软起动及节能控制系统的研究与设计_图文

1、天津大学硕士学位论文离散变频软起动及节能控制系统的研究与设计姓名:吴昊申请学位级别:硕士专业:电力电子与电力传动指导教师:李冬辉20090601 第三章三相交流异步电机节能控制系统的研究3.5本章小结图3.7轻载调压过程中转速变化波形本章首先分析异步电机调压节能的基本原理,分析了效率,损耗和功率因数 与节能的关系,对比了节能控制的几种基本方法,并在此基础上提出了最佳调整 电压控制方法。本章进一步通过负载率的判断确定电机经济运行的标准,并按最 佳效率和最佳功率因数给定计算出最佳调整电压,经过电压调节器计算出最佳触 发角,从而控制晶闸管的通断进行调压节能。最后利用仿真证明了该方法的正确 性和可行性

2、。第pnq章离散变频软起动及节能控制系统的数字化设计第四章离散变频软起动及节能控制系统的数字化设计 4.1离散变频软起动控制系统的硬件设计三相感应电动机离散变频重载软起动硬件系统包括两部分:即主电路单元和 控制电路单元。主电路部分仍然采用传统三相反并联晶闸管调压软起动系统:控 制部分采用了microchip公司的dsPIC30F4011实验板,并设计了信号采集电路和 脉冲触发电路等外围电路;同时为了防止晶闸管过压,过流等现象带来的危害, 还设置了必要的保护环节。系统的完整硬件结构框图如图缸1所示。图4_1硬件系统结构框图整个系统不仅可以实现离散变频软起动,而且可以实现电动机的节能运行。 通过对

3、系统功能、性能和处理器能力的分析,可以将功能划分为若干模块,模块 化设计方法在分析、设计、制造、试验和系统调试方面具有高度灵活性。硬件的第四章离散变频软起动及节能控制系统的数字化设计研制应当包含按已定的技术条件选择当前组件,以构造系统的硬件。本研究中将 硬件部分划分为若干模块,下面介绍本系统的各主要模块。系统主电路仍然采用第二章开始介绍的三相异步电机交流调压主电路拓扑 结构。如图4.2所示,这种结构采用三对反并联晶闸管分别串联在三相电源和电 动机之间。该连接方法由于各相波形对称,输出电压不含偶次谐波,谐波较小, 因此功率可以做的很大。主电路中其它部分功能简述如下:1隔离开关QS:使电机和软起动

4、控制系统接入三相电源。2阻容吸收RC:为晶闸管组件提供过压保护,同时抑制电路中的高次谐波。3真空接触器KM:当起动完毕后,真空接触器闭合,晶闸管暂停工作使电动机直接投入电网运行。 需要轻载节能运行时,接触器断开,晶闸管工作,软起动器投入运行,实现节能 控制。图4.2主电路拓扑结构主电路中晶闸管的选取主要需要考虑额定电压和额定电流。一般额定电压为 正常工作电压峰值的2.3倍。例如,在三相电路中,交流侧正弦线电压有效值为第四章离散变频软起动及节能控制系统的数字化设计380V,则晶闸管的额定电压为:巧W=(23%=(23幸42木380V=10741611V (4_1式中,为晶闸管额定电压(V;%为晶

5、闸管在电路中可能承受的最大正 向或反向电压值(V。按标准电压等级取1200V、1400V、1600V中任一值均可。 晶闸管在工作中,其结温不能超过额定值,否则就会使晶闸管因过热而损坏。 发热多少和流过晶闸管的电流有效值有关,只要流过晶闸管的实际电流有效值等 于(小于更好晶闸管的额定电流有效值,晶闸管的发热就被限制在允许范围之 内。晶闸管的额定电流用有效值表示,根据通态平均电流,刑矿定义,求出两者 关系为In=(1.5-2宰1.57Ir( 降2 例如,在三相电路中,电动机的额定电流为14A,则晶闸管的额定电流为 I刷=(1.5-2幸1.57木14=32-43A,按照标准等级选取50A。同步脉冲信

6、号由供电电压与零电压比较产生,是对供电电压每次过零时刻的 检测。每个触发脉冲的触发角都是以相应工频周期内的同步脉冲为基础的,因此 同步电压检测是至关重要的一个环节。由于本系统通过触发晶闸管不仅要实现相 控调压,更为重要的是要根据离散变频的触发规则确定相应半波是否触发导通, 而且相应半波的判断需要电压同步过零检测来实现。因此电压同步的检测更为关 键,这关系到离散变频能否顺利进行。DuI=一木uAB (4-3经过迟滞电压比较器LM339,使得正弦波整形为幅值为5V的方波信号。迟 滞性由电源电压和R4,R6阻值决定。本设计中输入电压ul的大小是变的,为 了达到自适应的目的希望基准电压对输入有好的跟随

7、性同时减小对输出端的影 响。因此R4取值要比R6小一个数量级。输出端到正电源一般须接一只电阻(如第p11章离散变频软起动及节能控制系统的数字化设计R.5,称为上拉电阻,选3.15K。上拉电阻阻值不同会影响输出端高电位的值。 因为当输出晶体三极管截止时,它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的 值。迟滞比较器具有很好的抗干扰能力,可以有效滤除噪声和干扰电压。经过钳 位二极管和反相器整形,就得到了一个标准的方波信号,其它两相与此电路相同。 这里Cl是滤波电容,用于去除高频信号的干扰。A相B框一次铡Ao|D图4.3同步信号检测电路 酷 Cl,一 。 、/0k 、 、 、 .、 l/4、:N/:/j l F F I 一 、 l t,.K :/, l, /l 。j,。 .o,、 ,i< -. I . o。_”一:, , 、 .7I 。 /7j. ,彳 :。/、k > ,; , kj, .,:. :、 、>,1,.,卜、_lIlIIlIIIlll II I图44同步信号检测电路输出波形如图4-4所示,方波跳变点对应于二次侧三相电压波形的自然换相点,由于 同步变压器一次侧与二次侧存在30度相位差,因此方波跳变点恰好对应于一次 侧三相电压波形的过零点。将此