矿井提升机交流电机斩波串调系统的研究

论文题目: 矿井提升机交流电机斩波串调系统的研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 电力电子与电力传动

作者: 谢军

导师: 王清灵

关键词: 绕线异步电动机,集成门极换向晶闸管,斩波串调

文献来源: 安徽理工大学

发表年度: 2005

论文摘要: 采用转子回路串电阻调速的绕线式异步电机广泛应用于矿井提升机电控系统。该方法是通过调节转子回路附加电阻的有级调速,难以实现平滑地调速,而且调节性能差,调速过程中大量的转差功率通过转子回路电阻转化为热能消耗掉了。本文提出了将斩波串级调速方案应用于改造采用转子回路串电阻调速的绕线式异步电机的矿井提升机电控系统。与常规串级调速系统不同之处在于转子直流回路中加入了直流斩波器。斩波串调不仅克服了有级调速的缺点;还可以采用闭环控制,使调速性能大大改善,同时与普通串调系统相比,逆变器的容量大为减小;更为重要的是能够大大改善电机拖动系统的功率因数。 本文研究了矿井提升机交流电动机斩波串调系统的主电路拓扑结构,分析其工作原理,推导出斩波串调系统的机械特性。同时提出斩波串调系统的主电路参数选择方法和逆变器容量的选择方法。 针对矿井提升机的工艺特点,斩波开关器件选用IGCT器件代替老式的可控硅斩波器控制方案,斩波频率可达1KHz,不仅改善了系统的调速性能,还可以克服晶闸管需强迫换流的缺点,线路简单,控制方便。 本文采用TI公司的电机控制专用DSP—TMS320LF2407A处理器作为控制器,实现斩波串调系统的控制功能,同时能够满足实时控制的要求。 最后通过应用MATLAB对所设计的控制系统进行了建模与仿真,仿真结果表明系统运行可靠,设计是切实可行的,是一种实用的IGCT斩波串调的电路结构。

论文目录:

第一章 绪论

1.1 序言

1.2 矿井提升机电力传动的发展

1.3 矿井提升机电力传动的现状

1.3.1 绕线转子异步电动机转子回路串金属电阻调速系统

1.3.2 绕线转子异步电动机转子回路串液体电阻调速系统

1.3.3 G-M直流可逆调速系统

1.3.4 V-M直流可逆调速系统

1.3.5 绕线转子异步电动机转子串级调速系统

1.3.6 交流电动机交-交变频调速系统

1.4 矿井提升机改造方案的发展

1.5 本课题研究的意义及主要工作

1.5.1 本文的研究内容

1.5.2 本方案的主要特色

1.5.3 本方案的实际意义

第二章 新型斩波串级调速系统的原理

2.1 传统串级调速系统的原理

2.2 新型斩波串级调速系统工作原理

2.2.1 斩波串调原理

2.2.2 机械特性

2.2.3 功率因数

第三章 斩波串调系统的理论研究

3.1 IGCT斩波式串调方案的主电路参数计算

3.2 双闭环调速系统

3.2.1 转速与电流双闭环调速系统结构及其特点

3.2.2 逆变器控制电路

3.2.3 电流及速度检测回路

3.2.3.1 电流检测回路

3.2.3.2 速度检测回路

3.2.4 PWM输出

3.2.5 双闭环调速系统的静态和动态分析

第四章 IGCT的原理及工作特性

4.1 电力半导体器件的发展过程

4.2 IGCT芯片的基本结构

4.3 IGCT的特点

4.4 IGCT、GTO和IGBT的比较

4.5 GCT的工作原理

4.6 IGCT门极电路

4.6.1 门极驱动单元方框图

4.6.2 IGCT吸收电路及驱动电路说明

4.6.3 光接口

4.6.4 HFBR-1528发射器

4.6.5 HFBR-2528接收器

4.6.6 IGCT的门极硬驱动原理

4.6.6.1 断态

4.6.6.2 硬驱动开通

4.6.6.3 通态

4.6.6.4 硬驱动关断

4.7 诊断和保护

4.7.1 状态反馈

4.7.2 保护

4.8 IGCT的参数

4.9 小结

第五章 TMS320LF2407A DSP控制器及其在交流调速系统中的应用

5.1 TMS320LF2407A特点、结构及其在交流调速中的应用

5.1.1 TMS320LF2407A主要特点

5.1.2 TMS320LF2407A DSP的事件管理器及PWM

5.1.2.1 事件管理器模块结构

5.1.2.2 TMS320LF2407A的EVA中断

5.1.2.3 TMS320LF2407A的比较单元

5.1.2.4 与比较单元相应的PWM电路

5.1.2.5 比较单元和PWM电路中的PWM波形的产生

5.1.3 TMS320LF2407A DSP的A／D转换器

5.1.4 数字PI调节器的DSP实现方法

5.1.5 LF2407A结构及其在交流调速装置中的应用

5.2 系统软件的整体结构介绍与流程图

5.3 TMS320LF2407A与其他电机控制专用芯片性能价格比较

第六章 控制系统的仿真研究

6.1 动态仿真工具SIMULINK

6.2 斩波串调系统的建模

6.2.1 主电路的建模

6.2.2 系统的建模

6.3 斩波串调系统的仿真

6.3.1 系统的仿真参数

6.3.2 仿真结果分析

6.4 结论

第七章 实验结果及其分析

7.1 实验的主要调试设备

7.2 实验波形

第八章 总结与展望

参考文献

附录A TMS320LF2407A的CPU功能模块图

附录B IGCT实物图

附录C 读研期间公开发表的学术论文

致谢

发布时间: 2005-09-28

参考文献

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• [3].绕线式异步电机高频斩波串级调速系统的设计[D]. 陈亮桥.东北农业大学2017
• [4].斩波内馈串级调速系统的基础研究[D]. 孙金水.华北电力大学（河北）2007
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