基于PIC的智能异步电机软起动器的研究

论文摘要

为了减小异步电机在起动过程中过高电流对电网的冲击,消除传统降压起动对电器和机械设备的不利影响,提高电机的起动特性,本文基于电力电子技术对异步电机的软起动进行了较为深刻的研究。本文介绍并设计了一种基于PIC18F4550的新型的软起动器。在功能上,除了具有一般的电压斜坡软起动和电流限流软起动功能,还增加了专门针对泵类负载的转矩闭环泵控软起动模式。这种起动方式有效的降低了水泵起动和停止时造成的水锤,并减轻了管路系统的振荡。同时,针对异步电动机软起动过程中出现的电流、电磁转矩以及转速振荡问题,分析了引起振荡的影响因素及其产生原因,采用以电流关断时刻为晶闸管触发基准来抑制振荡问题。文章首先分析研究了异步电机的基本结构和工作原理,确定了软起动器所采用的基本原理和控制方法。分析得出为改善泵类负载起动性能所采用的转矩闭环泵控制策略以及为减小振荡所采用的关断角控制方法的可行性。其次,本课题对传统的软起动器的改进进行了尝试。采用Microchip公司的PIC18F4550芯片为控制核心。在此基础上,详细介绍了交流采样电路、同步触发电路以及通迅接口电路等硬件电路。软件方面采用C语言和汇编语言混合编程实现模块化程序的设计,在文中较为详细地介绍了控制系统各部分软件的设计思想和实现,其中包括主程序流程、各种起动方式的控制程序等。在文章最后给出了基于MATLAB搭建的软起动系统的仿真模型,仿真结果表明这种带泵控制功能的软起动器可以有效的减小电机起动过程中过高电流对电网的冲击,优化了电机的起动性能。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景、目的和意义
• 1.2 电动机软起动原理及方法概述
• 1.2.1 异步电机的数学模型
• 1.2.2 晶闸管软起动技术原理
• 1.2.3 常见起动方式
• 1.3 国内外软起动器发展现状
• 1.4 本课题主要研究任务
• 1.5 本章小结
• 第二章 转矩闭环控制软起动方法的研究
• 2.1 直接起动水锤分析
• 2.2 采用传统起动方法时的水锤分析
• 2.3 采用泵控方法起动时的水锤分析
• 2.4 转矩闭环泵控制原理分析
• 2.5 电量检测及转矩测量的方法
• 2.5.1 交流采样法
• 2.5.2 交流采样的瞬时电量
• 2.5.3 转矩的测量方法
• 2.5.4 转矩的推算
• 2.6 本章小结
• 第三章 起动过程中电流及电磁转矩振荡分析
• 3.1 振荡现象产生的原因
• 3.2 振荡的解决方法
• 3.3 本章小结
• 第四章 硬件电路设计
• 4.1 系统的总体结构设计
• 4.2 软起动器主控芯片的选择
• 4.3 电量检测电路
• 4.4 同步信号产生电路
• 4.5 通讯接口设计
• 4.6 本章小结
• 第五章 软件设计
• 5.1 系统主体软件结构设计
• 5.2 电参量的采集程序设计
• 5.3 移相控制程序设计
• 5.4 各种软起动控制方式程序设计
• 5.4.1 斜坡电压软起动程序流程
• 5.4.2 电流限流软起动程序流程
• 5.4.3 转矩闭环控制程序流程
• 5.5 系统故障检测程序设计
• 5.6 本章小结
• 第六章 建模与仿真结果分析
• 6.1 仿真模型的建立
• 6.1.1 仿真工具介绍
• 6.1.2 基本单元参数设置
• 6.1.3 触发角控制模块
• 6.2 软起动建模与仿真
• 6.3 软起动仿真结果分析
• 6.4 本章小结
• 结束语
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢