三相交流电机的数字存储式软起动及调压控制技术的研发

论文摘要

目前,交流调压技术在交流电机软起动、交流调功电加热、电机节能控制和电力系统静止无功补偿(SVC)等方面都获得了广泛的应用。实现交流调压的主电路结构和控制方法多种多样,然而晶闸管相控交流调压电路,尽管存在这样那样的缺点,但是以其容量大、电压等级高、成本低和可靠性强等优点,在工业交流调压类应用方面,一直占据着主导地位。就晶闸管交流调压的控制方法而言,目前传统的移相控制方法很多,但存在着数字化程度低,体积大,不便与其他数字化设备结合和不适合高性能集成化等缺陷。本文主要研究晶闸管交流调压的一种全数字化新型控制方法,以及该电路在开关变压器实现中高压交流电机软起动应用的拓扑结构和控制问题。本课题在对交流调压的多种控制方法进行分析、总结和比较的基础上,提出了一种数字存储式软起动及交流调压控制方法,以高性能单片机C8051F作为控制核心,对三相交流电机的数字存储式软起动装置的主电路和软硬件控制系统进行了设计和研发实验。该系统主要包括单片机控制系统,交流调压主电路,键盘及显示单元和驱动单元等。该装置利用现代高速数据存储技术,把事先编程产生的数据代码写入存储器中,单片机通过存储器的地址线选择模式控制系统输出。系统采用开环和闭环两种控制方式,在开环方式下,可以自行设定触发角度控制电机起动和运行;在闭环控制方式下,单片机通过对电流互感器检测到的外部电流信号与设定好的额定电流进行比较判断负载的轻重、功率的大小,然后到数据存储器中选择模式控制输出,避免了“大马拉小车”,实现节能控制。在解决中高压电机软起动方面,研究了一种基于开关变压器的中高压电机软起动装置,并进行了控制性能的分析。通过试验测试结果验证了本系统方案及控制方法的正确性与可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.1.1 课题研究的背景
• 1.1.2 课题研究的意义
• 1.2 异步电动机软起动技术发展情况
• 1.2.1 电机的传统起动方法及特点
• 1.2.2 异步电动机新型软起动方法
• 1.3 电机节能技术的研究现状与分析
• 1.3.1 软起动及节能控制基本原理
• 1.3.2 晶闸管的交流调压控制方法
• 1.4 本论文主要的研究内容
• 第2章 交流电机软起动控制器的方案设计
• 2.1 数字存储技术
• 2.2 交流调压技术
• 2.2.1 单相交流调压电路
• 2.3 系统方案的设计
• 第3章 开关变压器调压电路原理分析
• 3.1 开关变压器运行原理
• 3.2 开关变压器交流调压原理
• 3.3 开关变压器调压电路原理
• 3.4 实验数据与分析
• 第4章 交流电机软起动控制器的硬件设计
• 4.1 系统主电路
• 4.1.1 直接相控软起动主电路
• 4.1.2 基于开关变压器的软起动主电路
• 4.2 单片机控制系统
• 4.2.1 C8051F单片机简介
• 4.2.2 单片机控制功能概述
• 4.3 电网信号采集和控制电路
• 4.3.1 滞环电压比较器
• 4.3.2 单稳移相电路
• 4.3.3 锁相同步倍频器
• 4.4 触发脉冲产生与驱动电路
• 4.4.1 触发脉冲产生
• 4.4.2 驱动电路单元
• 4.5 电流检测电路设计
• 4.5.1 电流互感器
• 4.5.2 整流滤波环节及电流信号调理
• 4.6 错相序封锁单元
• 4.6.1 光耦隔离同步信号检测
• 4.6.2 输出封锁控制原理
• 4.6.3 输出封锁控制电路
• 4.7 键盘及显示单元
• 第5章 交流电机软起动控制器的软件设计
• 5.1 控制软件总体流程
• 5.2 数字存储式软起动模式生成程序设计
• 5.3 软起动程序设计
• 5.3.1 软起动设计思路
• 5.3.2 软件设计
• 5.4 节能程序设计
• 5.4.1 节能程序设计思路
• 5.4.2 软件设计
• 5.5 其他子程序设计
• 5.5.1 键盘程序设计
• 5.5.2 数字LED显示子程序
• 5.5.3 停机处理程序
• 第6章 实验结果及波形分析
• 6.1 控制和采集信号实验波形分析
• 6.1.1 同步信号检测波形
• 6.1.2 计数器低8 位地址输出波形
• 6.1.3 输出控制脉冲波形
• 6.1.4 错相序封锁控制实验波形
• 6.2 直接相控软起动实验结果及波形分析
• 6.3 基于开关变压器的软起动实验结果及波形分析
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢