基于双CPU技术的变频调速交流电机的节能控制研究

【摘要】：在工业、农业、交通运输、国防军事装备、科研设备和人民的日常生活中，都广泛地应用着各式各样的依靠电力传动的机械—电气传动系统。从小功率家用电器到大功率工业生产的电力驱动，异步电动机发挥着不可或缺的作用。目前，缺电是我国绝大部分地区普遍存在的问题。有资料表明，如果电力供应充分，我国某些地区的工业产值将有较大百分比的提高。而电力部门的负荷资料又表明，电动机负荷占整个负荷的80％以上，我国目前在役的电动机中，尚有4亿KW的高能耗电动机，这些电动机的损耗占额定出力的10％～23％，具有极大的节能降耗潜力。因此，为提高国民经济产值，对电动机进行节电研究，是一件具有很大经济效益和社会效益的事。 本文的研究对象是经常处于轻载或空载状态下运行的变频调速异步电动机。在这种情况下，电动机成为一个接近于纯电感的负载，造成电力系统无功功率消耗的增加，引起不必要的有功功率损耗，运行效率下降。因此，本文的研究目标是：对于这种状态下的电动机，寻找合适的磁通，使其在最优磁通下运行，使其在能安全带动负载的前提下，自身损耗尽可能的小，即提高异步电动机轻载或空载时运行的效率。 为此，本文分析了变频调速异步电动机轻载或空载时的运行特性，利用最优控制规律，得出了其轻载或空载时的调节磁通节能规律，并对最优磁通下变频调速异步电动机提出了节能算法。为了解决电动机受到扰动后在定子频率改变的情况下对电机参数的影响问题，本文又以异步电动机频率改变下电机参数作为可调模型，利用自适应控制规律，提出了异步电动机的参考模型自适应控制方案，得出了其自适应控制规律的求解方程，并在实际装置上对该方案进行了检验。为了避免一般电力电子调压装置的谐波损耗和污染问题，本文将空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术用于三相交流电机的变频调速节能控制。 为了实现对变频调速异步电动机节能时的实时控制，本文设计了调压／频比(即调磁通)节能装置和以大功率电力电子器件IPM为开关组件的三相交流控制电路，解决了IPM的过流、过压保护问题。控制装置是基于双CPU的TMS320LF2407和AT89C51，其主要功能是实现变频调速异步电机的节能控制及运行状态显示功能。 【关键词】：电动机 最优磁通 节能 SVPWM IPM
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TM343
【目录】：

• 第一章 绪论8-12
• 1.1 课题的目的及意义8-9
• 1.2 异步电动机的节能措施9-10
• 1.3 本文所做的主要工作10-12
• 第二章 变频节能的原理及方案设计12-22
• 2.1 稳定运行时的三相异步电动机12-15
• 2.1.1 等效电路12
• 2.1.2 三相异步电动机的功率关系及损耗分析12-14
• 2.1.3 异步电动机的转矩表达式14-15
• 2.2 变频节能的原理15-18
• 2.3 异步电机在节能状态时负载率改变对电机的影响18-19
• 2.4 电机在节能状态时频率变化对电动机性能的影响19
• 2.5 引入自适应的变频调速节能19-22
• 2.5.1 自适应控制系统的选择和设计19-20
• 2.5.2 自适应率的设计20-22
• 第三章 系统硬件设计22-40
• 3.1 系统总体设计22-23
• 3.2 主电路23-29
• 3.2.1 智能功率模块IPM23-25
• 3.2.2 IPM接口电路25-27
• 3.2.3 IPM的缓冲电路27-29
• 3.3 主控板29-38
• 3.3.1 DSP小系统设计31-32
• 3.3.2 串行通信接口32-33
• 3.3.3 电源转换电路的设计33-34
• 3.3.4 单片机与液晶显示的接口电路34-35
• 3.3.5 开关量输入输出电路35-36
• 3.3.6 测量电路设计36-38
• 3.4 硬件设计中的可靠性和抗干扰措施38-40
• 第四章 系统软件设计40-57
• 4.1 事件管理器模块40-43
• 4.1.1 通用定时器40-42
• 4.1.2 比较单元42-43
• 4.2 空间矢量PWM43-48
• 4.3 空间电压矢量(SVPWM)与传统SPWM相比的特点48-51
• 4.4 SVPWM与SPWM之间的联系51
• 4.5 空间向量调制(SVPMM)算法实现51-52
• 4.6 DSP控制程序52-55
• 4.7 ADC模块与捕获单元55
• 4.8 采集结果的处理55-56
• 4.9 软件的抗干扰技术56-57
• 第五章 实验结果57-59
• 5.1 SPWM和SVPWM的实验波形和数据的对比57-59
• 结论与展望59-60
• 参考文献60-62

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