PIC单片机的同步电动机励磁控制系统

同步电动机运行稳定性和可靠性对工业生产有重要的影响。单片机用于同步电动机励磁控制由于软件丰富，能使励磁装置结构简化、功能增多且易于实现复杂的控制规律，同时还具有参数整定灵活，使用维护方便和故障自诊断功能。目前，国内许多基于单片机的同步电动机励磁控制系统与传统的模拟励磁控制系统相比性能有很大的提高，但因为采用的单片机内部资源较少使得单片机外围电路复杂，其内部控制程序采用查表的方法，这样影响了整个励磁控制系统的精度、快速性和稳定性。PIC16F877单片机内部资源丰富，广泛应用于工业控制领域。我们研制了基于PIC16F877单片机的同步电动机新型智能励磁控制系统，控制程序可以实时计算，利用内部的捕捉单元可以很容易实现自动投励、全压投切电路。同时我们通过控制晶闸管移相整流模块的控制端电压来控制整流模块的输出，使得整个系统硬件电路简单、调试维护方便、系统性能较高。

2 系统组成与工作原理

同步电动机新型智能励磁控制系统的硬件结构图如图1所示。包括整流变压器、晶闸管移相整流模块、灭磁电路、投励投全压信号转换电路、励磁电流反馈信号转换电路、PIC单片机控制电路、键盘及液晶显示电路、保护跳闸电路、RS-232C接口电路。

当同步电动机的定子合上电源时，同步电动机进入异步运行状态，通过单片机的I/O口控制灭磁继电器使灭磁电路工作，转子感应交变电压的正负半波都通过灭磁电阻，且正负半波电流对称，以保证同步电动机具有良好的异步驱动特性。在此期间单片机控制晶闸管移相整流模块的输出为零。同步发电机的投全压、投励时刻通过检测电机的滑差确定。当转速上升到同步转速的90%左右投全压;当转速上升到同步转速的95%左右采用“超前顺极性投励”方式，自动准确的选择在最佳的分离角处投励。同时系统具有后备时间投全压、投励环节(可以通过键盘设置)。投励之后，断开灭磁电路，单片机PWM输出引脚的输出经光耦隔离、施密特整型电路、滤波电路之后控制晶闸管移相整流模块的控制端电压，晶闸管移相整流模块的输出直流电压施加于电动机励磁绕组两端，同步电动机被牵入同步运行，起动完毕。

同步电动机正常运行时，系统对励磁电流进行闭环PID调节实现恒流励磁，励磁电流不受交流电网波动及励磁绕组热态电阻变化的影响，并且可以通过键盘改变励磁电流的大小。通过调节励磁电流的大小可以调节同步电动机的功率因数。