基于现场总线的异步电动机综合控制系统研究

论文摘要

随着经济的发展,许多行业的生产规模越来越大,使用高压电机的数量越来越多,范围也越来越广。众所周知高压异步电动机直接起动存在着诸多的弊端;电机轻载运行时,功率损耗增大,效率和功率因数都将大大降低;多台异步电动机运行时,上位机与控制器之间的通信比较复杂。因此对异步电动机实施有效的控制,避免电机对电网造成冲击,保证电机的节能运行,使上位机对电机的群控具有十分重要的意义。本文首先介绍了高压异步电动机软起动节能控制以及现场总线技术在国内外发展的现状。分析了异步电动机在起动过程中电流和转矩的变化情况。介绍了晶闸管调压电路的原理以及目前软起动器的起动方式,本文采用晶闸管调压方式。利用MATLAB搭建了高压异步电动机软起动控制的仿真模型,对限流和电压斜坡软起动控制方式分别进行仿真。仿真结果表明软起动控制可以有效地减小高压异步电动机的起动电流,使电机平稳起动。其次,分析了异步电动机的损耗和功率。研究了异步电动机功率因数角的变化规律,功率因数角对晶闸管输出电压的影响以及功率因数角的检测方法,提出了异步电动机在轻载或空载运行时功率因数角闭环节能控制策略。利用MATLAB搭建了异步电动机节能控制的仿真模型,并进行了仿真。仿真结果表明,采用功率因数角闭环控制节能效果明显。再次,研究了晶闸管串联技术的核心问题,静态均压和动态均压问题。利用PSPICE搭建了晶闸管串联的仿真模型,并对未采用均压电路和采用均压电路进行了仿真。经大量的仿真确定了均压电路的参数。仿真结果表明,采用此均压电路可以解决串联晶闸管存在的电压不均匀问题,很好地完成多个晶闸管串联均压。最后,对6kV的高压异步电动机控制系统进行了软件、硬件的设计。硬件部分主要对电流电压检测电路,同步信号检测电路,电流电压过零检测电路,CAN总线接口电路等进行了设计。软件部分论述了整体设计,给出了主流程图,对调压软起动模块,节能模块,CAN通信模块等模块的编程思想和主要实施手段进行了说明。对上位机监控界面进行了设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景
• 1.1.1 异步电动机的起动
• 1.1.2 异步电动机的节能控制
• 1.1.3 现场总线技术
• 1.2 国外在高压异步电动机软起动节能方面的发展现状
• 1.3 国内在高压异步电动机软起动节能方面的发展现状
• 1.4 本课题研究的主要内容
• 第2章 高压异步电动机软起动控制规律研究
• 2.1 异步电动机起动过程的分析
• 2.2 交流调压软起动的原理
• 2.3 交流调压软起动的方式
• 2.4 高压异步电机软起动系统的仿真
• 2.4.1 负载端电压与触发角α之间的关系
• 2.4.2 系统的仿真模型
• 2.4.3 仿真结果
• 2.5 本章小结
• 第3章 高压异步电动机节能控制研究
• 3.1 异步电动机损耗的分析
• 3.1.1 恒定损耗
• 3.1.2 负载损耗
• 3.1.3 杂散损耗
• 3.2 异步电动机的功率关系
• 3.3 异步电动机调压节能的基本原理
• 3.4 异步电动机节能控制策略
• 3.4.1 异步电动机功率因数角的变化规律
• 3.4.2 异步电动机功率因数角对晶闸管输出电压的影响
• 3.4.3 电动机功率因数角的检测
• 3.4.4 异步电动机节能控制器控制量的选择
• 3.5 异步电动机节能控制的仿真
• 3.6 本章小结
• 第4章 控制系统的硬件设计
• 4.1 主电路的设计
• 4.1.1 晶闸管的串联
• 4.1.2 晶闸管串联使用的均压仿真分析
• 4.2 控制电路的设计
• 4.2.1 电流检测电路
• 4.2.2 电压检测电路
• 4.2.3 同步信号检测电路
• 4.2.4 触发电路
• 4.2.5 微控制器
• 4.3 CAN总线的接口设计
• 4.3.1 SJA1000独立CAN控制器简介
• 4.3.2 82C250 CAN总线驱动器的简介
• 4.3.3 CAN总线接口的硬件设计
• 4.4 串口通信电路的设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 控制系统的软件设计
• 5.1 主程序
• 5.2 软起动模块
• 5.2.1 斜坡起动控制模式
• 5.2.2 限流起动控制模式
• 5.3 节能模块
• 5.4 CAN通信程序设计
• 5.4.1 CAN网络初始化模块
• 5.4.2 发送处理模块
• 5.4.3 接收处理模块
• 5.5 监控界面介绍
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢