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同步电动机自控变频软起动技术研究

作 者: 王葆华
导 师: 徐殿国
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 电气工程
关键词: 同步电动机 自控式变频软起动 转子位置 锁相环 串联晶闸管阀组
分类号: TM341
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
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内容摘要


大型钢铁企业高炉鼓风机普遍采用大功率同步电动机拖动,但是大功率同步电动机起动困难使得其应用受到很大限制,在所有大功率同步电动机起动方式中,自控变频软起动不仅能够控制电机自由起停,而且具有其他起动方式不可比拟的优势,其起动时间、起动电流和功率因数等都可控,而目前国内钢铁企业采用的自控变频软起动装置大都采用进口设备,国产化的产品还没有出现。本文对同步电动机自控变频软起动装置的研制进行了较为深入的分析和研究,主要研究内容包括全数字控制系统的实现、全程无位置检测器检测转子位置、无冲击并网锁相环的设计、串联晶闸管阀组隔离同步触发技术等。本文首先对交-直-交电流型逆变器供电的同步电动机自控变频软起动装置的运行原理进行详细阐述,使用TMS320F2812型DSP处理器作为主控芯片完成所有对主变流回路的控制以及通信和保护等功能,充分利用软件资源以节省硬件消耗提高控制系统的集成性和可靠性。本文对静止转子位置采取突加励磁检测感应反电动势极性和幅值的方法判断实际转子位置,在低速运行状态采用断续换相,在中高速运行状态检测反电动势过零点的方法判断实际转子位置,采用负载换相,转速达到95%额定值进入同步整步过程,对无冲击并网的问题提出实现电压相位,频率,幅值锁定的工程算法,在实验室环境以3kW电机为控制对象实现了电机的无位置检测器软起动。针对10kV中压大功率同步电动机应用到的串联晶闸管阀组,本文还提出了一种新颖的串联晶闸管阀组隔离同步触发模块的实现方法,利用交直流输出可变电流源控制穿过一根高压电缆上的多个磁环变压器获得多路同步隔离触发信号,其隔离强度可达20kV以上,触发同步性误差不超过100ns,实际中压领域工程的可靠应用证明了本方法的可行性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-15
  1.1 课题背景及研究意义  9-12
  1.2 课题的研究现状及存在问题  12-13
  1.3 本文的主要研究内容  13-15
第2章 自控变频同步电动机工作原理  15-26
  2.1 引言  15
  2.2 自控变频同步电动机的结构  15-16
  2.3 电流型逆变器电枢磁动势  16-17
  2.4 运行原理  17-19
  2.5 晶闸管换相  19-22
    2.5.1 反电势换相法(负载换相法)  19-20
    2.5.2 断续换相法  20-21
    2.5.3 两种换相方法的切换  21-22
  2.6 自控式变频同步电动机的基本关系  22-23
    2.6.1 电机反电势与直流电压的关系  22
    2.6.2 电机转速与电网输入电压的关系  22-23
  2.7 同步电动机转子位置检测方法  23-25
    2.7.1 绝对位置编码转子位置检测法  24
    2.7.2 无位置传感器检测法  24-25
  2.8 本章小结  25-26
第3章 同步电机自控变频软起动系统的研制  26-44
  3.1 引言  26
  3.2 系统整体结构及主电路工作过程  26-27
  3.3 软起动系统的硬件设计  27-33
    3.3.1 电源供电系统设计  27-28
    3.3.2 信号检测调理电路设计  28-30
    3.3.3 触发驱动电路设计  30-31
    3.3.4 继电器控制电路设计  31-32
    3.3.5 通信接口设计  32
    3.3.6 硬件总体结构及外观  32-33
  3.4 软起动系统的软件设计  33-38
    3.4.1 主控制芯片介绍  33-34
    3.4.2 开发环境及软件中断  34-35
    3.4.3 资源分配  35-37
    3.4.4 控制策略框图及程序流程图  37-38
  3.5 变流桥控制及实验波形  38-43
    3.5.1 整流桥的控制  38-40
    3.5.2 逆变桥的控制  40-43
  3.6 本章小结  43-44
第4章 无位置检测器检测转子位置的方法  44-52
  4.1 引言  44
  4.2 静止转子位置检测  44-47
  4.3 低速转子位置检测  47
  4.4 中高速转子位置检测  47-50
  4.5 全程起动波形  50-51
  4.6 本章小结  51-52
第5章 同步电动机并网及软件锁相环研究  52-61
  5.1 引言  52
  5.2 同步电动机的并网要求  52
  5.3 锁相环理论及实现方法  52-54
    5.3.1 锁相环构成  52-53
    5.3.2 锁相环的实现算法  53-54
  5.4 软件锁相环实现  54-58
    5.4.1 整体控制策略及框图  54-55
    5.4.2 锁相环软件算法  55-58
  5.5 实验结果  58-60
  5.6 本章小结  60-61
第6章 中压晶闸管阀组隔离触发控制  61-72
  6.1 引言  61
  6.2 串联晶闸管理想驱动要求  61-63
  6.3 工程实现  63-67
    6.3.1 触发实现方法  63
    6.3.2 高频交直流输出可控电流源设计  63-67
  6.4 实验结果  67-71
  6.5 本章小结  71-72
结论  72-73
参考文献  73-76
附录  76-79
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  79-81
致谢  81

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 交流电机 > 同步电机
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