基于离散变频的重载软起动器的研究

论文摘要

基于晶闸管调压原理的常规电机软起动器,虽具有电压可连续调节、电流连续、省去换档硬开关、减少起动设备体积等优点,但仍存在降低起动电压就会严重降低起动转矩的缺陷,从而常限定于轻载应用场合中。而在许多实际应用领域中（如:球磨机、粉碎机、矿井起重机等等）,通常要求能带重载甚至是超额定负载起动。针对此问题,本文着重阐述了提高电动机起动转矩及起动性能的离散变频理论,并深入研究了重载软起动器的控制系统。主要研究内容有:（1）介绍了电机软起动控制系统转速的无传感器测量新方法。在常规软起动控制器应用中,选用依据晶闸管两端截止电压来测速的方法;而对于本文着重研究的重载软起动控制器,则利用其离散变频技术调压调频的特点,选用基于电动机失电残压来测速的方法。上述不同的测速新方法均不需要增加额外的测速传感器,仅依据软起动控制器主电路自身的特点,便可获取电机的转速信息,为软起动控制器多种功能的实现提供了重要依据。（2）在保持原有软起动系统主电路结构的基础上,选用离散变频控制来提高起动转矩。利用品闸管触发角来实现电压斩波分频,并通过分析离散变频控制下的机电系统特性来解决正、负序对称与不平衡下相位角的选择,并运用相量图来确定最优触发角组合。另外,本文还深入研究了离散变频过程中的子频率选取、触发角的计算及频率等级切换原则。（3）为了研制高性能的重载系统软起动控制器,本文利用DSP-F2812的高速数据处理能力及其丰富的外设资源,进行了重载软起动系统的硬件及软件开发,并通过MATLAB仿真模拟起动过程,从而验证了该理论的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 重载软起动器研究的现状与发展
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 第2章 异步电机软起动控制器综述
• 2.1 异步电机的起动性能
• 2.2 软起动技术
• 2.2.1 液阻软起动
• 2.2.2 磁控软起动
• 2.2.3 晶闸管软起动
• 2.3 晶闸管软起动控制器综述
• 2.3.1 晶闸管软起动器原理
• 2.3.2 晶闸管调压电路工作原理
• 2.3.3 晶闸管调压电路连接方式
• 2.3.4 常规软起动方式及停车方式
• 2.3.5 运行方式
• 2.3.6 技术优势及应用场合
• 2.4 本章小结
• 第3章 电机软起动控制系统中转速的无传感器测量
• 3.1 常规软起动的电机转速检测原理
• 3.1.1 电机两相供电状态下测转速方法
• 3.1.2 利用晶闸管两端的截止电压测量电机转速
• 3.2 离散变频软起动转速检测方法
• 3.2.1 失电残余电压产生机理
• 3.2.2 离散变频软起动转速测量方法
• 3.3 本章小结
• 第4章 基于离散变频的电机软起动研究
• 4.1 离散变频基本原理及研究思路
• 4.1.1 变频器的基本原理
• 4.1.2 利用晶闸管实现电压斩波分频的基本原理
• 4.1.3 电压分频后三相基波相序的研究
• 4.1.4 离散频率相位角的确定
• 4.1.5 最优组合选取
• 4.2 离散变频频率切换过程的研究
• 4.2.1 最低频率的选取
• 4.2.2 过渡频率的选取
• 4.2.3 频率等级的切换
• 4.3 各分频子频率触发角的计算
• 4.4 本章小结
• 第5章 重载软起动系统的研究与开发
• 5.1 重载软起动控制系统的硬件设计
• 5.1.1 控制芯片简介
• 5.1.2 系统的总体结构设计
• 5.1.3 系统的控制电路设计
• 5.1.4 系统设计中的关键电路
• 5.1.5 硬件抗干扰措施
• 5.2 重载软起动控制系统的软件设计
• 5.2.1 DSP开发系统
• 5.2.2 各部分程序的实现
• 5.2.3 限流软起动的软件设计
• 5.2.4 离散变频软起动的软件设计
• 5.2.5 软件抗干扰措施
• 5.3 重载软起动器控制原理
• 5.3.1 基本接线端子
• 5.3.2 重载软起动器电气接线
• 5.4 本章小结
• 第6章 重载软起动控制系统的建模与仿真
• 6.1 仿真工具简介
• 6.2 仿真模型
• 6.2.1 控制模块
• 6.2.2 直接起动模型
• 6.2.3 限流软起动模型
• 6.2.4 离散变频软起动模型
• 6.3 仿真结果
• 6.3.1 直接起动仿真波形
• 6.3.2 限流软起动仿真波形
• 6.3.3 离散变频软起动仿真波形
• 6.3.4 分频台阶间切换仿真波形
• 6.4 实验分析
• 6.5 本章小结
• 第7章 结论
• 7.1 本论文工作总结
• 7.2 后续工作及研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果