泵用永磁同步电动机变频调速控制系统设计

车焕，李稳

(营口理工学院电气工程系，辽宁营口，115014)

泵用永磁同步电动机变频调速控制系统设计

车焕，李稳

(营口理工学院电气工程系，辽宁营口，115014)

为了提高泵用永磁同步电机的工作效率，研制了一种永磁同步电机变频调速控制系统。该系统以80C196MC单片机为控制核心，采用简单的V/F变频控制方法达到较好的控制效果。针对该控制系统的硬件和软件实现进行了论述,并通过实验证明了该控制系统的可行性。

水泵；永磁同步电机；单片机；V/F控制

0 引言

永磁同步电动机（PMSM）取消了励磁绕组和集电环，与普通电励磁同步电动机相比，不仅提高了可靠性且维护方便，其效率也有了提高；与异步电动机相比，不但效率提高，功率因数也大大改善。而且，永磁电动机在25%～120%额定负载范围内均可保持较高的效率和功率因数，使轻载运行时节能效果更为显著[1]，特别适合于风机、泵类负载。当PMSM驱动系统应用于风机和水泵设备时，可以使用简单的V/f控制策略替代无传感器的磁场定向控制，达到节约能源的效果。

本文泵用永磁同步电机采用U/F控制方法原理，设计了以80C196MC单片机为核心处理器的永磁同步电动机控制系统，最后为验证泵用PMSM控制方法的正确性、合理性，对泵用PMSM变频控制系统进行了试验，验证了控制系统的性能。

1 控制系统的硬件电路图

PMSM调速系统一般分为控制电路和主电路两部分。主电路一般由整流、滤波电路和逆变电路构成。控制电路是以单片机为核心加上必要的外围电路，控制电路发出控制信号，主电路按控制电路发出的信号给电机供电，实现调速。

1.1 主电路

图1为系统主电路的拓扑图，采用电压逆变电路的形式，为了防止直流侧电压泵生，设置了泵升电压抑制电路。

1.2 控制电路

控制电路的方框图如图2所示。控制电路由80C196MC的最小系统组成，频率由电位器给定；电流传感器测量定子侧电流信号和直流母线的平均电流信号；驱动器IR2132驱动IGBT；光电耦合器6N137使控制器和逆变器隔离，这些器件共同组成电机的变频控制系统。

图1 系统主电路拓扑图

图2 控制电路的框图

2 软件设计

单片机的工作任务主要是测量、控制算法的计算及发出控制命令。软件程序包括主程序和中断程序。主程序主要完成系统数据和状态的设置。控制算法的计算和控制指令的发出在中断程序中完成。图3所示为同步控制单元主程序和中断程序的流程图。

图3 主程序和中断程序流程图

3 实验测试

控制系统设计完成后，为验证其是否满足控制要求设计了PMSM实验系统，实验系统由PMSM样机与逆变器、转矩转速传感器、直流电动机、监测用电压表和电流表、YOKOGAWA WT1600、Tektronix TDS2012 数字示波器组成。样机输出特性通过转矩转速传感器测得；同时观测逆变器的输入特性其中，逆变器输入直流电压、电流及功率通过数字功率计直接读出。实验系统如图4所示。

图4 泵用PMSM系统实验设备

图5 为泵用PMSM转矩－转速特性曲线，由图得转矩和转速成平方关系，符合泵用负载的要求。图6为PMSM的压频特性，电压和频率成线性关系，满足V/F控制的要求。

图5 泵用PMSM转矩－转速特性曲线

图6 泵用PMSM压频曲线

4 结论

结合泵用PMSM的特点，提出以80C196MC单片机为控制核心的变频控制系统，达到节能的效果。最后给出了控制系统的实验波形图，验证控制系统的实用性。

[1]唐任远等.现代永磁电机理论与设计.北京：机械工业出版社，1997.

[2]杨东进.变频器V/f曲线的合理设定.电气传动，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