基于MATLAB的矿用电机车调速系统研究

论文摘要

矿用电机车电控系统有两种,一种是有触点的电控系统,另一种是脉冲调速系统。以晶闸管为主要元件的脉冲调速系统在矿用电机车中仍大量使用。晶闸管属于半控型器件,其控制极只能控制开通而不能控制其关断,在低速运行时,晶闸管一经导通后,如果不能根据需要关断,则电动机承受全部电压而失去控制,电机车全速运行。本文利用MATLAB软件对矿用电机车晶闸管脉冲调速系统的主电路进行建模并仿真,对影响安全运行的关键元器件进行了详细的分析。仿真结果表明晶闸管脉冲调速系统存在安全隐患。随着电子工业的飞速发展,一种新型的全控型电力器件(绝缘门极晶体管IGBT)开始在工业中得到广泛的应用,脉冲调速电控系统如采用全控型电力器件代替半控型元器件(晶闸管),将会大大简化控制电路。由于控制电路简单,便于实现数字化控制。本文对IGBT的调速原理进行分析,采用IGBT和集成PWM脉宽调制器SG3525为主要元件,设计出了双闭环可逆自动调速系统,并对该系统进行实验验证,实验结果表明该系统优于晶闸管直流调速系统,而且运行稳定,可以很方便实现可逆运行。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 本课题研究的目的和意义
• 1.2 直流调速的发展状况
• 1.3 本课题的研究内容
• 1.4 本章小结
• 2 矿用电机车晶闸管脉冲调速电控系统
• 2.1 脉冲调速原理和基本方式
• 2.1.1 脉冲调速原理
• 2.1.2 脉冲调速基本方式
• 2.2 矿用电机车晶闸管脉冲调速原理
• 2.2.1 架线式电机车晶闸管脉冲调速原理
• 2.2.2 主脉冲弛张振荡器
• 2.2.3 副脉冲弛张振荡器
• 2.2.4 脉冲放大器
• 2.2.5 双稳同步电路
• 2.2.6 方波发生器
• 2.2.7 调感控制器
• 2.2.8 低压闭锁与起动脉冲延时电路
• 2.3 脉冲调速主回路工作原理
• 2.4 晶闸管调速存在的问题
• 2.5 本章小结
• 3 矿用电机车晶闸管脉冲系统主电路仿真模型的建立
• 3.1 Matlab仿真软件的特点
• 3.2 PSB的模块、特点和仿真要点
• 3.2.1 PSB的主要特点
• 3.2.2 仿真要点
• 3.3 直流电动机数学模型的建立
• 3.3.1 用SIMULINK建立直流电动机模型
• 3.3.2 直流电动机模型参数的确定
• 3.3.3 直流电机模型参数的设置
• 3.4 用SIMULINK建立晶闸管脉冲调速系统主电路仿真电路
• 3.5 矿用电动机主电路仿真电路模型参数设置
• 3.6 本章小结
• 4 晶闸管直流脉冲调速系统仿真研究
• 4.1 电机车正常运行时的参数
• 4.2 辅晶闸管失效仿真研究
• 4.2.1 辅助晶闸管开路失效仿真模型的建立
• 4.2.2 辅助晶闸管击穿仿真原理
• 4.3 电容失效仿真研究
• 4.3.1 电容容量减小仿真研究
• 4.3.2 电容击穿失效仿真研究
• 4.4 电网电压过低或失压仿真研究
• 4.5 换流二极管仿真研究
• 4.5.1 换流二极管击穿的仿真研究
• 4.5.2 换流二极管开路的仿真研究
• 4.6 反向二极管的仿真研究
• 4.6.1 反向二极管击穿
• 4.6.2 反向二极管的开路仿真研究
• 4.7 本章小结
• 5 PWM直流电机调速系统设计
• 5.1 系统框图
• 5.2 工作原理
• 5.3 PWM控制信号的产生
• 5.4 电路构成
• 5.5 脉宽调制器SG3525的应用特点及控制功能分析
• 5.5.1 欠压锁定功能及软启动功能的实现
• 5.5.2 系统的故障关闭功能
• 5.5.3 波形的产生及控制方式分析
• 5.5.4 延时回路
• 5.6 直流电动机转速控制及正反控制的实现
• 5.7 双闭环可逆自动调速的实现
• 5.8 主电路元件参数的选择
• 5.9 实验结果
• 5.10 实验结果分析
• 5.11 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录