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离散变频软起动及节能控制系统的研究与设计

作　者: 吴昊
导　师: 李冬辉
学　校: 天津大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 重载起动离散变频功率因数轻载节能最佳调整电压
分类号: TM343.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 52次
引　用: 3次
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内容摘要

三相异步电动机因具有结构简单、运行可靠以及价格低廉等优点而被广泛应用于各行各业中。随着各领域生产机械的不断更新和发展,对电动机的起动性能要求越来越高。传统的软起动器通过改变电机定子电压减小了起动电流,但同时也限制了起动转矩的大小,不利于应用到需要重载起动的场合。本文引入离散变频技术,在不改变晶闸管主电路的情况下,通过控制晶闸管的导通,有选择的使电源半波通过,达到变频的效果,提高了起动转矩。此外,异步电动机在轻载运行时,效率和功率因数都大大降低,能源消耗严重,而软起动器自身具有对电压控制的能力,在电动机轻载运行状态时,可以通过调压进行节能运行。论文首先分析了离散变频软起动的原理,确定了离散变频的最佳切换频段;利用等效正弦控制策略抑制工频谐波对离散频段的影响;为了实现各个频段的顺利切换,总结了频段切换的基本原则;采用晶闸管两端截止电压信号检测功率因数角,从而利用功率因数角实现无速度传感器检测,并实现功率因数角闭环控制策略。其次,本文根据最佳电压与最佳功率因数、最佳效率之间的关系,设计了基于最佳调整电压的控制策略,给出了相应的控制算法,仿真验证该方案节能效果明显。最后,基于dsPIC30F4011单片机对晶闸管软起动控制系统进行了软、硬件设计。基于上述理论,本文利用MATLAB仿真软件,对基于等效正弦策略的离散变频软起动和常规软起动控制方法进行了仿真,证明了离散变频方法在重载起动场合下的优越性;对各部分硬件模块进行了实验,验证了控制电路的正确性。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-14
  1.1 引言  8-9
  1.2 三相交流异步电机的起动方法  9-11
    1.2.1 重载起动方法  9-10
    1.2.2 变压变频起动方法  10-11
  1.3 三相异步电机软起动研究现状和发展方向  11-13
  1.4 课题研究的主要内容  13-14
第二章离散变频软起动的实现方式及控制策略  14-34
  2.1 晶闸管控制电机的调压原理  14-15
  2.2 离散变频技术  15-20
    2.2.1 降低电源频率提高起动转矩的基本原理  15
    2.2.2 离散变频技术  15-16
    2.2.3 离散频率的相序分析  16-20
  2.3 离散频段的选取  20-23
    2.3.1 离散频段确定依据  21
    2.3.2 过渡频段的选择  21-23
  2.4 离散变频的谐波影响及频段切换研究  23-27
    2.4.1 离散变频电压的谐波分析  23-24
    2.4.2 等效正弦控制策略  24-25
    2.4.3 频段切换过程研究  25-27
  2.5 离散变频控制策略研究  27-33
    2.5.1 晶闸管输出电压研究  28-29
    2.5.2 电动机功率因数角检测  29-30
    2.5.3 电机转速测量方法  30-31
    2.5.4 功率因数角闭环控制策略  31-33
  2.6 本章小结  33-34
第三章三相交流异步电机节能控制系统的研究  34-45
  3.1 概述  34
  3.2 异步电机调压节能工作原理  34-37
    3.2.1 损耗及效率分析  35-36
    3.2.2 功率因数分析  36-37
  3.3 异步电机节能控制的基本方法比较  37-38
  3.4 最佳调整电压控制方法  38-44
    3.4.1 经济运行判断标准  38-40
    3.4.2 基于最佳调整电压法的控制策略  40-41
    3.4.3 节能调压控制算法  41-43
    3.4.4 轻载调压节能仿真分析  43-44
  3.5 本章小结  44-45
第四章离散变频软起动及节能控制系统的数字化设计  45-60
  4.1 离散变频软起动控制系统的硬件设计  45-53
    4.1.1 硬件系统总体设计  45-46
    4.1.2 主电路设计  46-47
    4.1.3 同步电压信号检测电路  47-49
    4.1.4 晶闸管截止电压信号检测电路  49-50
    4.1.5 电压电流检测电路  50-51
    4.1.6 晶闸管触发电路  51-52
    4.1.7 电源电路  52-53
  4.2 离散变频软起动控制系统的软件设计  53-58
    4.2.1 主程序设计  53-55
    4.2.2 离散变频软起动程序设计  55-56
    4.2.3 功率因数角检测程序设计  56-57
    4.2.4 晶闸管触发脉冲程序设计  57
    4.2.5 模拟信号采集程序设计  57-58
  4.3 软硬件抗干扰设计  58-59
  4.4 本章小结  59-60
第五章仿真及实验验证分析  60-65
  5.1 仿真实验分析  60-62
  5.2 实验装置介绍  62-63
  5.3 实验结果分析  63-64
  5.4 本章小结  64-65
结束语  65-66
参考文献  66-69
发表论文和科研情况说明  69-70
致谢  70

离散变频软起动及节能控制系统的研究与设计

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