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基于C8051F的空预器同步切换系统研究

作　者: 张伊辉
导　师: 郑岗；赵跃
学　校: 西安理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 回转式空预器变频-工频同步切换锁相环技术 C8051F单片机
分类号: TM621.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

回转式空气预热器(以下简称空预器)是大型火电锅炉必备的空气预热设备,其主体是一个转动惯量很大的蓄热元件转子,通过电机来进行驱动。为降低空预器的漏风率,如今普遍采用中心驱动方式来代替传统的围带驱动,中心驱动方式对驱动机构的要求非常高,需要电机提供很大的起动力矩。由于变频器具有很好的起动性能,可以提供空预器所需要的大起动力矩,因此中心驱动的空预器大都采用变频器作为软起动器,起动完成后再将驱动电机由变频电源切换至工频电源。在工程实践中,大功率电机变频转工频做得并不成功。在变频-工频电源切换瞬间,由于二者相位的不一致会产生很大的冲击电流而导致切换失败,这不仅达不到软起动的效果还会影响电网上其他设备的正常工作,严重时甚至会损坏机械设备。本文首先分析了变频-工频切换瞬间产生过电流冲击的原因,在此基础上引入了锁相环技术,将变频器作为压控振荡器(VCO)组成锁相环;然后通过理论分析和软件仿真论证了用软件锁相技术实现变频电源与工频电源相位锁定的可行性;最后,详细介绍了以C8051F单片机为核心的同步切换控制器的软硬件设计,该控制器利用软件锁相技术成功实现了变频与工频电源的相位锁定,并在二者接近同频同相的情况下完成同步切换操作。实验表明该控制器可有效消除切换瞬间的过电流冲击问题,实现空预器变频-工频的无扰切换。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-12
  1.1 课题的研究背景  7-8
  1.2 大功率电机变频转工频存在的问题  8-9
  1.3 国内外变频转工频切换技术的研究现状  9-10
    1.3.1 延时切换  9
    1.3.2 同步切换  9-10
  1.4 本课题的主要研究工作  10-12
2 同步切换系统方案论证  12-24
  2.1 大功率电机平稳切换的理论分析  12-13
  2.2 同步切换系统的设计思路  13-16
    2.2.1 锁相环构成及工作原理  13-14
    2.2.2 变频器作为压控振荡器（VCO）的数学模型  14
    2.2.3 基于锁相环技术的同步切换系统相位数学模型  14-16
  2.3 同步切换系统总体方案的确定  16-17
  2.4 同步切换系统锁相控制环节的软件实现  17-18
    2.4.1 鉴相（PD）  17-18
    2.4.2 环路滤波器（LF）  18
  2.5 同步切换系统仿真建模  18-21
    2.5.1 电网电压仿真模型  19
    2.5.2 变频器输出电压仿真模型  19-20
    2.5.3 延迟模块  20-21
  2.6 SIMULINK 仿真实验  21-24
3 同步切换系统硬件电路设计  24-35
  3.1 系统总体结构设计  24
  3.2 微控制器的选取及其特性描述  24-27
  3.3 电压信号采集电路设计  27-29
    3.3.1 低通滤波电路设计  27-28
    3.3.2 信号变换电路设计  28-29
  3.4 微控制器输出电路设计  29
  3.5 微控制器切换控制电路设计  29-31
  3.6 硬件电路抗干扰设计  31-35
4 同步切换系统软件设计  35-46
  4.1 CYGNAL C8051F 微控制器开发工具  35-37
    4.1.1 C8051F 开发工具简介  35
    4.1.2 CygnalIDE 集成开发环境  35-36
    4.1.3 集成开发环境与目标系统连接  36-37
  4.2 同步切换系统软件设计  37-44
    4.2.1 编程语言  37
    4.2.2 切换系统主程序  37-38
    4.2.3 系统初始化  38-41
    4.2.4 锁相控制程序  41-44
  4.3 系统的软件抗干扰技术  44-46
5 实验结果  46-49
6 总结与展望  49-50
致谢  50-51
参考文献  51-53
作者在攻读硕士期间所发表的论文  53

基于C8051F的空预器同步切换系统研究

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