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单相感应电机被广泛的应用于各种商业和工业应用,随着单相电机应用的增多,人们逐渐认识到对于单相电机及相关装置的有效调速控制,对节能降耗具有重要意义。在工业缝纫机电力驱动应用中,缝纫工厂大量单相感应电机的频繁启停和辅助空载运行,会造成供电系统电流冲击和功率因数过低。本文针对工业缝纫机电力驱动应用,研究和设计一种带有软启动功能的单相感应电机自动调速数字控制系统。其目的是通过软启动有效降低电机启停过程中的冲击电流,减小对于机械设备的冲击磨损;同时,根据缝纫操作运行需要来调节电机转速,电机空载时将电机转速降低到一个较低的范围,能实现电机节能。本文设计一种单相电机调速控制系统,控制芯片为dsPIC30F3010,采用恒压频比的变频调速方式,实现对单相感应电机的软启动和运行调速控制。
本文首先对于单相感应电机分类与控制技术的发展做了简短的介绍,然后对于单相感应电机进行了数学建模,得到了单相感应电机的电压方程,磁链方程,转矩方程。对于单相感应电机存在的三种逆变拓扑结构也进行了相应的分析,选择两相三桥臂结构作为逆变拓扑。根据数学建模,分析了常用的单相感应电机的三种不同调制方法的利与弊,选择改进的SPWM方法作为调制方法,电压利用率能提高至70.7%。并对于当下单相感应电机调速控制的主要研究方向-矢量控制进行了建模仿真,使用Matlab/simulink得到了单相感应电机电压矢量控制的电压、电流、转速及转矩波形,并将得到的波形与实际波形相比较。
设计了基于dsPIC30F3010芯片的硬件控制电路,并采用C语言完成了单相感应电机的控制程序,包括主程序、软启动程序以及各中断程序的设计。文中对于硬件电路和软件各部分都进行了详细的介绍与分析。最后根据实际要求,采用改进的SPWM控制方法,速度闭环的控制方式应用在样机上,并得到PWM驱动波形,定子电流电压波形。文章最后对于单相感应电机的调速节能控制系统进行了总结与展望。