触 发 电路 、信
号ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ测 板和 单 片机 控制 板三 部分 组成 。
４．１晶 闸管 及移相 触 发 电路
晶 闸管及 移相 触发 电路主要 接 收控制 板 的控
制 信 号 ，实施 交流 电压 的调 节 。采用 专用 集 成触
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａｉｍｅｄ ａｔ ｔｈｅｆａｃｔ ｔｈａｔ ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ｈａｓ ｌｏｗｅｒ ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ｅｆｆ ｉｃｉｅｎｃｙ ｗｉｔ ｈ ｌｏｗ－ｌｏａｄ，ｔ ｈｉ ｓ
ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔ ｈｅ ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅ．Ｂａｓｉｎｇ ｏｎ ８９Ｃ５１ ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，ｉｔ ｉｓ ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ
压 时 ，定 子 电流 为 ，其 中 电流 的无 功 分量 为 ，
‘
‘
有 功分量 为 ，功 率 因数 角 为 ；在 电压 降低 后 ，
气 隙主磁 通 下 降，电机定 子 电流 的无 功 分量 下 降到 ， ， 并且 电流无 功 分量 的值 随端 子 电压 的下 降而
下 降 。同时 由于 电机负 载不 变 ，电流有 功 分量 ， 也