具有离散变频功能的软起动器研究--《哈尔滨工业大学》2007年硕士论文
具有离散变频功能的软起动器研究
【摘要】：
软起动器是一种集电机软起动、软停机、轻载节能和多种保护功能于一体的新型电机控制装置,相比于传统的起动器,它突出的优点体现在输出电压连续可调、能够无级的调节电机起动、冲击转矩和冲击电流小、控制简便以及体积小等方面。随着电力电子元器件的发展,异步电机的软起动技术已经日趋成熟,其功能也越来越多。本文通过分析软起动技术的发展现状,查阅国内外大量文献,对软起动器的多种功能进行了研究,并独立开发了一套软起动设备。主要研究内容包括:
通过对软起动器控制下异步电动机的动态模型分析,得到了异步电动机软起动过程中的状态方程,并建立了软起动系统的仿真模型。通过将不同触发角下的仿真结果与实际测量结果对比,验证了所建仿真模型的准确性。
在所建仿真模型的基础上,提出了利用输出电压的基波幅值作为输出电压的期望值。通过对软起动器输出电压的定量分析,得到了触发角、续流角和输出电压基波幅值之间的近似关系。以此作为理论依据,实现了异步电动机的斜坡电压软起动、限流起动和软停车等功能。此外,本文还研究了异步电动机的故障检测和反时限动作特性,实现了电动机异常状态下的故障保护功能。
为了提高电机的软起动转矩,拓宽软起动器的应用范围,本系统中除了基本的软起动方式及其故障保护功能以外,还增加了离散变频软起动的功能。文中通过对离散变频输出电压的频谱分析和三相电压基波相位分析,得到了离散变频对电动机的起动转矩的影响。并以此为依据对变频软起动的过渡频率进行选择,实现了异步电机的离散变频软起动。此外,文中还对离散变频软起动的负面效应进行了研究,提出了一些相应的改进措施和解决方案。
最后,本文研制了具有离散变频功能的软起动器控制系统,介绍了整个系统的软硬件实现,并做了相关的实验研究。新型软起动控制器兼有软起动器的优良性能又满足了重载起动的要求。
【关键词】：
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2007【分类号】：TM573【目录】：
Abstract5-10
第1章 绪论10-17
1.1 课题背景10-11
1.2 国内外发展现状11
1.3 晶闸管调压原理分析11-13
1.4 晶闸管软起动器的优势及弊端13-14
1.5 软起动器的基本功能14-15
1.5.1 斜坡电压起动功能14
1.5.2 限流起动功能14
1.5.3 软停车14-15
1.6 获取离散频率的原理15-16
1.7 本文研究的主要内容16-17
第2章 软起动器建模仿真17-25
2.1 异步电动机的动态模型17-20
2.2 软起动过程中的电机状态20-21
2.2.1 三相全导通的情况20
2.2.2 三相全不导通的情况20-21
2.2.3 电机两相导通21
2.3 利用Simulink 建立的软起动器仿真模型21-22
2.4 仿真模型的验证22-23
2.5 仿真结果分析23-24
2.6 本章小结24-25
第3章 软起动及故障保护功能的实现25-37
3.1 触发角的移相范围与电机的工作状态25-27
3.2 电压斜坡软起动27-31
3.2.1 输出电压的表达式27
3.2.2 利用傅立叶级数求输出电压的基波27-28
3.2.3 触发角与输出电压的关系28-29
3.2.4 续流角对输出电压的影响29-30
3.2.5 斜坡电压的实现30-31
3.3 限流软起动的实现31-33
3.3.1 ADC 转换中零点基准的问题31-32
3.3.2 Q 格式和计算溢出的问题32
3.3.3 电流闭环的控制32-33
3.4 软停车功能33
3.5 电机的故障保护33-36
3.5.1 电机的故障种类及其判定33-35
3.5.2 反时限特性的实现35-36
3.6 本章小结36-37
第4章 离散变频软起动技术37-49
4.1 离散变频输出电压分析37-41
4.1.1 输出电压的表示方法38
4.1.2 输出电压的频谱分析38-40
4.1.3 分频后ABC 三相的相位关系40-41
4.2 离散分频的起动力矩41-44
4.2.1 3n+1 分频下的起动转矩42-43
4.2.2 非对称分频的起动转矩分析43-44
4.3 离散变频软起动的频率选择44
4.4 减小转矩振荡的措施44-46
4.4.1 等效正弦触发控制45
4.4.2 等效正弦触发控制的缺点及其改进措施45-46
4.5 离散变频和软起动之间的过渡46-48
4.6 本章小结48-49
第5章 系统的软硬件设计49-62
5.1 软起动控制器的硬件系统设计49-55
5.1.1 DSP 控制系统电路50
5.1.2 同步脉冲形成电路50-52
5.1.3 偏置电路52
5.1.4 电压检测电路52-53
5.1.5 电流检测电路53-54
5.1.6 触发脉冲生成电路54-55
5.2 软起动控制器的软件设计55-59
5.2.1 DSP2407A 的外设模块55-56
5.2.2 DSP 软件结构设计56-59
5.3 系统样机及测试波形59-61
5.4 本章小结61-62
参考文献63-67
附录1 离散变频软起动控制系统框图67-68
附录2 电路原理图68-70
攻读学位期间发表的学术论文70-72
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