PIC24HJ128GP204的同步电动机智能励磁控制系统设计
基于PIC单片机设计的同步电动机新型智能励磁控制系统，利用PIC24HJ128GP204单片机的捕捉单元及方波转换电路方便、准确的在同步电动机进入“亚同步”状态时投励完全消除了电机起动过程中的脉振和投励冲击现象;外围电路简单系统实时性强;软件设计采取了抗外界干扰措施，使系统具有较强的环境适应性和较高的可靠性。PIC24HJ128GP204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PIC24HJ128GP204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。
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。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。
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。
硬件电路设计
PIC24HJ128GP204单片机控制单元
PIC24HJ128GP204具有高性能类RISCCPU，20MHz时钟输入时，指令周期为200ns，8K字(14位字长)的FLASH程序存储器，368字节的RAM，256字节的EEPROM，带有片内RC振荡器的WDT以保证可靠工作[3]。PIC24HJ128GP204有强大的外围功能模块，有三个定时器，16位捕捉输入的最大分辨率为12.5ns，脉宽调制(PWM)输出的最大分辨率为10位，10位多通道A/D转换器。PIC24HJ128GP204还具有多达14个的内部/外部中断源。
失步保护电路
同步电动机失步时会在其转子回路产生不衰减的交变电流分量，通过测取转子励磁回路分流器上的交变电流信号，对其波形特征进行分析即可快速、准确判断电机是否失步。电动机失步是很严重的事故，必须快速、准确的判断。因此我们把失步毫伏信号通过放大电路、比较电路转换成方波信号经光耦隔离接到PIC单片机的外部中断输入管脚。单片机通过检测方波信号的频率来判断电机是否失步，还是励磁回路产生了同步振荡。失步信号转换电路如图3所示。
当电机失步后，立即封锁PWM输出，复位投励继电器，使电机进入异步驱动阶段。此后电机转速上升，待进入临界滑差后，按准确强励对电机实施整步，使电机恢复到同步状态。如整步失败，单片机发出跳闸信号动作于跳闸回路，保护继电器动作，液晶显示“失步”。
