《异步电动机功率因数控制本科毕业设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《异步电动机功率因数控制本科毕业设计（56页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 异步电机的功率因数控制系统-硬件设计 摘 要摘 要随着经济的发展，我国已经成为世界工业大国。而工业的主要动力是异步电动机，异步电动机的效率取决于功率因数，所以在生产过程中，常常需要对异步电动机的功率因数进行实时、准确的测量和控制，以便提高实现异步电动机的效率，减少能源消耗，减少污染。本文介绍的是利用单片机AT89C51来对异步电机的功率因数进行测量和控制的方法硬件电路设计。本文介绍的是利用单片机AT89C51来对异步电机的功率因数进行测量和控制的方法硬件电路设计，原理是通过测量异步电机任意一相的相电流和另外两相的线电压之间的相位关系来得到异步电机功率因数的在线检测方法，给出了一种实用的功率因
2、数测量电路，并对该测量方法的原理进行了详细说明。本设计的硬件部分由信号采集电路、模数转换电路、可控硅触发电路和显示电路等构成。硬件软件设计的主要任务是电压电流过零检测、晶闸管触发角的计算控制和功率因数的显示等。本设计具有硬件连接简单、测量快速、实现方便的特点。关键词：异步电动机；功率因数；AT89C51；过零检测IAbstractAbstract With economic development, China has become the worlds major industrial countries. The main drivers of industrial induction m
3、otor, induction motor efficiency depends on the power factor, so the production process, often need asynchronous motor power factor in real-time, accurate measurement and control, in order to improve the efficiency of asynchronous motors, reducing energy consumption and reduce pollution. This articl
4、e describes the use of SCM AT89C51 to asynchronous motor power factor measurement and control hardware circuit design methods. This article describes the use of SCM AT89C51 to asynchronous motor power factor measurement and control hardware circuit design methods, the principle is by measuring any o
5、ne phase induction motor phase current and the other two phases of the phase relationship between the line voltage to get induction motor power factor line detection method presents a practical power factor measurement circuit and the measuring principle of the method is described in detail. The des
6、ign of the hardware part of the signal acquisition circuit, analog-digital conversion circuit SCR trigger circuit and display circuit, and the like.Hardware and software design of the main task is to voltage and current zero crossing detection, calculation of the thyristor firing angle control and p
7、ower factor display. This design has the hardware connection is simple, rapid, and convenient features to achieve.Keywords: asynchronous motor; power factor; AT89C51;zero-crossing detectionIIII目 录目 录 摘要IABSTRACTII1绪论11.1功率因数研究意义11.2国内外的研究现状11.3本文的主要研究内容22系统的工作原理32.1异步电机的工作原理3 2.1.1旋转磁场3 2.1.2旋转磁场的转向
8、52.2影响功率因数的主要因素6 2.2.1负载变化对电动机功率因数的影响6 2.2.2电压变化对电动机功率因数的影响62.3功率因数测量原理6 2.3.1测量全阻抗法6 2.3.2直读法7 2.3.3相角差法7 2.3.4直流分量法7 2.3.5冲击系数法8 2.4本文采用的测量方法93硬件电路设计113.1 系统的整体结构图11 3.2.1 5V直流电源电路12 3.2.2 12V直流电源电路15 3.2.3变压器的选择193.3驱动电路设计21 3.3.1晶闸管的触发系统21 3.3.2触发脉冲的要求22 3.3.3驱动电路设计233.4控制部分电路设计24 3.4.1 AT89C51芯
9、片简介24 3.4.2晶振电路26 3.4.3 复位电路29 3.5.2电压过零检测电路35 3.5.3电压和电流的信号提取电路353.6显示电路38 3.6.1 CD4511 七段译码器简介：38 3.6.2 LED数码管404 软件设计434.1编程软件介绍434.2程序主题设计思路435 系统的抗干扰设计445.1硬件抗干扰措施445.2软件抗干扰措施45结论47致谢48参考文献49附录47河北工程大学毕业论文设计1绪论1.1功率因数研究意义随着我国经济的日益发展,电力需求不断提高,伴随而来的突出问题是能源无效的巨大消耗,资源利用率低下电力系统是一庞 大的系统,其电能损耗的数值相当可观,
10、能源的合理配置是极需解决的问题。功率因数是决定发供电系统经济效益的一个极为重要的因素,它直接反映了系统中有功功率与无功功率的分配，对于发供电系统来说,对负荷不但要求有高的负荷率,而且也要求有高的功率因数，电能紧缺成为目前的突出矛盾，所以对于风机、泵类负载等工业电机的节能改造具有重要意义。但是，普通的变频调速装置在轻载或空载时效率低，不能使电动机处在最经济的运行状态。因此本设计通过分析研究功率因数与电机各项参数以及运行条件的关系，论证构成电机的功率因数控制系统，达到节能目的。通过仿真数据证明在实际中实现电动机的功率因数控制，能够降低生产成本，提高经济效率。通过仿真得出仿真结果，从而验证了功率因数
11、控制系统在节能方面应用的实际意义。 1.2国内外的研究现状功率因数校正的概念起源于1980年，但被重视和推广则在上个世纪80年代末期和90年代。通常有两大类PFC技术：一类是无源PFC技术；另一类是有源PFC技术。前者采用无源元件来改善输入功率因数，减少电流谐波，以满足标准要求。其特点是简单，但体积庞大、笨重，有些场合则无法满足要求；后者是用一个变换器串入整流滤波与DCDC变换器之间，通过特殊的控制，使输入电流跟随输入电压，从而实现单位功率因数，而且反馈输出电压使之稳定，从而使DCDC变换器的输入实现预稳。这种方法的特点是控制复杂，但体积大大减少。另外，第二级的设计也易于优化，进一步提高性能。
12、早期的有源功率因数校正(APFC)电路是晶闸管电路，进入70年代以后，随着电力电子器件的发展，开关变换技术突飞猛进，到了80年代，现代有源PFC技术应运而生，80年代的有源功率因数技术可以说是基于Boost变换器的功率因数校正的年代，在此期间的研究工作主要集中在对工作在连续导电模式(CCM)下的Boost变换器的研究上。这类变换器的各种控制方式一般是基于所谓乘法器(Multiplier)的原理，连续导电模式下的功率因数校正技术可以获得很大的功率和转换容量，但是对于大量应用的200W以下的中小功率容量的情形，却不是非常合适，因为这种方式往往需要较复杂的控制方式和电路，成本高。80年代末期提出了利
13、用工作在不连续导电模式(DCM)下的变换器进行功率因数校正的技术，由于其输入电流自动跟踪输入电压，因而也可实现接近1的输入功率因数。这种PFC技术在诸多文献中被称为自动功率因数校正技术，也称为电压跟随器(Voltage Follower)。这种有源功率因数校正技术因其控制简单(仅采用一个控制量，即输出电压)而备受青睐，但是一般不能应用于较大功率的场合。80年代是现代有源功率因数校正技术发展的初期阶段，这一时期提出的一些基本技术是有源功率因数校正技术的基础。从90年代至今，有源功率因数校正技术取得了长足的进步。目前，单相功率因数校正技术在电路拓扑和控制方面已日趋成熟，仍在发展，而三相整流器的功率
14、大，对电网污染更大。因此三相高功率因数技术的研究近年来成为研究热点。国外九十年代初开始涌现大量的有源功率因数校正的文献，国内在有源功率校正方面起步较晚，直到近年来才出现一些有关有源功率因数校正的文献，其中关于三相功率因数校正的文章不多。总之，应用现代高速开关器件及高频功率电子电路构成的功率因数校正电路已经成为PFC电路的主流。随着电力电子技术的发展，PFC技术也在发展。从资料上看，近几年功率因数校正技术的研究热点集中在以下几个方面： （1）新电路拓扑结构的提出； （2）把DCDC变换器中的新技术应用到AFC电路中(如：软开关技术、开关电源功率网络等)； （3）新型控制方法以及基于新电路结构的特
15、殊控制方法； 单级PFC以及稳压开关变换器的稳定性研究。 现有的功率因数校正技术给整流设备带来的附加成本和其复杂性，极大的限制着这一技术的广泛应用，因此低成本、结构简单、容易实现、具有软开关性能、响应速度快、低输出纹波的单级隔离高功率因数变换器是目前科研人员所追求的目标。1.3本文的主要研究内容 功率因数是反映电气设备从电源取得有功功率的物理量。提高异步电机的功率因数,降低其无功损耗,是电动机节能、高效率工作的有效方法。为了达到这一目的，本文采用AT89C51单片机实现异步电机的功率因数的采集与控制，本文研究的主要内容如下：本文在绪论中首先解释了异步电机功率因数的重要意义，以及国内外对功率因数研究的发展与现状。在第二章中，本文着重介绍了实现功率因数控制的原理，简要地概括了各自方法的优点、缺点及应用范围等。本文在第三章中介绍了本控制系统的硬件设计及控制方法。在第四章中，介绍了单片机控制系统中有关抗干扰设计的问题。2系统的工作原理2.1异步电机的工
