中国工程论文网
代写工程论文
当前位置:工程论文网 > 电力工程论文 > 基于DSP的分级变频软起动器的研究与设计

基于DSP的分级变频软起动器的研究与设计

时间:2017-11-19 19:30来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是电力工程论文,本文旨在进一步挖掘分级变频理论所蕴藏的实际价值,研究和解决分级变频理论在联系实际中所遇到的关键问题,使这一技术得到进一步的发展与应用。
1  绪论 
 
尼古拉·特斯拉(U.S.,1856~1943)交流电系统的奠基人,有着多项开创性和革命性的发明,在这些发明里,给大众带来最大利益的莫过于三相交流电机。三相交流电机遍布全球的每一个角落,不仅促进了工业的发展、推动了科学的进步、而且提高了人们生活上的享受,它已经成为世界不可或缺的组成部分。交流电动机是一种将电能转换为机械能的传动设备,具有优化产业结构和淘汰落后技术和工艺的功能,其也毫不逊色的担负起了国民经济的命脉[1]。据相关统计,在交流传动系统当中由异步电动机作为动力源的大约占总数的 90%,异步电动机的运动控制已经成为电机控制技术的主要研究方向。 纵使多项优点集于一身的三相异步电机依然存在缺陷,即直接起动时会产生较大的起动电流,约为额定值得 4~7 倍,重载情况下或者较大功率的电机,起动电流甚至可达到额定电流的 10 多倍以上,这不仅会对电网造成很大的冲击,甚至影响网络上的其它负载,而且持续的过流会使电动机发热严重,加速电机线路的风化,影响绝缘,无形的降低了电机的使用年限[2]。电流尖峰所带来电动力激增也会使电动机绕组间及绕组端接部分发生位移和变形,若电动机的制作工艺不够优良,长期使用下,电动机绕组之间容易发生匝间短路,结果就是电机损坏,甚至造成人员伤亡。因此,研究电机的起动与电机调速同等重要,在电机的起动过程中如何降低起动电流,而且保持较高的起动转矩,似乎是国内外专家永远也研究不完的话题。下节本文将对现有的异步电机的起动方式做一下简单的介绍。
 
1.1  异步电动机起动方式探讨 
正是因为异步电机存在起动问题所以衍生出了较多的辅助起动措施,如适合 PLC 控制的有触点继电器控制,和近代发展起来的电子式软起动控制。不论是那种控制方式,都需要对电机的运行原理及起动特性有比较深入的了解。间接的降压起动方式有助于避免大功率的电机在局域电网上的起动产生不利影响,但是它们只是相对减小了冲击的强度,并未在本质上消除冲击问题。而且,起动装置大多采用的是继电器,接触器等有触点系统,所以无法保证起动电压线性平滑的变化,带来的缺陷就是负载适应能力差、起动电流存在二次冲击、维修不便等。随着工业现代化及机械自动化提高,这一矛盾也日益突出。在 20 世纪末期,功率器件已经得到了长足的发展,并且在电机控制领域也得到了应用及逐渐的普及,这便促使了基于交流调压原理的电子软起动器诞生。 
.........
 
2  分级变频的理论分析
 
2.1  单相的 AC-AC 变换原理 
电子软起动器是 AC-AC 变换的一个典型应用,以交流调功或交流调压为基础的,加之特定的触发角控制方式即形成了相应的软起动模式。简单的 AC-AC 变换就是采用两个反并联晶闸管或双向晶闸管,实现对交流电压正半周和负半周的分别控制。当晶闸管工作于相控模式下,由此可以方便地改变输出电压大小;当晶闸管工作于类接触器工作模式,可以实现电路前后的通、断控制。因此 AC-AC 变换电路不仅可用于调压而且还可以调功。至于调压,可用于异步电动机的软起动、调压调速;至于调功,可以调节交流负载的功率等[12]。交流调压即可用于单相系统,也可用于三相系统。对于惯性大的负载而言,有时没有必要对工频电压的每个周期进行反复的控制,所以可以采用周期控制。所谓周期控制即在电压过零时控制晶闸管导通或关断若干周期,通过改变导通或关断周波数来调节交流电压大小,也即交流调功控制方式。就如同点动控制一样,只不过点动的开始和结束均在电压的过零点。交流调功的具体原理如图 2.1所示。交流调功电路的输出电压时有时无,虽然在均值上减小了电压值,但这种调节会造成电压瞬时值的不连续变化。如果用于异步电机的调压调速,突变的电压瞬时值会导致电机不断地出现类似于重合闸而引起的过电流,对电机造成反复的冲击,因此电机的调压调速不经常采用这种方法。 
.......
 
2.2  三相系统的分级变频 
在简单的分析了单相分级变频如何实现之后,本节将讨论三相电压的分级变频。三相系统的分级变频与单相分级变频原理上基本类似,但对于三相供电系统的分频要比单相要复杂的多。分级变频的目的是为了解决电机的起动问题,工频分频后所得到的子频率可能无法产生正向的转矩,基波相位也可能不对称。所以需要考虑分频后电源的相序、相位,完成分级变频还需考虑频段选择,以及频段之间的切换问题。电机起动时输出电磁转矩需大于额定转矩,即正向电磁转矩占主导作用,否则电机将无法正常起动,这种情况下负向电磁转矩充当的是反方向力矩作用,此时相当于电机超额定负载运行,势必会对电机带来较大的电流冲击。由公式可知,只需电机端电压中的正序分量最大,而负序分量最小,便可满足电机的起动要求。正序,负序电压的含量又可以通过改变相位组合来调节,所以在众多的可选相位中必须选择最佳的相位组合。
........
 
3  分级变频软起动器的控制方法及仿真 ...... 20
3.1  恒压频比控制方法 .... 20 
3.2  触发角控制策略 ........ 21
3.3  功率因数角校正 ........ 26 
3.4  系统建模与仿真 ........ 29 
3.5  仿真结果 .... 32 
3.6  本章小结 .... 35 
4  软起动器硬件系统设计 ...... 36 
4.1  交流调压主电路 ........ 37 
4.2 DSP 外围电路设计 ..... 38 
4.3  系统电源电路 .... 40 
4.4  信号调理电路 .... 41
4.5  晶闸管驱动电路 ........ 44 
4.6  继电器控制电路 ........ 45 
4.7  系统保护电路 .... 45 
4.8  本章小结 .... 46
5  软起动器控制系统设计 ...... 47 
5.1 CCS 开发环境 .... 47
5.2  系统主程序设计 ........ 48
5.3  系统初始化及自检程序 .... 48 
5.4  外设程序设计 .... 49  
 
6  实验总结 
 
对分级变频进行了详尽的理论和仿真分析之后,利用现有的条件,对所设计的这款软起动系统进行实验,该款软起动器具有斜坡电压起动、限流起动和分级变频起动功能,而且可以通过人机界面选择起动模式和修改参数。
 
6.1  功能模块实验
本文对电机进行了功率因数角未补偿和补偿两种情况下的斜坡电压软起动实验,得到电流的起动波形如图 6.1 所示。从图中可以看出采用功率因数角补偿控制,如图 6.1(a)所示,较开环控制如图 6.1(b)所示,电机电流的变化平稳,基本上没有出现较大幅度且持久的振荡现象。从而验证了功率因数角补偿控制方法的有效性。在整个系统中,晶闸管触发环节是本设计中非常重要的一部分。DSP 能否正确有效的给晶闸管发出导通信号,对于分级变频有着重要的影响。所以必须保证分级变频的触发脉冲有正确的时序。在分级变频软起动实验之前有必要对分级变频的触发脉冲时序进行观察,以避免晶闸管门极触发次序的混乱。图 6.2 为 A,B,C 三相的分级变频软起动过程中的脉冲时序以及局部的七分频脉冲分配,为了便于观察,此实验采用固定角度的触发方式。  
.......
 
结论 
 
异步电机作为重工业的主要动力来源,起动问题不容忽视。一般情况下,大功率的电机直接起动,会对电网及设备产生较大的冲击,为了避免这些问题,人们采用间接的电机起动方法。虽然这些方法对电机的起动有一些帮助,但不能从根本上解决冲击电流的问题,同时存在重复性差,机械损耗大,事故率高和维护难的特点。 文章的开篇通过分析电机起动特性,解释了为什么会出现过流,进而引入电子软起动技术的概念、特点,以及目前较常见的电子软起动方式。所有的软起动方式都基于晶闸管调压电路,紧接着对这几种软起动方式进行了比较分析,着重介绍了一项新技术分级变频。 在分析了分级变频原理的基础之上,将等效正弦控制方法引入分级变频,并将功率因数角作为系统的控制反馈量来调节触发角。在 MATLAB/Simulink 环境下,分阶段完成了异步电机分级变频软起动控制系统的仿真,确定了这种控制方式对分级变频软起动有较好的改善效果。 在硬件方面,系统以 TMS320F28335 处理器为核心,完成了包括 DSP 外围电路设计和数据采集及信号处理电路和晶闸管的触发电路等多个部分的自主设计。信号调理时选择合适的处理方案,避免了器件参数变化影响信号可靠性;增加滤波环节,提高信号的准确性。触发电路输出的脉冲具有足够的功率、触发脉冲与晶闸管的输入电压保持同步、能满足主电路移相范围的要求且具有一定的宽度和较陡的前沿。 在软件方面,构建了详细的程序流程图,将程序模块化,考虑各模块的独特性及其实现方法,再考虑整个程序的整体性与连续性。分级变频软起动器软件的设计是该系统的重点也是难点所在,主要体现在等效正弦控制算法,输入信号同步与脉冲产生程序,功率因数角校正程序,以及各种保护程序的实现,程序较大,结构复杂。 最终通过对所设计的软起动系统进行实验,获得了比较圆满的结果,不仅验证了本文所研究的理论的正确性,还为电机增加了一种起动方式。 
.........
参考文献(略)
(责任编辑:gufeng)
顶一下
(0)
0%
踩一下
(0)
0%
------分隔线----------------------------
发表评论
请自觉遵守互联网相关的政策法规,严禁发布色情、暴力、反动的言论。
评价:
栏目列表
点击提交代写需求
点击提交代写需求
点击提交代写需求
推荐内容