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交流电机变频/工频运行切换锁相同步控制系统

作　者: 陈文娅
导　师: 张加胜
学　校: 中国石油大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 锁相环单片机相位检测同步切换控制
分类号: TM34
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 239次
引　用: 1次
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内容摘要

传统的变频/工频运行切换控制只能实现交流电动机在切换前后运行频率和转向(相序)的一致,而由于切换前后交流电源的相位不同,往往会导致电机的电流和转矩发生较大的瞬时冲击性波动,对变频器、电网、电机及其负载都会带来严重冲击,同时会产生刺耳的噪声污染、缩短设备寿命,甚至会导致设备损坏。本课题以单片机数字化测控技术为核心,研究开发一种交流电机变频/工频运行切换锁相同步控制系统。主要研究内容包括:(1)强、弱电信号的频率与相位检测;(2)应用C8051F系列单片机实现包含变频器的锁相环(PLL)控制;(3)通过软件编程和系统调试完成变频/工频平滑切换的锁相同步控制系统。本论文设计实现了一种将变频器作为锁相环路中的一个环节—压控振荡器的系统组成方案;提出了一种鉴频/鉴相组合分时切换和以PI调节器取代低通滤波器的PLL新型控制方法;针对变频器输出PWM电压基波相位检测的困难,提出了一种新型PWM波相位检测电路和参数设计方法。本系统经单片机配合外围硬件实现智能化软件分析判断,通过PLL闭环自动调节变频器输出频率,与电网达到同频同相后,产生控制切换指令信号,使接触器发生切换,实现变频/工频平滑切换的锁相同步控制。通过计算机仿真和实验研究结果,证明了本系统方案及检测与控制方法的正确性与可行性。

全文目录

中文摘要  4-5
英文摘要  5-10
第1章前言  10-15
  1.1 变频/工频的应用及意义  10-11
  1.2 变频/工频切换对变频器和电机的影响  11-13
  1.3 变频/工频切换的研究现状及应用  13-14
  1.4 论文的主要内容  14-15
第2章变频/工频的理论分析与方案设计  15-22
  2.1 电机平稳切换的理论分析  15-17
  2.2 变频/工频的切换方式  17-20
    2.2.1 硬切换  18-19
    2.2.2 同步切换（软切换）  19-20
  2.3 变频/工频切换的方案设计  20-22
第3章变频/工频切换控制系统的构成及实现  22-37
  3.1 变频/工频切换系统的构成原理及硬件设计方案  22-24
    3.1.1 系统构成原理分析  22-23
    3.1.2 硬件设计方案  23-24
  3.2 变频器压/频转换功能  24-27
    3.2.1 变频器的基本构成  24-25
    3.2.2 压/频转换功能分析  25-27
  3.3 交流信号检测电路  27-31
    3.3.1 电网同步信号检测电路  28-29
    3.3.2 SPWM 输出电压波形相位检测电路  29-31
  3.4 变频/工频切换主电路设计  31-33
  3.5 LED 串行显示电路  33-37
    3.5.1 SPI 总线  33-34
    3.5.2 MC14489 的工作原理  34-37
第4章单片机控制系统的硬件电路设计  37-47
  4.1 C8051F 系列单片机的发展及特点  37-40
  4.2 C8051F015 资源配置  40-43
  4.3 单片机外围电路设计  43-47
第5章锁相环理论基础及鉴频/鉴相组合控制方案  47-53
  5.1 锁相环工作原理  47-51
    5.1.1 锁相环的基本原理  47-48
    5.1.2 锁相环的相位模型与传递函数  48-50
    5.1.3 锁相环的性能分析  50-51
  5.2 鉴频/鉴相组合分时切换控制方案  51-53
第6章系统控制软件设计及实验结果  53-72
  6.1 CYGNAL 开发工具  53-55
    6.1.1 CYGNAL 开发环境  53-54
    6.1.2 C8051F 编程语言  54-55
  6.2 系统的软件设计  55-65
    6.2.1 初始化模块  55-57
    6.2.2 主程序模块  57-62
    6.2.3 子程序模块  62-65
  6.3 系统的实验结果  65-72
    6.3.1 系统的实验构成  65
    6.3.2 实验结果及分析  65-72
第7章全文总结  72-74
参考文献  74-77
致谢  77-78
个人简历、在学期间的研究成果  78

交流电机变频/工频运行切换锁相同步控制系统

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