高压软起动装置光纤触发及控制系统设计研究

论文摘要

在发达的工业化国家,三相感应电动机消耗了大约70%的电能。电机直接起动对电网和其自身均存在较大的冲击,消耗了大量电能。因此,对异步电动机实施有效控制,保证电机的节能运行,避免电机对电网造成冲击,使之安全经济运行,具有非常重要的意义。软起动装置以其起动平稳、冲击电流小、无触点、节能等特点,在电气传动中得到了广泛的应用。我国基于晶闸管的固态软起动装置已广泛用于低压(如380V)电机起动,而对于高压系列,由于技术层面的原因,大部分则是依赖进口。论文研究设计了基于晶闸管的高压电动机软起动装置。本文首先介绍了基于晶闸管的软起动技术的国内外发展动态,对电动机的软起动控制原理进行了理论描述,并对转矩控制起动方式做了详尽的MATLAB仿真分析,验证了该方法的优越性。然后从提高软起动装置的电压等级出发,研究了当前常见晶闸管触发系统的原理和优缺点,提出了间接光纤触发技术解决晶闸管串联均压问题的方法,同时详细阐述了该光纤触发系统下的工作原理、主体电路设计以及取能电路和触发驱动电路的设计。在硬件方面采用了以十六位单片机MC9S12XS128为核心的低压控制系统硬件设计,在软件设计部分,着重介绍了转矩控制起动方式下的增量PID算法的程序设计。最后,详细介绍了Freescale Code Warrior IED开发环境,并进行了电路调试和样机试验,验证了控制电路的正确性,且所设计的软起动装置能取得良好的控制效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景及意义
• 1.3 基于晶闸管的软起动技术发展动态
• 1.3.1 国外发展情况
• 1.3.2 国内发展情况
• 1.4 晶闸管光纤触发技术的应用与发展趋势
• 1.5 本文主要研究内容
• 第二章 软起动控制原理与仿真研究
• 2.1 引言
• 2.2 异步电机的起动过程分析
• 2.3 高压软起动装置的工作原理
• 2.4 软起动方式及其控制策略研究
• 2.4.1 电压斜坡起动原理与控制策略
• 2.4.2 限流起动原理与控制策略
• 2.4.3 转矩控制起动原理与控制策略
• 2.5 软起动器模型的建立及其仿真
• 2.5.1 软起动器仿真模型的建立
• 2.5.2 仿真结果及比较
• 2.6 本章小结
• 第三章 光纤触发系统设计
• 3.1 引言
• 3.2 晶闸管串联机制
• 3.2.1 晶闸管串联组的工作周期分析
• 3.2.2 晶闸管均压电路的仿真
• 3.3 光纤触发系统的总体设计
• 3.3.1 晶闸管触发系统电路概述
• 3.3.2 取能电路的比较
• 3.3.3 光纤触发系统的解决方案
• 3.4 供电电源的设计思路
• 3.4.1 触发系统的供电电源整体设计
• 3.4.2 低压侧高频可调恒流电源设计
• 3.4.3 高压侧耦合取能电路设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 高压软起动装置的设计
• 4.1 引言
• 4.2 系统总体框架
• 4.2.1 系统工作描述
• 4.2.2 系统主要技术参数
• 4.3 硬件电路设计
• 4.3.1 系统硬件总体架构
• 4.3.2 核心控制器电路设计
• 4.3.3 光纤触发系统硬件设计
• 4.3.4 外围电路设计
• 4.4 软件设计
• 4.4.1 主程序设计流程
• 4.4.2 电参量的采集程序设计
• 4.4.3 转矩控制起动子程序
• 4.5 本章小结
• 第五章 实验验证系统调试与结果分析
• 5.1 开发工具及调试介绍
• 5.1.1 Codewarrior 开发环境简介
• 5.1.2 BDM 在线调试
• 5.1.3 串口调试工具
• 5.2 控制器的整体电路调试
• 5.2.1 触发脉冲信号
• 5.2.2 同步方波信号
• 5.2.3 电流检测波形
• 5.2.4 液晶显示
• 5.3 实验结果
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间参与科研及取得的成果