大學(xué)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(單片機(jī))

1、吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文論文題目 ：變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：包旭東專業(yè)年級(jí)：自動(dòng)化 06 級(jí)指導(dǎo)教師：胡俊海職稱講師年月日目 錄摘要 11 前 言 11.1 變頻調(diào)速技術(shù)概況11.2 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)產(chǎn)生的背景及研究意義11.2.1 傳統(tǒng)供水方式 21.2.2 變頻調(diào)速恒壓供水節(jié)能分析21.2.3 研究意義51.3 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的發(fā)展51.4 本文主要研究?jī)?nèi)容62 單片機(jī)概述62.1 單片機(jī)簡(jiǎn)介 62.2 單片機(jī)的發(fā)展史72.3 單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)82.4 AT89C51 單片機(jī)簡(jiǎn)介93 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的工作原理93.1 變頻調(diào)速的基本原理 103.1.1 變頻調(diào)速

2、的基本控制方式103.2 系統(tǒng)工作過(guò)程113.3 系統(tǒng)的參數(shù)選取及調(diào)速范圍134 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)13吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1 主控單片機(jī)引腳說(shuō)明 144.2 反饋壓力檢測(cè)電路 154.3 輸出控制電路164.4 控制輸入電路174.5 系統(tǒng)電壓監(jiān)控及 Watchdog 電路 175 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)185.1 單片機(jī)接口地址分配和控制端口功能185.2 軟件程序設(shè)計(jì)186 結(jié)論 21參考文獻(xiàn) 21致 謝 22附錄 23II吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)學(xué)生：包旭東專業(yè)：自動(dòng)化指

3、導(dǎo)教師：胡俊海摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，人口的增多以及人們生活水平的不斷提高，對(duì)城市供水的數(shù)量、質(zhì)量、穩(wěn)定性提出了越來(lái)越高的要求。建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，合理開(kāi)發(fā)、節(jié)約利用和有效保護(hù)水資源也是一項(xiàng)艱巨任務(wù)。因此，有利于節(jié)能節(jié)水的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)得到了更廣泛的應(yīng)用。本文論述了變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的調(diào)速原理及節(jié)能分析。 描述了變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法。本文提出的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案是以ATMEL 公司的 AT89C51 為基礎(chǔ)，同時(shí)描述了包括變頻器和傳感器在內(nèi)的硬件控制系統(tǒng)和相應(yīng)的軟件控制系統(tǒng)。充分發(fā)揮了單片機(jī)成本低， 易于使用的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速；恒壓供水； AT

4、89C51 單片機(jī)1 前 言1.1 變頻調(diào)速技術(shù)概況變頻技術(shù)是利用大功率半導(dǎo)體器件及其相應(yīng)的控制與保護(hù)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)電能頻率參量的控制與變換，以實(shí)現(xiàn)電力的某些使用目的，并提高其使用質(zhì)量與效率的一種技術(shù)。變頻技術(shù)在經(jīng)歷了早期電子管、晶閘管整流器（60 年代）和集成電路技術(shù)（70 年代）幾個(gè)階段后，從80 年代至今一直沿用基于電力電子技術(shù)的功率集成電路技術(shù)，并隨著1吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)步繼續(xù)發(fā)展 1 。而變頻調(diào)速技術(shù)就是在變頻的基礎(chǔ)上調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速的技術(shù)，其基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系：n =60 f（1-s） p，（式中 n、f、s

5、、p 分別表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)差率、電機(jī)磁極對(duì)數(shù)） ；通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的改變。變頻調(diào)速技術(shù)已深入我們生活的每個(gè)角落， 在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和日常生活中占有重要地位 :應(yīng)用面廣，是工業(yè)企業(yè)和日常生活中普遍需要的新技術(shù);是節(jié)約能源的高新技術(shù) ;是國(guó)際上技術(shù)更新?lián)Q代最快的領(lǐng)域;是高科技領(lǐng)域的綜合性技術(shù)。交流變頻調(diào)速技術(shù)，已成為國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的最理想、 最有發(fā)展前途的電機(jī)調(diào)速方式。經(jīng)測(cè)算，電機(jī)采用變頻調(diào)速技術(shù)運(yùn)行后，一般可節(jié)電20%一 40%，因此這項(xiàng)技術(shù)具有廣闊的使用前景，可被廣泛應(yīng)用于改造鍋爐、風(fēng)機(jī)、水泵、制冷機(jī)等設(shè)備的運(yùn)行方式，以用來(lái)降低壓差損耗以及起停電機(jī)的電耗 2 。我國(guó)現(xiàn)有的 1

6、00 萬(wàn) kw 以上的大型電廠中，每套30 萬(wàn) kw 的發(fā)電機(jī)一般都配備 30-35 臺(tái)輔機(jī)驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)。一個(gè)大型電廠，其輔機(jī)電動(dòng)機(jī)多達(dá)250 臺(tái)左右。火力發(fā)電廠用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的輔機(jī)主要是風(fēng)機(jī)水泵、給水泵、循環(huán)水泵、空壓機(jī)和磨煤機(jī)等，據(jù)初步調(diào)查，其中50%-60%的風(fēng)機(jī)、水泵可以改為調(diào)速運(yùn)行。如果這些設(shè)備都實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速運(yùn)行，按節(jié)電20%計(jì)算，年節(jié)電可達(dá)200 億 kW.h，相當(dāng)于裝機(jī) 400 萬(wàn) kw 容量的發(fā)電設(shè)備 3 。因此，應(yīng)用電力電子的交流變頻調(diào)速裝置以及相關(guān)高新技術(shù)來(lái)改造傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)，就可以獲得很好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。近幾年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，電氣

7、傳動(dòng)技術(shù)面臨著一場(chǎng)歷史革命，即交流調(diào)速取代直流調(diào)速、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)取代模擬控制技術(shù)已成為發(fā)展趨勢(shì)。在這種環(huán)境下，電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)逐漸發(fā)展成為當(dāng)今世界節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量、改善環(huán)境以及推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段。1.2 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)產(chǎn)生的背景及研究意義2吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)正處于迅猛發(fā)展時(shí)期，能源緊缺是制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素，節(jié)能節(jié)水是我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的基本國(guó)策。另外，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展， 城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，人口的增多以及人們生活水平的不斷提高，對(duì)城市供水的數(shù)量、質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定性提出了越來(lái)越高的要求

8、4 。供水質(zhì)量的好壞直接影響著人民的生活水平和企業(yè)的生產(chǎn)效率。要安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)可靠的管理好遍布全城的供水管網(wǎng)，一定要有一個(gè)滿足供水特點(diǎn)的、 先進(jìn)的自動(dòng)化供水控制系統(tǒng)。但我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)在城市供水、樓宇供水、工業(yè)生產(chǎn)供水等方面技術(shù)一直比較落后，自動(dòng)化程度低，效率低下。究其原因，主要是由于受供水設(shè)備和供水方式的限制。1.2.1 傳統(tǒng)供水方式1.恒速泵直接供水方式這種供水方式，水泵從蓄水池中抽水加壓直接送往用戶，有的甚至連蓄水池也沒(méi)有，直接從城市公用水網(wǎng)中抽水，嚴(yán)重影響城市公用管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定。這種供水方式， 水泵整日不停運(yùn)轉(zhuǎn)，有的可能在夜間用水低谷時(shí)段停止運(yùn)行。這種系統(tǒng)形式簡(jiǎn)單、 造價(jià)最低，但耗電、耗

9、水嚴(yán)重，水壓不穩(wěn)，供水質(zhì)量極差。2.水塔 /水箱的供水方式這種方式是水泵先向水塔或水箱供水，再由水塔或水箱向用戶供水。 這種供水壓力比較恒定，且有貯水。但它是由位置高度形成的壓力來(lái)進(jìn)行供水的，為此，需要建造水塔或?qū)⑺渲糜诮ㄖ锏捻敳? 。即使如此，在大型建筑物種還常常不能滿足最不利供水點(diǎn)的供水要求， 且難于滿足不斷增長(zhǎng)的供水需求。同時(shí)，由于在建筑物頂部形成很大的負(fù)重，所以增加了結(jié)構(gòu)面積， 也妨礙了美觀。另外這種供水方式的水質(zhì)容易受到污染，系統(tǒng)的開(kāi)、停，將完全由人操作，這將會(huì)出現(xiàn)能量的嚴(yán)重浪費(fèi)和供水質(zhì)量的嚴(yán)重下降。3.氣壓供水方式3吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)模糊

10、控制變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)這種方式是利用封閉的氣壓罐代替高位水塔 /水箱蓄水，通過(guò)監(jiān)測(cè)罐內(nèi)壓力來(lái)控制泵的開(kāi)、停。罐的占地面積與水塔水箱供水方式相比較小， 而且可以放在地上， 設(shè)備的成本比水塔水箱要低得多。而且氣壓罐是密封的，所以大大減少了水質(zhì)因異物進(jìn)入而被污染的可能性，靈活性大、建設(shè)快、不妨礙美觀，且可以通過(guò)改變壓力罐的壓力來(lái)滿足不斷增加的供水需求。但缺點(diǎn)是需要壓力罐，其體積大、投資大，又因其壓力變化快、運(yùn)行效率低，因此電能消耗大，運(yùn)行費(fèi)用高 6 。綜上所述，傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)浪費(fèi)了很多水力資源和電力資源，效率低下，且可靠性低，嚴(yán)重影響了居民的用水和工業(yè)系統(tǒng)中的用水。它們還有一個(gè)共同的致

11、命缺點(diǎn)是自動(dòng)化程度不高，跟不上時(shí)代發(fā)展的需求。 所以開(kāi)發(fā)一種新型的自動(dòng)化程度高、可靠性高且節(jié)能效果好的供水系統(tǒng)迫在眉睫。1.2.2 變頻調(diào)速恒壓供水節(jié)能分析變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)最突出的特點(diǎn)就是節(jié)能。在該系統(tǒng)中，最主要的是對(duì)水泵的控制，在日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，由離心泵組成的供水系統(tǒng)普遍存在，下面就以離心泵為例分析變頻調(diào)速節(jié)能的原理。圖 1-1 供水系統(tǒng)的基本特性Figure1-1 Basiccharacteristics ofwatersupply system一、供水系統(tǒng)的特性和工作點(diǎn)1揚(yáng)程特性以管路中的閥門(mén)開(kāi)度不變?yōu)榍疤幔砻髟谀骋晦D(zhuǎn)速下，全揚(yáng)程HT與流量 Q 間關(guān)系的曲線 HT=f(Q)

12、，稱為揚(yáng)程特性曲線，如圖1-1 中的曲線 所示。揚(yáng)程特性是反映用戶的用水需求狀況對(duì)全揚(yáng)程的影響的。2管阻特性以水泵的轉(zhuǎn)速不變?yōu)榍疤幔?表明閥門(mén)在某一開(kāi)度下， 全揚(yáng)程 HT 與流4吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)量 Q 間關(guān)系的曲線 HT=f(Q) ，稱為管阻特性曲線。如圖1-1 中的曲線 所示，管阻特性是表明由管阻（閥門(mén)開(kāi)度）來(lái)控制供水能力的特性曲線。3供水系統(tǒng)的工作點(diǎn)揚(yáng)程特性曲線和管阻特性曲線的交點(diǎn)，稱為供水系統(tǒng)的工作點(diǎn)，如圖 1-1 中的 N 點(diǎn)在這一點(diǎn)，供水系統(tǒng)既滿足了揚(yáng)程特性，也符合了管阻特性。供水系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。4供水功率供水系統(tǒng)向用戶供水時(shí)

13、所消耗的功率PG（ KW ）稱為供水功率，供水功率與流量和揚(yáng)程的乘積成正比：PG=CPHTQ（1-1）式中 CP比例常數(shù)。由圖 1-1 中可以看出：供水系統(tǒng)的額定功率與面積0ANG 成正比 7 。二、調(diào)節(jié)流量的方法與比較在供水系統(tǒng)中，最根本的控制對(duì)象是流量。因此，要討論節(jié)能問(wèn)題，必須從考察調(diào)節(jié)流量的方法入手。常見(jiàn)的方法有閥門(mén)控制法和轉(zhuǎn)速控制法兩種。1.閥門(mén)控制法即通過(guò)關(guān)小或開(kāi)大閥門(mén)來(lái)調(diào)節(jié)流量，而轉(zhuǎn)速則保持不變（通常為額定轉(zhuǎn)速）。閥門(mén)控制法的實(shí)質(zhì)是水泵本身的供水能力不變，而是通過(guò)改變水路中的阻力5吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)大小來(lái)強(qiáng)行改變流量， 以適應(yīng)用戶對(duì)流量的需

14、求。這時(shí)，管阻特性將隨閥門(mén)開(kāi)度的改變而改變，但揚(yáng)程特性則不變。如圖 1-2 所示，設(shè)用戶所需流量QX 為額定流量的60%（即 QX =60%QN），當(dāng)通過(guò)關(guān)小閥門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)， 管阻特性將改變?yōu)榍€ ，而揚(yáng)程特性仍為曲線 ，故供水系統(tǒng)的工作點(diǎn)移至 E 點(diǎn)，這時(shí)：流量減小為QE（ =QX ）；揚(yáng)程增加為 HE；由式（ 1-1）知，供水功率 PG 與面積 0DEJ 成正比。2.轉(zhuǎn)速控制法即通過(guò)改變水泵的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)流量，而閥門(mén)開(kāi)度則保持不變（通常為最大開(kāi)度）。轉(zhuǎn)速控制法的實(shí)質(zhì)是通過(guò)改變水泵的供水能力來(lái)適應(yīng)用戶對(duì)流量的需求。當(dāng)水泵的轉(zhuǎn)速改變時(shí)， 揚(yáng)程特性圖將1隨-2之調(diào)改節(jié)流變量，的方而法管與阻比特較性則

15、不變。 仍以用戶所需流量等Figure1-1 Methodb and comparison of于 60%QN 為例，當(dāng)通過(guò)降低轉(zhuǎn)速使QX=60%QN 時(shí)，揚(yáng)程特性為曲線 ，管阻特性仍為the regulation flow為曲線 ，故工作點(diǎn)移至C 點(diǎn)。這時(shí)，流量減小為QE（=QX），揚(yáng)程減小為HC，供水功率 PC 與面積 0DCK 成正比 8 。3.兩種方法的比較比較上述兩種調(diào)節(jié)流量的方法可以看出，在所需流量小于額定流量（ QX 100%QN ）的情況下，轉(zhuǎn)速控制時(shí)的揚(yáng)程比閥門(mén)控制時(shí)小得多，所以轉(zhuǎn)速控制方式所需的供水功率也比閥門(mén)控制方式小得多。兩者之差P便是轉(zhuǎn)速控制方式節(jié)約的供水功率，它與面

16、積KCEJ（圖中的陰影部分）成正比。這是變頻調(diào)速供水系統(tǒng)具有節(jié)能效果的最基本的方面。4從水泵的工作效率看節(jié)能(1)工作效率的定義水泵的供水功率PG 與軸功率 PP（輸入功率，即電動(dòng)機(jī)的輸出功率）之比，即為水泵的工作效率，符號(hào)是P：6吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（1-2）P=PG/PP(2)水泵工作效率的近似計(jì)算據(jù)有關(guān)資料介紹，水泵工作效率相對(duì)值*的近似計(jì)算公式如下：* * *(1-3)P=C1（Q /n） C2(Q /n )2*分別為效率、流量和轉(zhuǎn)速的相對(duì)值； C1、C2 常數(shù)，由制造廠家式中， P、Q、 n提供， C1 與 C2 之間，通常遵循如下規(guī)律:C1C2

17、=1(3)不同控制方式時(shí)的工作效率由式（1-3）可知，當(dāng)通過(guò)關(guān)小閥門(mén)來(lái)減小流量時(shí)，由于轉(zhuǎn)速不變， n* =1，比值 Q* /n* =Q* ，可見(jiàn)，隨著流量的減小，水泵工作的效率降低十分明顯 10 。在轉(zhuǎn)速控制方式時(shí)， 由于在閥門(mén)開(kāi)度不變的情況下，流量 Q* 和轉(zhuǎn)速 n* 是成正比的，比值 Q* /n* 不變。就是說(shuō)，采用轉(zhuǎn)速控制方式時(shí)，水泵的工作效率總是處于最佳狀態(tài)9 。所以，轉(zhuǎn)速控制方式與閥門(mén)控制方式相比，水泵的工作效率要大得多。 這是變頻調(diào)速供水系統(tǒng)具有節(jié)能效果的第二個(gè)方面。5從電動(dòng)機(jī)的效率看節(jié)能在設(shè)計(jì)供水系統(tǒng)時(shí)，由于：對(duì)用戶的管路情況無(wú)法預(yù)測(cè)； 管阻特性難以準(zhǔn)確計(jì)算； 必須對(duì)用戶的需求留

18、有足夠的余地。因此，在決定額定揚(yáng)程和額定流量時(shí)，通常裕量較大10。所以，在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中， 即使在用水流量的高峰期， 電動(dòng)機(jī)也常常處于輕載狀態(tài)，其效率和功率因數(shù)都較低。采用了轉(zhuǎn)速控制方式后， 可將排水閥完全打開(kāi)而適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速。由于電動(dòng)機(jī)在低頻運(yùn)行時(shí)，變頻器具有能夠根據(jù)負(fù)載輕重調(diào)整輸入電壓的功能，從而提高了電動(dòng)機(jī)的工作效率。這是變頻調(diào)速供水系統(tǒng)具有節(jié)能效果的第三個(gè)方面。綜上所述，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能顯而易見(jiàn)，所以要大力發(fā)展變頻調(diào)速技術(shù)。7吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1.2.3 研究意義變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用和推廣， 在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中無(wú)非是解決兩大問(wèn)題一是節(jié)能，二是

19、改善生產(chǎn)過(guò)程。 我國(guó)的產(chǎn)值能耗是世界上最高的國(guó)家之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)電機(jī)的總裝機(jī)容量己達(dá) 4 億千瓦，年耗電量約占全國(guó)用電量的60%，但我國(guó)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能源利用率卻非常低，基本上要比國(guó)外平均水平低20%， 70%的電機(jī)只相當(dāng)于國(guó)際20 世紀(jì)50 年代的技術(shù)水平電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能效比國(guó)外低20%左右，電能浪費(fèi)十分嚴(yán)重11。眾所周知，水是生產(chǎn)生活中不可缺少的重要組成部分，在節(jié)水節(jié)能已成為時(shí)代特征的現(xiàn)實(shí)條件下， 我們這個(gè)水資源和電能短缺的國(guó)家，長(zhǎng)期以來(lái)在市政供水、 高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術(shù)一直比較落后，自動(dòng)化程度低。 飲水工程對(duì)于每個(gè)人來(lái)說(shuō)都是非常重要的， 供水系統(tǒng)也在現(xiàn)代工業(yè)中無(wú)處

20、不在。然而，作為飲水工程中最重要的供水這一環(huán)目前卻存在著很多問(wèn)題，傳統(tǒng)供水方式己經(jīng)不能滿足當(dāng)前社會(huì)的發(fā)展和需求。要解決生產(chǎn)過(guò)程中能耗高的問(wèn)題，除其它相關(guān)的技術(shù)問(wèn)題需要改進(jìn)外，變頻調(diào)速技術(shù)已成為節(jié)能及提高產(chǎn)品質(zhì)量的有效措施，其重要性日益得到了國(guó)家的重視，在國(guó)內(nèi)推廣變調(diào)速技術(shù)有著非常重大的現(xiàn)實(shí)意義和巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值及社會(huì)價(jià)值。變頻調(diào)速式供水系統(tǒng)具有節(jié)約能源、 節(jié)省鋼材、節(jié)省占地、節(jié)省投資調(diào)節(jié)能力大、 運(yùn)行穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的應(yīng)用前景和明顯的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。1.3 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的發(fā)展變頻恒壓供水是在交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來(lái)的，所以談變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的發(fā)展就是要看看交

21、流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展。交流變頻調(diào)速技術(shù)是建立在電力電子技術(shù)基礎(chǔ)之上的。 電力電子器件最初是普通晶閘管，它主要是電流控制型開(kāi)關(guān)器件。以小電流控制大功率的變換，但其開(kāi)關(guān)頻率低，只能導(dǎo)通不能自關(guān)斷。20 世紀(jì)8吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)70 年代電力電子器件開(kāi)發(fā)的電力晶體管(GTR)和門(mén)極關(guān)斷 (GTO) 晶閘管，它是一種電流型自關(guān)斷的電力電子器件， 可以方便的實(shí)現(xiàn)變頻、 逆變和斬波，為變頻調(diào)速技術(shù)的開(kāi)發(fā)、發(fā)展和普及奠定了基礎(chǔ) 12 。20 世紀(jì) 80 年代，又進(jìn)一步開(kāi)發(fā)成功了絕緣柵雙極性晶體管(IGBT) ，它是一種電壓 (場(chǎng)控 )型自關(guān)斷的電力電子器件，具有在任意

22、時(shí)刻用基極(柵極、門(mén)極 )信號(hào)控制導(dǎo)通或關(guān)斷的功能，從而使變頻調(diào)速技術(shù)又向前邁進(jìn)了一步。電力電子器件發(fā)展逐步把控制、驅(qū)動(dòng)、保護(hù)等功能集成化起來(lái)， 出現(xiàn)了智能化功率集成電路(IGBT)模塊和智能功率模塊 (IPM) ，它們實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)頻率的高速化、低導(dǎo)通電壓的高性能及功率集成電路的大規(guī)模化，包括了邏輯控制、功率、保護(hù)、傳感及測(cè)量的電路功能，為交流變頻調(diào)速技術(shù)開(kāi)辟了新的天地。電力電子技術(shù)的發(fā)展與后來(lái)的正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)（ SPWM）的結(jié)合推動(dòng)了變頻調(diào)速應(yīng)用于恒壓供水系統(tǒng)中13 。電力電子技術(shù)發(fā)展方向是：高電壓大容量化、高頻化、組件模塊化、小型化、智能化和低成本化。 這無(wú)疑將推動(dòng)交流變頻調(diào)速技術(shù)向新的

23、方向發(fā)展。我國(guó)的交流變頻調(diào)速技術(shù)雖起步晚，但是已取得了巨大發(fā)展，變頻技術(shù)逐步應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，尤其在風(fēng)機(jī)、水泵方面，但同國(guó)外仍有一定的差距， 我們還要大力發(fā)展自己的電力電子技術(shù)。國(guó)外交流變頻調(diào)速技術(shù)高速發(fā)展， 隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高和全球性能源短缺，變頻器越來(lái)越廣泛地應(yīng)用在機(jī)械、紡織、供水、化工、造紙、冶金、食品等各個(gè)行業(yè)，并取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。尤其在水泵、風(fēng)機(jī)方面的應(yīng)用，取得了顯著的節(jié)能效果，近年來(lái)高電壓大電流的 SCR、GTO、IGBT 等器件的生產(chǎn)以及并聯(lián)、串聯(lián)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，使高電壓、大功率變頻器產(chǎn)品的生產(chǎn)及應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容本文主要論述了變頻調(diào)速的基本原理及單

24、片機(jī)在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用。為了表述如何利用單片機(jī)完成對(duì)電機(jī)的變頻調(diào)速控制，實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速恒壓供水， 本文提9吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)出了一個(gè)基于AT89C51 單片機(jī)的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)了該系統(tǒng)的硬件控制系統(tǒng)和軟件控制系統(tǒng)。2 單片機(jī)概述2.1 單片機(jī)簡(jiǎn)介單片機(jī)是一種集成在電路芯片，采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU 隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM 、只讀存儲(chǔ)器ROM 、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器 /計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善

25、的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了I/O 設(shè)備。事實(shí)上，單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計(jì)算機(jī)。現(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。手機(jī)、電話、計(jì)算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有1-2 部單片機(jī)。而個(gè)人電腦中也會(huì)有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作。汽車(chē)上一般配備40 多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺(tái)單片機(jī)在同時(shí)工作的單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過(guò)PC 機(jī)和其他計(jì)算的總和，甚至比人類的數(shù)量還要多。不同的單片機(jī)有著不同的硬件特征和軟件特征，即它們的技

26、術(shù)特征均不盡相同，硬件特征取決于單片機(jī)芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，用戶要使用某種單片機(jī)， 必須了解該型產(chǎn)品是否滿足需要的功能和應(yīng)用系統(tǒng)所要求的特性指標(biāo)。這里的技術(shù)特征包括功能特性、控制特性和電氣特性等等， 這些信息需要從生產(chǎn)廠商的技術(shù)手冊(cè)中得到。軟件特征是指指令系統(tǒng)特性和開(kāi)發(fā)支持環(huán)境， 指令特性即我們所說(shuō)的單片機(jī)的尋址方式，數(shù)據(jù)處理和邏輯處理方式，輸入輸出特性及對(duì)電源的要求等等。開(kāi)發(fā)支持的環(huán)境包括指令的兼容及可10吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)移植性，支持軟件 (包含可支持開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序的軟件資源)及硬件資源。要利用某型號(hào)單片機(jī)開(kāi)發(fā)自己的應(yīng)用系統(tǒng)，掌握其結(jié)構(gòu)特征和技術(shù)特征是必須的

27、。單片機(jī)控制系統(tǒng)因其體積小，成本低，功能強(qiáng)大等特點(diǎn)， 正逐漸取代以前利用復(fù)雜電子線路或數(shù)字電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)，其控制過(guò)程可以以軟件控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，并能夠?qū)崿F(xiàn)智能化。隨著控制范疇的不斷拓展，單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域也將越來(lái)越廣泛，它已從根本上改變了傳統(tǒng)的控制方法和設(shè)計(jì)思想。是控制技術(shù)的一次革命。2.2 單片機(jī)的發(fā)展史1974 年 ,美國(guó)仙童 (Firchild) 公司研制出世界第一臺(tái)單片微型機(jī)F8。該機(jī)有兩塊集成電路芯片組成 ,結(jié)構(gòu)奇特 ,具有與眾不同的指令系統(tǒng),深受民用電器和儀器儀表領(lǐng)域的歡迎和重視。從此 ,單片機(jī)開(kāi)始迅速發(fā)展 ,應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大?，F(xiàn)已成為微型計(jì)算機(jī)的重要分支 ,單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程通?？?/p>

28、以分為一下幾個(gè)發(fā)展過(guò)程。第一代單片機(jī) (1974-1976):這是單片機(jī)發(fā)展的起步階段。在這個(gè)時(shí)期生產(chǎn)的單片機(jī)特點(diǎn)是 ,制造工藝落后和集成度低,而且采用了雙片形。典型的代表產(chǎn)品有Fairchild 公司的 F8 和 Mostek387 公司的 3870 等。第二代單片機(jī) (1976-1978):這是單片機(jī)的第二發(fā)展階段。這個(gè)時(shí)代生產(chǎn)的單片機(jī)隨眼已能在單塊芯片內(nèi)集成CPU,并行口 ,定時(shí)器 ,RAM 和 ROM 等功能部件 ,但性能低 ,品種少 ,應(yīng)用范圍也不是很廣 ,典型的產(chǎn)品有 Inrel 公司的 MCS-48 系列機(jī)。第三代單片機(jī) (1979-1982):這是八位單片機(jī)成熟的階段.這一代單

29、片機(jī)和前兩代相比,不僅存儲(chǔ)容量和尋址范圍大,而且中斷源 ,并行 I/O 口和定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器個(gè)數(shù)都有了不同程度的增加 ,更有甚者是新集成了全雙工穿行通信接口電路。在指令系統(tǒng)方面,普遍增設(shè)了懲處法和比較指令。這一時(shí)期生產(chǎn)的單片機(jī)品種齊全,可以滿足各種不同領(lǐng)域的需要。代表產(chǎn)品有Intel 公司的 MCS-51 系列機(jī) ,Motorola 公司的 MC6801 系列機(jī) ,TI 公司的11吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)TMS7000 系列機(jī) ,此外 ,Rockwell,NS,GI 和日本松下等公司也先后生產(chǎn)了自己的單片機(jī)系列 14。第四代單片機(jī) (1983 年以后 ):這是

30、十六位單片機(jī)和八位高性能單片機(jī)并行發(fā)展的時(shí)代 ,十六位機(jī)的特點(diǎn)是 ,工藝先進(jìn) ,集成度高和內(nèi)部功能強(qiáng) ,加法運(yùn)算速度可達(dá)到1us 以上 ,而且允許用戶采用面向工業(yè)控制的專用語(yǔ)言,如 PL/MPLUS C 和 Forth 語(yǔ)言等。代表產(chǎn)品有 intel 公司的 MCS-96 系列 ,TI 公司的 TMS9900,NEC 公司的 783系列和 NS 公司的 HPC16040 等。我國(guó)開(kāi)始使用單片機(jī)是在1982 年，從那時(shí)到現(xiàn)在 20 多年的時(shí)間里， 單片機(jī)領(lǐng)域發(fā)生了翻天覆地的變化。國(guó)內(nèi)的單片機(jī)發(fā)展在前幾年以51 及其兼容系列為主。直到現(xiàn)在51 系列的芯片還在中國(guó)市場(chǎng)占有相當(dāng)大的比重。中國(guó)單片機(jī)市場(chǎng)

31、經(jīng)過(guò)近三十年的發(fā)展，及在國(guó)家的支持下，也產(chǎn)生了一些非常優(yōu)秀的單片機(jī)設(shè)計(jì)生產(chǎn)廠家。2.3 單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展已明顯地朝三個(gè)方向發(fā)展；這三個(gè)方向就是：巨型化，單片化，網(wǎng)絡(luò)化。以解決復(fù)雜系統(tǒng)計(jì)算和高速數(shù)據(jù)處理為主的工作仍然是巨型機(jī)在起作用，故而，巨型機(jī)在目前在朝高速及處理能力的方向努力。單片機(jī)在出現(xiàn)時(shí)， Intel 公司就給其單片機(jī)取名為嵌入式微控制器 （embedded microcontroller）。單片機(jī)的最明顯的優(yōu)勢(shì)， 就是可以嵌入到各種儀器、設(shè)備中。這一點(diǎn)是巨型機(jī)和網(wǎng)絡(luò)不可能做到的。目前，用戶對(duì)單片機(jī)的需要越來(lái)越多， 但要求也越來(lái)越高， 在這個(gè)刺激下， 單片機(jī)技術(shù)在很多方面

32、都有了進(jìn)步。首先，在內(nèi)部結(jié)構(gòu)方面， 單片機(jī)已集成了越來(lái)越多的部件。這些部件包括一般常用的電路，例如：定時(shí)器，比較器， A/D 轉(zhuǎn)換器， D /A 轉(zhuǎn)換器，串行通信接口， Watchdog電路， LCD 控制器等。有的單片機(jī)為了構(gòu)成控制網(wǎng)絡(luò)或形成局部網(wǎng)，內(nèi)部含有局部網(wǎng)12吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)絡(luò)控制模塊 CAN 。例如， Infineon 公司的 C 505C， C515C， C167CR， C167CS-32FM，81C90；Motorola 公司的 68HC08AZ 系列等。特別是在單片機(jī)C167CS-32FM 中，內(nèi)部還含有 2 個(gè) CAN 。因此，這類

33、單片機(jī)十分容易構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。特別是在控制，系統(tǒng)較為復(fù)雜時(shí)，構(gòu)成一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)十分有用。其次，是功耗、封裝及電源電壓方面?，F(xiàn)在新的單片機(jī)的功耗越來(lái)越小，特別是很多單片機(jī)都設(shè)置了多種工作方式，這些工作方式包括等待、暫停、睡眠、空閑、節(jié)電等工作方式。 Philips 公司的單片機(jī) P87LPC762 是一個(gè)很典型的例子，在空閑時(shí)，其功耗為 1.5 mA，而在節(jié)電方式中，其功耗只有0.5mA。現(xiàn)在單片機(jī)的封裝水平已大大提高，隨著貼片工藝的出現(xiàn)， 單片機(jī)也大量采用了各種合符貼片工藝的封裝方式出現(xiàn)，以大量減少體積。擴(kuò)大電源電壓范圍以及在較低電壓下仍然能工作是今天單片機(jī)發(fā)展的目標(biāo)之一。目前，一般單片機(jī)都可以在3.

34、3 5.5V 的條件下工作。 而一些廠家，則生產(chǎn)出可以在2.26V 的條件下工作的單片機(jī)。 這些單片機(jī)有 Fujitsu 公司的 MB89191 89195，MB89121125A， MB89130 系列等，應(yīng)該說(shuō)該公司的F2MC-8L 系列單片機(jī)絕大多數(shù)都滿足2.26V 的工作電壓條件。而TI 公司的 MSP430X11X 系列的工作電壓也是低達(dá)2.2V 的15 。最后是工藝方面?，F(xiàn)在的單片機(jī)基本上采用CMOS 技術(shù)，但已經(jīng)大多數(shù)采用了0.6m 以上的光刻工藝，有個(gè)別的公司，如 Motorola 公司則已采用 0.35m 甚至是 0.25m技術(shù)。這些技術(shù)的進(jìn)步大大地提高了單片機(jī)的內(nèi)部密度和可

35、靠性。綜上所述，單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)1 低功耗制作工藝全部CMOS 化。這主要是出于對(duì)低功耗的要求，而且在單片機(jī)工作模式上，也有多種模式，如idel，sleep 模式等。有的還使用雙晶振設(shè)計(jì)，在空閑時(shí)候關(guān)閉高速晶振，使用片內(nèi)或外部低速晶振。等機(jī)功耗非常低。13吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2 資源豐富盡管單片機(jī)內(nèi)部已經(jīng)由最初的微處理器變?yōu)槲⒖刂破?，?shí)現(xiàn)在單片化，但是出于成本和穩(wěn)定性的考慮，如 A/D( 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器 )、D/A( 數(shù) /模轉(zhuǎn)換器 )、PWM( 脈沖產(chǎn)生器 )以及 LCD( 液晶 )驅(qū)動(dòng)器等也集成到內(nèi)部，出于開(kāi)發(fā)和調(diào)試的方便，大多支持IS

36、P 下載、片上調(diào)試、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、上電復(fù)位電路、甚至集成有單運(yùn)放電路。有些高檔單片機(jī)，如一些32 位的單片機(jī)，出于一些特殊市場(chǎng)，還在內(nèi)部集成有音頻解碼和合成，圖片和視頻解碼電路，DMA 通道， MMC 等 16。3 共性和個(gè)性共性，是指單片機(jī)的共同特性，8051 為代表的單片機(jī)架構(gòu)和指令對(duì)整個(gè)單片機(jī)領(lǐng)域產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響， 其他單片機(jī)或多或少都會(huì)受到其加構(gòu)的影響。因此國(guó)內(nèi)很多企業(yè)生產(chǎn)類似于 51 系列的增強(qiáng)型的單片機(jī)， 這些芯片，保留了 8051 單片機(jī)的功能特性的同時(shí)，增強(qiáng)了其功能，比如采用流水線，單周期執(zhí)行周期等，使單片機(jī)運(yùn)算速度提高十倍以上。個(gè)性是指一些面向特殊領(lǐng)域、特殊設(shè)計(jì)的單片機(jī)，如

37、用于特殊控制的簡(jiǎn)單電路，有的單片機(jī)只有一個(gè)定時(shí)器，內(nèi)部集成上電復(fù)位電路，ROM 只有 1K 的 SOP-8 的單片機(jī)，價(jià)格在 1 元人民幣以下?？傊瑔纹瑱C(jī)的發(fā)展將進(jìn)一步多元化，單片機(jī)產(chǎn)品將更加豐富， 單片機(jī)的盡用場(chǎng)合將進(jìn)一步細(xì)化。單片機(jī)將更易用、性能更加穩(wěn)定、價(jià)格更低，而主流仍然是8 位機(jī)。2.4 AT89C51 單片機(jī)簡(jiǎn)介本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要采用AT89C51 作為控制。 AT89C51 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8 位單片機(jī)。片內(nèi)帶有4KB 的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器和 128B 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。該器件采用 ATMEL 公司的高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制

38、造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。 由于芯片中組合有多功能14吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器， ATMEL 的 AT89C51 是一種功能強(qiáng)大、性價(jià)比高的微控制器，廣泛應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。AT89C51 單片機(jī)的主要特性有：與MCS-51 兼容， 4KB 可編程閃爍存儲(chǔ)器， 1000次的擦寫(xiě)循環(huán)周期， 10 年數(shù)據(jù)保留時(shí)間， 0Hz-24MHz 全靜態(tài)工作，三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定， 1288 位內(nèi)部 RAM ，32 可編程 I/O 線，兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 5 個(gè)中斷源，可編程串行通道，低功耗的閑置和掉電模式

39、以及片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。3 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的工作原理在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中， 是通過(guò)變頻調(diào)速來(lái)改變水泵的轉(zhuǎn)速?gòu)亩淖兯霉ぷ鼽c(diǎn)來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)供水壓力的目的。反應(yīng)水泵運(yùn)行工程的水泵工作點(diǎn)也稱為水泵工況點(diǎn)，是指水泵在確定的管路系統(tǒng)中，實(shí)際運(yùn)行時(shí)所具有的揚(yáng)程、流量以及相應(yīng)的效率、 功率等參數(shù)。在調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速的過(guò)程中，水泵工況點(diǎn)的調(diào)節(jié)是一個(gè)十分關(guān)鍵的問(wèn)題。如果水泵工況點(diǎn)偏離設(shè)計(jì)工作點(diǎn)較遠(yuǎn)， 不僅會(huì)引起水泵運(yùn)行效率降低、功率升高或者發(fā)生嚴(yán)重的氣穴現(xiàn)象，還可能導(dǎo)致管網(wǎng)壓力不穩(wěn)定而影響正常的供水。水泵在實(shí)際運(yùn)行時(shí)的工作點(diǎn)取決于水泵性能、 管路水力損失以及所需實(shí)際揚(yáng)程，這三種因素任一項(xiàng)發(fā)生變化，水泵的運(yùn)

40、行工況都會(huì)發(fā)生變化因此水泵工況點(diǎn)的確定和工況調(diào)節(jié)與這三者密切相關(guān)。3.1 變頻調(diào)速的基本原理系統(tǒng)中的水泵機(jī)組應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)。即通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)定子電源效率來(lái)改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可以相應(yīng)的改變水泵轉(zhuǎn)速及工況，使其流量與揚(yáng)程適應(yīng)管網(wǎng)用水量的變化，保持管網(wǎng)最不利點(diǎn)壓力恒定，達(dá)到節(jié)能效果。由異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式n=60?1(1-s)/np=n1(1s)(3-1)式中， n 為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速； ?1 為電動(dòng)機(jī)定子的供電頻率；s 為轉(zhuǎn)差率； np 為電動(dòng)機(jī)定15吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)子繞組極對(duì)數(shù)； n1 為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速。由式 (3-1)可知，當(dāng)轉(zhuǎn)差率變化不大時(shí)， 基本上正比

41、于 ?1，所以改變供電電源頻率?1，即可調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 這種調(diào)速方法 ,可以獲得很大的調(diào)速范圍， 很好的調(diào)速平滑性和相對(duì)穩(wěn)定性 17 。3.1.1 變頻調(diào)速的基本控制方式在進(jìn)行異步電機(jī)調(diào)速時(shí)，希望保持電機(jī)中每極磁通量m為額定量不變。如果磁通太弱，沒(méi)有充分利用電機(jī)的鐵心，也不能產(chǎn)生足夠的電磁力矩，影響電機(jī)的加減速時(shí)的快速性；如果增大磁通，又會(huì)使鐵心飽和， 從而導(dǎo)致過(guò)大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過(guò)熱而損壞電機(jī)三相異步電機(jī)定子每相電動(dòng)勢(shì)的有效值是Eg=4.44?1N1K N1m(3-2)式中， ?1定子頻率；N1定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；KN1基波繞組系數(shù)；m每極氣隙磁通量。由式（ 3-2）可知

42、， N1、 K N1 是常數(shù)，只要控制好Eg 和?1，便可達(dá)到控制磁通 m的目的。 對(duì)此，需要考慮基頻 （額圖 3-1 恒壓頻比控制特性1- 不帶定子壓降補(bǔ)償定頻率）以下和基頻以上兩種情況。2- 帶定子壓降補(bǔ)償Figure 3-1 Constant voltage1 基頻以下調(diào)速and frequency ratio controlcharacteristics由式（ 3-2）可知，要保持 m不變，當(dāng)頻率 ?1 從額定值1- The compensation forpressure drop with no stator?1n 向下調(diào)節(jié)時(shí)，必須同時(shí)降低Eg，使2- The compensati

43、on forpressure drop with statorEg/?1=常值(3-3)16吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)即采用恒定的電動(dòng)勢(shì)頻率比的控制方式。然而，繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是難以直接測(cè)量的，當(dāng)電動(dòng)勢(shì)的值較高時(shí)， 可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，而認(rèn)為定子相電壓 U1Eg，則得U1/?1=常值（3-4）這是恒壓頻比的控制方式。低頻時(shí)，U1 和 Eg 都較小，定子漏阻抗壓降所占的份量就比較顯著，不能再忽略，這時(shí)，可以人為的把電壓U1 抬高一些，以便近似的補(bǔ)償定子漏阻抗壓降 18 。其控制特性如圖3-1 所示。2 基頻以上調(diào)速基頻以上調(diào)速時(shí)， 頻率可以從 ?1n 向上增高，但電壓 U1 卻不能超過(guò)電機(jī)的額定電壓U1n，最多只能保持 U1=U1n。由式（ 3-2）可知，這將迫使磁通與頻率成反比的降低，相當(dāng)于直流電機(jī)弱磁升速的情況19 。把基頻以下和基頻以上的情況結(jié)合起來(lái)可得圖3-2 所示的異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速控制特性。如果電動(dòng)機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速下都具有額定電流，即電機(jī)都能在溫升