斩波式内反馈串级调速系统的设计

论文摘要

风机和水泵在国民经济各部门中,应用数量众多,耗电量巨大,存在严重的能源损耗问题,因此积极推广风机、泵类负载的节能调速技术具有重大的国民经济意义。本文在客观分析风机、泵类负载调速技术发展现状的基础上,针对传统串级调速系统功率因数低的问题,结合内反馈电动机节能调速的具体实际,提出采用基于转子侧功率控制的内反馈串级调速技术,并对斩波式内反馈串级调速系统进行了深入的研究。根据串级调速的基本原理和内反馈电机的基本结构,设计了内反馈电机的斩波式串级调速系统。为了减少从电网吸收的无功功率,提高系统的功率因数,逆变器的逆变角固定在最小逆变角,采用PWM控制策略,通过控制斩波器的占空比来改变电机转子回路的附加电势,从而达到调速的目的。电机转子转差输出功率经整流器、斩波电路、逆变电路回馈到内反馈电动机的调节绕组,缩短了能量循环路径,且没有变压器损耗,提高了调速效率和功率因数,同时减小了谐波;按照工程方法设计了转速、电流双闭环调节器;建立了内反馈电机的数学模型,并在MATLAB的Simulink里对斩波电路以及整个内反馈串级调速系统进行了仿真,发现斩波器的占空比与电机转速之间存在着线性变化关系。实践证明,斩波式内反馈串级调速系统控制效果优越,节能效果显著,是一种很有发展潜力的调速技术。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 传统串级调速系统
• 1.2.1 传统串级调速工作原理
• 1.2.2 传统串级调速的效率分析
• 1.2.3 传统串级调速系统功率因数
• 1.3 传统串级调速系统存在的问题
• 1.4 内反馈电动机的工作原理
• 1.5 本课题研究的内容及方法
• 2 斩波式串级调速系统
• 2.1 斩波式串级调速的原理
• 2.2 斩波调速系统的机械特性
• 2.3 斩波式串级调速系统的功率因数
• 3 斩波式内反馈双闭环调速系统
• 3.1 IGBT 的驱动电路
• 3.2 IGBT 的缓冲电路
• 3.3 电流检测电路
• 3.4 速度检测电路
• 3.5 双闭环串级调速系统的起动
• 3.5.1 起动过程分析
• 3.5.2 起动方式的选择
• 4 调速系统的软件实现
• 4.1 主程序设计
• 4.2 PWM 程序设计
• 4.3 晶闸管触发脉冲的设计
• 4.4 转速、电流调节器的设计
• 4.4.1 电流调节器的设计
• 4.4.2 转速调节器的设计
• 4.5 数字PI 调节器的设计
• 5 系统主回路主要元器件的参数计算
• 5.1 逆变器容量的计算
• 5.2 主回路电感、电容的计算
• 6 数学模型的建立及系统仿真
• 6.1 内反馈电机数学模型的建立
• 6.1.1 a,b,c 坐标表示的电机方程式
• 6.1.2 a,b,c 坐标下的动态数学模型
• 6.1.3 dq0 坐标表示的电机动态数学模型
• 6.2 串级调速系统的仿真
• 6.3 内反馈电机斩波式串级调速系统的仿真
• 6.4 转速、电流双闭环调速系统的仿真
• 6.5 实验板的调试
• 结论
• 参考文献
• 在学期间发表的论文
• 致谢