毕业设计-绕线式三相异步电动机串级调速系统设计

毕业 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 -绕线式三相异步电动机串级调速系统设计 齐 齐 哈 尔 大 学 毕业设计 (论文) 题 目 绕线式三相异步电动机串级调速系统设计 学 院 计算机与控制 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院 专业班级 学生姓名 指导教师 成 绩 2011年 06 月 21 日 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 摘 要 晶闸管串级调速系统作为一种高效、节能的调速 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，具有装置结构简单、维护容易、能实现连续平滑调速等优点，尤其是对风机、泵类等大容量平方转矩负载进行控制时，其节能效果是十分可观的。 根据供水系统的现状，提出了串级调速的节能方案，分析了串级调速的原理，系统的调速特性，确定了微机水压转速双闭环控制的方案。设计中详细地论述了水泵双闭环串级调速系统的组成与原理。在系统硬件的设计上，采用驱动电路模块化设计技术和计算机辅助技术对硬件电路进行优化。阐述了系统的工作原理，给出了以AT89C51单片机为核心组成了全新数字新型串级调速控制系统，针对该方案所要求的控制和触发脉冲，设计新型的数字触发器。这种数字触发器有精度高、可靠性高等特点。 关键词:串级调速系统;单片机;数字触发器 I 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) Abstract Crystals the level of machinery velocity modulation control system as an effective and energy efficient of machinery velocity modulation, a device structure to simple, easy and can achieve a smooth machinery velocity modulation advantages, especially of hair dryer, pumping big square and rectangular load capacity to control the energy the effect is very significant. Water supply systems based on the status quo,, a level of energy conservation programme and the level of machinery velocity modulation, a system of machinery velocity modulation, determine its speed of microcomputer the pressure of the control scheme. Design elaborated on a pair of pumps and the level of the system and mechanism of machinery velocity modulation. System design in hardware, the driving circuit modular design technology and computer hardware circuit of the new figures of the new machinery velocity modulation control system level, the scheme of control and firings for the design of the new digital pulses that trigger. These figures a high precision, high reliability and quality. Key words: analysis on serial timing system of alternating current; MCU; numerical trigger consisted of single piece unit II 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 目 录 摘要................................................................ I Abstract ........................................................... II 第1章 绪论........................................................ 1 1.1 串级调速技术概况 ............................................ 1 1.2 研究意义及主要工作 .......................................... 2 水泵选取及串级调速方案确定.................................. 3 第2章 2.1 水泵性能 .................................................... 3 2.2 水泵与电动机的选择 ........................................... 4 2.3 串级调速系统的分类 ........................................... 5 2.4 串级调速原理 ................................................. 6 2.5 新型三相四线制串级调速方案 ................................... 8 2.6串级调速系统的起动方式 ...................................... 10 第3章 数字触发器的硬件设计....................................... 12 3.1 全数字串级调速系统组成 ..................................... 12 3.2 主控制器设计 ............................................... 12 3.2.1 单片机(AT89C51)芯片 .................................. 12 3.2.2 晶振电路 ............................................... 14 3.2.3 复位电路 ............................................... 15 3.2 AD转换电路 ................................................ 15 3.4 晶闸管脉冲触发电路 ......................................... 16 3.5 触发同步电路 ............................................... 17 3.6 IGBT驱动器及驱动电路 ...................................... 18 3.6.1 IR2130驱动器........................................... 18 3.6.2 IGBT驱动电路........................................... 19 3.6 双闭环控制器的设计 ......................................... 20 3.6.1 串级调速电流环设计 ..................................... 22 3.6.2 串级调速速度环的设计 ................................... 23 第4章 数字触发器软件设计......................................... 26 4.1 主程序设计 ................................................. 26 结论............................................................... 28 参考文献........................................................... 29 致谢............................................................... 30 III 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 第1章 绪 论 1.1 串级调速技术概况 对于一个电力资源十分短缺的国家，节能是一项非常重要的利民政策、技术政策，对国民经济的发展和对国家资源的长久使用都有深远的影响。风机、水泵广泛的用于国民经济各部门的各个行业，不仅应用的数量众多，分布面极广，并且还十分的耗电。有关数据显示，全国的风机和水泵的总耗电量占到了整个工业用电量的40%以上，并而风机和水泵在正常情况下要进行负荷调节，而且相应的流量也要跟踪调节。调节出入口的阀门开度是传统的调节 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ，这也使得30%,40%的用电量消耗在调节阀门压降上，这种方法能耗大、经济效益差、维修量较大、设备损坏较快且运行费用较高。造成电能的巨大浪费。为了取得较好的节能效果，并提高经济效益，可对风机、水泵进行调速。且在节电率相同的情况下，电机的功率越大，节能潜力越大，节能效果也就越明显。所以研究和开发合适的高压大功率异步电动机调速技术始终是国内外竞相研究的热点之一。高压变频调速和串级调速是目前国内应用于高压大功率电机调速有两种有效方案。早在20世纪30年代串级调速理论就已提出，对于风机、水泵等要求调速范围大，但是对系统动态性能要求又不高，又有发展前景的高压、大功率调速技术应该是串级调速技术。到了60,70年代，随着电力电子技术的发展，可控电力电子器件的出现，串级调速才得到了更好的应用，又由于高压大电流晶闸管的出现，使得串级调速系统获得了飞速的发展。到了60年代中期，提出了一种新的方案，被称为“定子反馈”方案，原理是将绕线式转子电动机的转差功率现进行整流，然后再经过晶闸管逆变器整流，并将整流后的转差功率再逆变成电网频率的交流功率，再将其反馈到电动机的定子辅助绕组中的串级方案。通过逆变变压器将转差功率反馈到电网上，这种反馈被称为“电网反馈”方案。在“定子反馈”方案中，将辅助绕组和定子绕组在电气上绝缘，通过电磁感应，将转差功率经过定子绕组反馈到电网，这就是我们所说的“内馈”串调。 随着电力电子技术的发展，近代均采用在转子回路内串联晶闸管功率变换器完成回馈任务，这样就构成了由绕线式异步电动机与晶闸管交流器共同组成的晶闸管串级调速系统。其中低同步的晶闸管串级调速系统，不仅具有良好的调速性能以及能把站差能量回馈电网，而其他还结构简单，可靠性高，技术上已经成熟。性能更优越的超同步晶闸管串级调速也正在发展当中。 晶闸管功率变换装置时交流电动机串级调速系统中的核心部分，他目前存在以下几个问题:装置结构较为复杂，设备初期投资较高， 在一定程度上限制了交流调速的推广;存在谐波，对电网造成一定程度的污染;功率因数还不够高，特别是在低转速时功率因数会更低。 1 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 尽管如此，今年串级调速技术在国内外仍然突飞猛进的发展，大量新器件的出现和新技术的发展，使得串级调速性能指标大大提高，有些问题已得到根本的突破。不久的将来，串级调速装置定会进入生产领域，发挥巨大的经济效益。 1.2 研究意义及主要工作 众所周知，在风机、水泵的节能措施中最有效的是调速运行。在低电压小容量电机系统的节能调速中，变频调速装置得到了广泛的应用和发展。但在高压大容量系统中，存在变频调速成本高、体积大等诸多问题。并且在节电率相同的情况下，如果电动机的功率越大，那么节能效益也就愈大，所以，高压大功率电动机驱动的风机、水泵采用调速传动，其节能效果将更加明显。虽然大功率风机和泵类负载采用调速传动后，可以节约大量电能，大概在30%左右。但是，可用于国内适合风机、泵类负载的高压变频器还没有成熟定型产品，而国外高压变频器价格又十分昂贵，所以推广应用受到很大了限制。特别是大功率的风机，但是由于缺少简单、可靠、经济的中压电动机调速装置，使得节能调速基本没有推广开来。因此，研究性能更优越、节能效果更好的调速系统，有着重要的现实意义。 对于水泵调节范围不大，系统动态性能又要求不高的场合，并且有发展前景的高压功率调速技术，应该是串级调速技术。它是利用电动机转差率的一种经济、高效的调速方法，在高、大、中型电动机节能调速应用方面，以其控制电压低，控制功率小，系统简单运行可靠节电率高，使其具有很好的应用前景。 本设计主要进行以下方面的工作: 1、从普通的串级调速基本原理入手。 2、提出新型三相四线双IGBT串级调速控制方案。 3、以AT89C51单片机为核心，组成一个全数字新型串级调速控制系统。 2 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 第2章 水泵选取及串级调速方案确定 2.1 水泵性能 水泵的基本性能参数表示水泵的基本性能，水泵的基本性能参数有流量、扬程、轴功率、效率、转速、比转速、必须汽蚀余量或允许吸上真空高度等7个。 33(1) 流量 以字母Q(q、q)表示，单位为(升)l/s、m/s、m/h 等。泵vm 的流量是指单位时间内从泵出口排出并进入管路系统的液体体积。泵的流量除用上述体积流量q外，还可用质量流量q表示。q定义为单位时间内从泵出口排vmm 出并进入管路的液体质量。显然q与q间的关系为: vm q,,qmv(2-1) (2) 扬程 水泵的扬程H表示液体经泵后所获得的机械能。泵的扬程H是指单位重量液体经过泵后所获得的机械能。水泵扬程的计算式为: 22ppvv,,2121H(ZZ)m,,，， (2-2)21,g2g 式中: Z、p、v与 Z、p、v 分别为泵的出口截面2和进口截面1的位置高222 111 度、压力和速度值。泵的扬程即为泵所产生的总水头，其值等于泵的出口总水头和进口总水头的代数差。 (3) 轴功率 由原动机或传动装置传到水泵轴上的功率，称为风机的轴功率，用P表示，单位为kW。 ,,QgHQH,,P(2-3)1000,,102,,rbrb 3式中:Q---水泵流量 (m/s); p,,gH H---水泵扬程 (m, ); ,r ,传动装置效率; ,f ,风机效率; ,d ,电动机效率。 (4) 效率 水泵的输出功率(有效功率)Pu与输入功率(轴功率)P之比，称为水泵的效率或全效率，以η表示: PugHQ, (2-4),,,fP1000P (5) 转速 水泵的转速指水泵轴旋转的速度，即单位时间内水泵轴的转数， -1 以n表示，单位为rpm(r/min)或s(弧度/秒)。 3 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) (6) 比转速 水泵的比转速以n表示，用下式定义: y 3.65nQ(2-5),ny3/4H 作为性能参数的比转速是按泵最高效率点对应的基本性能参数计算得出的。对于几何相似的泵，不论其尺寸大小、转速高低，其比转速均是一定的。因此，比转速也是泵分类的一种准则。 (7) 泵的必须气蚀余量或泵的允许吸上真空高度 泵的必须气蚀余量是指:为了防止泵内气蚀，泵运行时在泵进口附近的管路截面上单位重量液体所必须具有的超过汽化压头的富裕压头值，该值通常有泵制造厂规定。泵的必须气蚀余量用(NPSH)表示,单位为米(m)。泵的允许吸上真r 空高度是指:为了防止泵内气蚀，泵运行时在泵进口附近的管路截面上所容许达到的最大真空高度值，该值也通常由泵制造厂规定，在不同的大气压力下及不同的液体温度时需要进行换算。泵的允许吸上真空高度用[Hs]表示，单位为米(m)。 2.2 水泵与电动机的选择 考虑到异步电动机输出的最大转矩的降低，功率因数的降低和转子损耗增大等因素，不论对于新设计的或是改造的都应对异步电动机的容量进行重新选择的计算，串级调速异步电动机的容量P 计算如下: P,K,P (2-6) iD 式中， K——串级调速系数，一般取1.2左右。对于在长期低速运行的串i 级调速系统，该取大一点; P——按照常规运算方式计算的电动机容量。从产品手册中选择的电D 动机容量P?P。 D 本设计采用水泵与电机型号如下: 3循环泵:64LKXA-20立式斜流泵 额定流量:Qe=19726m/h (5480l/s) 额定扬程:He=20m 额定转速:425rps 电动机:YKSL1600,14/1730-1 额定功率;1600kW 额定电压:6000V 额定电流:203.3A 额定转速:425rps 工频运行电流:154A 额定效率: 95, 功率因数: 0.85 4 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 2.3 串级调速系统的分类 根据串级调速异步电动机转子回路中直流附加电动势E获得的方法不同，f 可将串级调速系统分为以下三种基本类型: 1.恒转矩电机型串级调速系统 用他励直流电动机旋转时的反电动势作为附加电动势E，改变直流电动机的f 励磁电流大小，即可改变E的大小。直流电动机拖动交流异步电机作发电机运f 行，从而将转子转差功率回馈入电网。输出机械功率 n(1,s)P,P(2-7)MMn1 即正比于电机转速，故具有恒转矩调速特性。该系统有效率高，成本较低、维护容易和机组放置灵活等优点，但全套装置较大，主电动机低速运行时，直流电动机和交流发电机的机械损耗显得较大。 2.恒转矩晶闸管串级调速系统 用晶闸管全控整流电路获得直流附加电动势，整流电路长期工作在有源逆变 o状态，即逆变角β?90，改变逆变角β的大小即可改变E的大小。全控整流电f 路工作在有源逆变状态，故能将直流侧附加电动势E吸收的电功率通过变压器f 变压回馈入交流电网。具有恒转矩调速特性，系统的优点是效率高、原理与线路比较简单，无旋转机械部分，维护相对较容易，但功率因数低，高次谐波对电网有不利影响，电网波动可能引起逆变失败。 3.恒功率电机型串级调速系统 用他励直流电动机旋转时的反电动势作为附加电动势E，改变直流电动机的f 励磁电流的大小即可改变E的大小。因直流电动机与主电动机同轴硬联接，故f 吸收的转差功率转变成轴上机械功率再传给机械负载。不计损耗时负载上得到机械功率总和为: (1,s)P，sP,PMMM (2-8) 故有恒功率调速特性，能在低速时产生较大转矩，特别是适于低速需重负载转矩的场合。该系统的优点是效率最高，投资最小，可靠性高，对电网无任何不利影响。但因直流电动机在低速时不能产生足够的反电动势E，故调速范围不大，f 通常在2:1以内，此外主异步电动机必须是双轴伸结构。 5 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 2.4 串级调速原理 异步电动机的转速可表示为 60f1n,n(1,s),(1,s) (2-9)1pN 式中 n--同步转速(r/min); 1 f--定子电源频率(Hz); 1 P--极对数; N s--转差率。 异步电动机调速可以通过三条途径进行:改变电源频率、改变极对数以及改 变转差率。 异步电动机运行时其转子相电动势为 E,sErr0 (2-10) 式中 s—异步电动机的转差率; E--绕线转子异步电动机在转子不动时的相电动势，或称转子开路电动势，r0 也就是转子额定相电压值。 式(2-10)表明，绕线转子异步电动机工作时，其转子电动势E值与转差r率s成正比。此外，转子频率f也与s成正比，f=sf。在转子短路情况下，转221子相对电流I的表达式为 r sEr0I,r(2-11)22R，(sX)rr0 式中R--转子绕组每相电阻; r X--s=1时的转子绕组每相漏抗。 r0 如在转子绕组回路中引入一个可控的交流附加电动势E，在附加电动势与add转子电动势E有相同的频率，并与E同相串接。此时转子回路的相电流表达式rr 为 sE,Eradd0I,r(2-12)22R，(sX)rr0 当电动机处于电动状态时，其转子电流I与负载大小有直接关系。当电动机带r 有恒定负载转矩T时，可近似地认为，不论转速高低，转子电流都不变，这时L 在不同s值下的式(2-11)与式(2-12)应相等。设在未串入附加电动势前，电 动机原在某一转差率s下稳定运行。当引入同相的附加电动势后，电动机转子1 6 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 回路的合成电动势增大了，转子电流和电磁转矩也相应增大，由于负载转矩未变，电动机必然加速，因而s降低，转子电动势E=sE随之减小，转子电流也逐渐rr0 减小，直至转差率降低到s时，转子电流I又恢复到负载所需的原值，电动机2r 便进入新的更高转速的稳定状态。此时式(2-11)与(2-12)的平衡关系为 sEsE,Erradd1020I,,(2-13) r2222R，(sX)R，(sX)rrrr1020 同理可知，若减小+E或串入反相的附加电动势-E，则可使电动机的转速addadd 降低。所以，在绕线转子异步电动机的转子侧引入一个可控的附加电动势，就可调节电动机的转速。如上所述，在异步电动机转子回路中附加交流电动势调速的关键就是在转子侧串入一个可变频、可变幅的电压。对于只用于次同步电动状态的情况来说，比较方便的办法是将转子电压先整流成直流电压，然后再引入一个附加的直流电动势，控制此电动势的幅值，就可以调节电动机的转速。这样就把交流变压变频这一复杂问题转化为与频率无关的直流变压问题了。对于这一直流附加电动势要有一定的技术要求。首先，它应该是可平滑调节的，以满足对电动机转速平滑调节的要求;其次，从节能的角度看，希望产生附加直流电动势的装置能够吸收从异步电动机转子侧传递来的转差功率并加以利用。根据以上要求，较好的方案是采用工作在有源逆变状态的晶闸管可控整流装置作为产生附加直流电动势的电源。按照上述原理组成的异步电动机在低同步转速下作电动状态运行的调速系统称之为电气串级调速系统。如图2-1所示。 图2-1 串级调速系统原理图 图中M为三相绕线转子异步电动机，其转子相电动势经三相不可控整流装置UR整流后，输出为直流电压U。工作在有源逆变状态的三相可控整流装置UId 提供了可调的直流电压U，作为电动机调速所需的附加直流电动势，同时将经i UR整流输出的转差功率逆变后回馈到交流电网。BT为逆变变压器，L为平波电 7 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 抗器。整流后的转子直流回路电压平衡方程式为: U,U，IRdid (2-14) 其中 U,KUCOS,irt (2-15) β为晶闸管逆变角，控制β的大小可以调节逆变电压U，使得电动机转速能平i 滑连续调节。 当电动机稳定运行时，可以认为I为恒定，当β增大时， U立即减小，但di电动机转速因存在着机械惯性不会突变，所以U也不会突变。则转子直流回路d 电流I增大，相应转子电流I也增大，电机的电磁转矩随之增大，电机加速;在dr 加速过程中转子整流电压随之减小，又使电流I减小，直到电磁转矩与负载转矩d 达到新的平衡，电机进入新的稳定状态以较高的转速运行。同理，减小β值可以是电机在较低的转速下运行。这就是串级调速系统的工作原理。 2.5 新型三相四线制串级调速方案 图2-2是新型三相四线制串级调速系统原理图。这种方案中，电机转子绕组经整流器、电抗器、逆变器、逆变变压器连接电网。新型三相四线串级调速系统中的逆变器增加了两个串联的IGBT，再并联由六个晶闸管组成的逆变桥，两个IGBT的中点与逆变变压器二次侧的中线连接。RCD网络并联于IGBT两端，起到限制IGBT峰值电压的作用。这种方案基本思想是在逆变器直流侧并联了两个辅助开关元件IGBT，按照一定的控制方式，将逆变角β固定在一个较小角度，通过控制2个IGBT元件和晶闸管逆变桥的通断改变逆变电压，从而调节电动机的转速，同时提高系统的功率因数。 图2-2 三相四线制双IGBT方案原理图 8 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 图2-2画出了新型三相四线串级调速方案中IGBT 的控制脉冲及逆变桥晶闸管的触发脉冲。图中，IGBT的控制脉冲周期为2л/3，从自然换相点处开始，VT7和VT8两管交替导通，脉冲宽度(即导通控制角)的变化范围为0~2л/3。晶闸管(1, 3,5)的触发脉冲起始点定在VT8控制脉冲的下降沿处，结束点为VT7控制脉冲的开始时刻。晶闸管(4，6，2)的触发脉冲起始点定在VT7控制脉冲的下降沿处，结束点为VT8控制脉冲的开始时刻。当 IGBT 导通时，输出的逆变电压为相应的相电压;当IGBT关断后，输出的逆变电压为相应的线电压。输出逆变电压的大小由 IGBT 控制角 δ 决定。这样电流便滞后于电压 180?以上，因此转子回路不再从电网中吸收无功功率，而是向电网提供无功功率。 以逆变桥中1号晶闸管(VT1)与5号晶闸管(VT5)的换相为例分析该方案中IGBT器件的控制方法。图2-4示出了逆变桥中IGBT与晶闸管的控制脉冲顺序，其中，逆变角β固定在零处，IGBT导通角δ变化范围为0?~120?。 图2-3 IGBT控制脉冲及晶闸管触发脉冲 在a，c两相自然换相点(t1时刻)前t0时刻，控制触发VT7导通。VT7管的导通给VT5管加上一个反向电压，IGBT是全控器件，控制脉冲的宽度决定了晶闸管导通时间，VT7导通适当的角度δ，则会给VT5施加足够时间的反压，保证VT5在t1时刻前可靠关断，这样在t1时刻触发VT1管时，就不会出现同组2个晶闸管同时导通的现象，避免了逆变失败。当VT1导通一定角度(120?-δ)后，再次控制VT7导通，可靠关断VT1管，在下一个自然换相点处触发VT3导通，依次循环下去，从而实现了有源逆变。VT8管对VT2，VT4，VT6管的换相控制同上。IGBT不仅实现了辅助换相作用，还具有调节逆变电压的作用。逆变角β固定不变，当增加IGBT导通时间后，晶闸管关断时间提前，导通时间变短，从而降低了逆变电压。因此，通过改变IGBT脉冲控制角δ的大小，可以改变逆变电压， [3]进而调节电动机转速。 9 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 2.6串级调速系统的起动方式 串级调速系统是依靠逆变器提供附加电动势工作的，为使系统能正常工作，对串级系统的起动与停车控制须有合理的措施。在串级调速起动时必须使逆变器先接上电网，然后电动机再接入电网，停车时则是电动机先脱离电网，然后再逆变器脱离电网。从而防止逆变器交流侧断电，导致晶闸管不能关断，而造成逆变器短路事故。串级调速系统通常有间接起动和直接起动两种方式。 1.间接起动方式 大部分采用串级调速的设备的调速范围是不需要从零到额定转速的，特别对于水泵、风机、压缩机等机械，其调速范围不大。为使串级调速系统装置不受过压损坏，起动方式须采用间接起动方式，将电动机转子先接入电阻或变阻器起动，等到转速升高达到串级调速系统所设计的最低转速时，才把串级调速装置接入运行。由于水泵、风机等机械不经常起动，所用的起动电阻可按短时工作制选用，体积和容量都较小。可以根据对电动机转速的测量或利用时间原则自动控制串电阻起动转换到串级调速。图2-4所示是间接起动控制原理图。 图2-4 串级调速系统间接起动控制原理图 10 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 起动操作顺序如下:先合上装置电源总开关Q，使逆变器在β下等待工min作。然后依次接通待触发器KM1，接入附加起动电阻R，使电动机起动加速，再接通KM0，使电动机定子回路与电网接通，于是电动机便以转子串电阻的方式起动。待起动达到所设计的n(s)时接通KM2，使电动机转子接到串级调minmax 速装置，同时断开KM1，切断起动电阻，此后电动机就可以串级调速的方式继续加速到所需的转速运行。不允许在未达到设计最低转速以前就把电动机转子回路与串级调速装置接通，否则转子电压会超过整流器件的额定电压而损坏器件，所有转速 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 或起动时间计算必须准确。采用这种起动方式，虽然增加了一套附加起动设备，但对于调速范围较小的串级调速系统，其主要设备的容量和耐压可显著降低，从设备总投资来看，仍然是经济的。停车时，由于没有制动作用，应先断开KM2，使电动机转子回路与串级调速装置脱离，在断开KM0，以防止当KM0断开时在转子侧感生分闸过电压而损坏整流器与逆变器。 2.直接起动 直接起动又称串级调速方式起动，用于可在全范围调速的串级调速系统。在起动控制时，让逆变器先于电动机接通交流电网，然后使电动机的定子与交流电网接通，此时转子呈开路状态，可防止因电动机起动时的合闸过电压通过转子回路损坏整流装置，最后再使转子回路与整流器接通。在图3-4中，接触器的工作顺序为Q-KM0-KM2，此时不需要起动电阻。当转子回路接通时，由于转子整流电压小于逆变电压，直流回路无电流，电动机尚不能起动。待发出给定信号后，随着β角的增大，逆变电压降低，产生直流电流，电动机才逐渐加速，直至达到给定转速。 综上所述，本设计的起动方式采用间接起动。 11 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 第3章 数字触发器的硬件设计 3.1 全数字串级调速系统组成 图3-1中电流反馈信号取自逆变器交流侧，由霍尔电流传感器检测后经ADC0809转换后输入AT89C51单片机;转速反馈信号取自测速发电机，经 ADC0809转换后送入AT89C51单片机，在单片机内与反馈量进行比较计算后，由单片机输出信号，控制晶闸管与IGBT导通与关断，进而控制电动机调速。 触发同 IGBT开关 步电路 电流反馈和 驱动器 IR2125 AT89C51单转速反馈 片机 晶闸管驱 A/D转换器 动电路 串口通信 图3-1 全数字串级调速系统结构框图 3.2 主控制器设计 3.2.1 单片机(AT89C51)芯片 AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，AT89C51提供以下的功能:4K字节闪烁存储器，128字节随机存取数据存储器，32个I/O口，2个16位定时/计数器，1个5向量两级中断结构，1个串行通信口，片内震荡器和时钟电路。另外，AT89C51还可以进行0HZ的静态逻辑操作，并支持两种软件的节电模式。闲散方式停止中央处理器的工作，能够允许随机存取数据存储器、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存随机存取数据存储器中的内容，但震荡器停止工作并禁止其它所有部件的工作直到下一个复位。 12 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 图3-2 AT89C51单片机引脚图 AT89C51引脚: Vcc:电源电压。 Vss:接地。 XTAL1:片内振荡器反相放大器和时钟发生器电路的输入端。 XTAL2:片内振荡器反相放大器的输出端。 RST:复位信号输入端，高电平有效。当单片机运行时，在此引脚加上持续时间大于2个机器周期的高电平时，就可以对单片机完成复位操作。 EA/Vpp:外部程序存储器访问允许控制端。当EA端为高电平时，单片机读片内程序存储器，但在PC值超过0FFFH时，将自动转向访问外部程序存储器中的程序。当EA端为低电平时，对程序存储器的读操作只限定在外部程序存储器，地址为0000H~FFFFH，片内的4KBFlash程序存储器不起作用。Vpp为该引脚的第二功能，为编程电压输入端。 ALE/PROG:当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE以时钟震荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号，因此它可对输出时钟或用于定时目的。要注意的是:每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲时，闪烁存储器编程时，这个引脚还用于输入编程脉冲。如果必要，可对特殊寄存器区中的8EH单元的D0位置禁止ALE操作。这个位置后只有一条MOVX和MOVC指令ALE才会被应用。此外，这个引脚会微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。 片内程序储存器的读选通信号。在单片机读外部程序存储器时，此PSEN: 引脚输出脉冲的负跳沿作为读外部程序存储器的选通信号。此引脚接外部程序存储器的OE端;在访问外部RAM时，PSEN信号无效。 13 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) P0口: 8位，漏极开路的双向I/O口。当89C51扩展外部存储器及I/O接口芯片时，P0口作为地址总线及数据总线的分时复用端口。 P0口也可作为通用的I/O口使用，但需加上拉电阻，这时为准双向口。当作为普通的I/O输入时，应先向端口的输出锁存器写入1。P0口可驱动8个LS型TTL负载。 P1口:8位，准双向I/O口，具有内部上拉电阻。 P1口是专为用户使用的准双向I/O口，当作为普通的I/O输入时，应先向端口的输出锁存器写入1。P1口可驱动4个LS型TTL负载。 P2口:8位，准双向I/O口，具有内部上拉电阻。 当89C51扩展外部存储器及I/O口时，P2口可输出高8位地址。 P2口也可作为普通的I/O口使用。当作为普通的I/O输入时，应先向端口的输出锁存器写入1。P2口可驱动4个LS型TTL负载。 P3口:8位，准双向I/O口，具有内部上拉电阻。 P3口可作为通用的I/O口使用。当作为通用的I/O输入时，应先向端口的输出锁存器写入1。P3口可驱动4个LS型TTL负载。 3.2.2 晶振电路 89C51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，它的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。这两个引脚连接石英晶体振荡器和微调电容，构成一个稳定的自激振荡器，图3-3是89C51内部时钟方式的电路。电路中的电容C1和C2的典型值通常选择为30PF左右。该电容值的大小会影响振荡器的稳定性、振荡的快速性和振荡器频率的高低。晶体振荡器频率的范围通常是在1.2~12MHz。晶体的频率越高，系统的时钟频率越高，单片机的运行速度也就越快。但反过来，运行速度快对存储器的速度要求越高，对印制电路板的工艺要求也高，即要求线间的寄生电容要小。晶体和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证振荡器稳定、可靠地工作。89C51常选择振荡频率6MHz或12MHz的石英晶体。 图3-3 内部时钟电路 14 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 3.2.3 复位电路 89C51的复位是由外部的复位电路实现的，复位引脚RST通过一个施密特触发器与复位电路相连，施密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的S5P2，施密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作需要的信号。本设计采用上电复位电路。简单的上电复位电路如图3-4所示。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。当电源接通时，只要Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位。 图3-4 复位电路 3.2 AD转换电路 A/D转换采用ADC0809，它是一种逐次比较式8路模拟输入，8位数字量输出的A/D转换器。ADC0809共有28脚，采用双列直插式封装，它采用逐次比较式方式完成A/D转换的，由单一的+5V电源供电。片内带有锁存功能的8路选1的模拟开关，由A、B、C引脚的编码来决定所选的通道。ADC0809完成1次转换需100μs左右，输出具有TTL三态锁存缓冲器，可直接连接到C51的数据总线上，通过适当的外接电路，ADC0809可对0-5V的模拟信号进行转换。图3-5为ADC0809引脚图。 图3-5 ADC0809引脚图 15 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) ADC0809引脚: IN0-IN7----8路0~5V模拟电压输入端。 D0-D7----8位数字量输出线，输出A/D转换结果。 START----起动A/D转换输入端，若在此引脚加一个正脉冲，脉冲的上升沿将内部寄存器清0;其下降沿起动A/D进行一次新的转换。 EOC----A/D转换结束输出信号，高电平有效。从起动A/D转换信号START有效开始EOC为0，表示A/D转换正在进行中;当转换一结束，EOC即为1。它可供CPU查询A/D转换是否结束，也可用来向CPU发中断请求信号。 OE----输出允许信号，高电平有效。 CLOCK----时钟脉冲输入端，频率为500kHz。 ADDA，ADDB，ADDC----模拟量输入通道IN0~IN7的地址选择线，可以控制8路转换开关进行8选1接通。 V，V----参考电压端，提供A/D转换的基准电压。在单极性输入()REF+REF(-) 时，V=5V，V=0V;当模拟输入量为双极性时，V，V分别()()REF+REF(-)REF+REF(-)接正、负极性的参考电压。 Vcc----+5V，工作电源。 GND----0V，电源地。 3.4 晶闸管脉冲触发电路 在触发脉冲较宽的晶闸管控制系统中，常用管耦合器组成晶闸管出发电路。图3-6是由管耦合器4N25组成的晶闸管触发电路。触发电路由7406,4N25，晶体管9013，整流电路和变压器T等组成。触发电路使用独立电源，触发脉冲由A、B两端输出，A端为正输出端。7046输入端输入高电平时，经反相驱动后输出低电平，光耦合器输出端导通，使晶体管导通，A、B端有触发脉冲输出，当7046输入端输入低电平时，经反相驱动后输出高电平，晶体管截止，触发脉冲结束。 16 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 图3-6 晶闸管脉冲触发电路 为了提高相角的控制精度，触发器的输出用74LS374锁存器作为触发信号的闸门。晶闸管的脉冲触发时刻及脉冲宽度由AT89C51单片机输出。脉冲触发字经74LS273缓冲后，送入到74LS374的D端，单片机通过P2.4端将74LS374锁存器的CLK置高电平，其上升沿将闸门打开，由于P2.7经反相接到74LS374锁存器OE端，所以只有当P2.7为高电平时， 74LS374锁存器的D端接收到的触发字才能送至Q端输出。晶闸管触发脉冲的触发顺序根据74LS374输出的触发字确定。P2.7输出的信号经反相放大器7046后与74LS374输出信号共同作用使某路光耦合器导通，进而控制相应的晶体管导通，触发脉冲输出到晶闸管。 3.5 触发同步电路 在晶闸管在工作时，触发信号必须与主回路同步，触发同步电路即使触发信号满足这一条件的电路。为了简化装置的结构，本设计触发器同步电路采用单相同步方式，并且不设立同步变压器，直接从电源变压器上设计得同步绕组取同步信号，电路如图3-7所示。主回路的a、c两相接到电源变压器上，同步绕组的同步信号与Uac相位一致。电源变压器的同步信号，经比较器后变为方波，再经光电耦合器送至AT89C51单片机的P2.1端。 图3-7 触发同步电路 17 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 3.6 IGBT驱动器及驱动电路 3.6.1 IR2130驱动器 IR2130是一种高速、高压的IGBT驱动器，其工作电压是10~20V，分别有3个独立的高端与低端输出通道，是美国国际整流器公司继IR2110之后推出的IGBT驱动器，IR2130的工作温度范围为-55-+150?，工作频率从几十赫兹到上百千赫兹，其独立的设计使它可用来驱动工作在母电压不高于600V的电路中的IGBT器件，其可输出的正向峰值驱动电流最大值是250mA，反向峰值驱动电流为500mA。在其内部设计有过电流、过电压及欠压保护，封锁和指示电路单元，应用中可方便的保护被驱动的IGBT器件，加之其内部自举技术的运用使其可用于高压系统，它还可对同一桥臂上下2个功率器件的门极驱动信导产生2μs互锁延时时间。它自身工作和电源电压可达3,20V，在它的内部还设计有与被驱动的功率器件所通过的电流成线性关系的电流放大器，电路设计还保证了内部的3个通道的高压侧驱动器和低压侧驱动器可单独使用，亦可只用其内部的3个低压侧驱动器，并且输入信号与TTL及COMS电平兼容。IR2130的引脚排列如图3-8所示。 图3-8 IR2130的引脚排列图 IR2130驱动器引脚: VB1~VB3:为悬浮电源连接端，该三端的作用表现在为集成于IR2130内部的驱动变流器中三个高压侧功率管的驱动器提供电源。 VS1~VS3:为其对应的悬浮电源地端。 18 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) HIN1~HIN3:驱动变流器中三个高压侧功率管的对应信号输入端，实用中，与六路脉冲形成电路中输出的三个高压侧功率管驱动信号相连接，低电平有效。 LIN1~LIN2:驱动变流器中三个低压侧功率管的对应信号输入端，实用中，接六路脉冲形成电路中输出的三个低压侧功率管驱动信号，低电平有效。 ITRIP:过电流信号检测输入端，该端得作用是可通过输入电流信号来完成过电流或直通短路保护，实用中，接电流检测环节的输出。 CA-、CAO、VSO: CAO为IR2130内部电流放大器的输出端，CA-为反相端，VSO为同相端。 HO1~HO3、LO1~LO3:逆变器上下桥臂功率开关器件、驱动器信号输出端。 FAULT:为过电流、直通短路及过电压、欠电压保护输出端，该端提供一个过电流、直通或过电压、欠电压保护的指示信号，应用中，接指示用发光二极管或用户系统封锁端。 Vcc、Vss:为电源连接端。 3.6.2 IGBT驱动电路 IGBT是 80 年代以后发展起来的新型大功率电力电子器件，从特性上讲，可视为大功率双极型晶体管(GTR)和功率场效应管(MOSFET)的复合。GTR是双极型电流驱动器件，由于具有电导调制效应以至于其通流能力很强，但其开关速度低，所需驱动电路复杂且驱动功率大。而电力MOSFET是单极型电压驱动器件，其开关速度快，输入阻抗高且热稳定性好，所需驱动电路简单且所需驱动功率小。IGBT综合了GTR和MOSFET的优点，因此具有良好的特性。IGBT也是三端器件，具有栅极G，集电极C和发射极E，IGBT是一种场控器件，其导通与关断是由栅极和发射极间的电压u决定的，当u为正并且大于启动电GEGE 压时，使 MOSFET内形成沟道，并为晶体管基极提供电流使IGBT导通。由于电导调制效应，使得电阻R减小，这样使高耐压的IGBT具有比较小的通态压N 降。在栅极与发射极之间施加反相电压或者不施加信号时， MOSFET内的沟道消失，使晶体管的基极电流消失进而使IGBT关断。本设计中，为了提高驱动电路的稳定性，简化驱动电路，采用了集成芯片 IR2130驱动IGBT。如图3-9所示。 19 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 图3-9 IGBT驱动电路 图3-9为IR2130驱动器驱动IGBT示意图。图中C为自举电容，为上桥臂1 功率管驱动的悬浮电源存储能量。VD1的作用是防止其上桥臂导通时，直流母线电压直接加到IR2130的电源上，使IR2130器件损坏，因此VD1的反向耐压应足够大。当然由于VD1串联C1，VD1选用快速恢复二极管以满足主电路功率管开关频率的要求。R1和R2为IGBT的栅极驱动电阻，可采用几十欧的电阻。R3与R4组成过电流检测电路，其中R4是用以分压的可调滑动电阻，R3为过电流取样电阻。IR2130的HIN1~HIN3、LIN1~LIN3端与单片机连接，PWM控制信号的输入由单片机产生;FAULT端连接单片机外部中断引脚，故障由单片机中断程序来处理。 3.6 双闭环控制器的设计 由于串级调速系统机械特性的静差率较大，而开环控制系统精度较差，只能用于对调速精度要求不高的场合。为了提高静态调速精度，须采用闭环控制系统，采用具有转速反馈和电流反馈的双闭环控制方式。 本设计采用AT89C51单片机对串级调速实现了数字式双闭环设计，其作用分别为:电流环作用为使电流紧紧跟随其给定电压变化。转速动态过程中，保证电动机允许的最大电流，从而加快动态过程。当电动机堵转或过载时，限制电枢电流最大值。速度环作用为使速度可迅速的跟随占空比变化，稳态时可减小转速误差对负载变化起抗干扰作用。 本系统采用由速度闭环和电流闭环二个闭环组成串级调速系统。双闭环串级 20 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 调速系统的设计先从电流环着手，然后再把电流环看作速度环的一个环节，在设计速度环。设计时要保证串级调速系统在启动过程中保持主回路电流不超过允许值，即要求电流超调量越小越好，电流环按典型I型系统校正。要保证串级调速在负载变化时转速的变化要小，即要求转速抗干扰性能好，速度环按典型II型系统来校正。 1.电流检测 电流检测可以采用采样电阻法、电流互感器法和霍尔电流传感器法。 电阻采样法:此方法的特点是线路简单，无延迟，但其精度受温度影响较大，且缺乏隔离。适用于低压小电流电路。 电流互感器:根据电磁感应原理工作，电流互感器由闭合的铁心和绕组线圈组成。电流互感器的一次绕组的匝数较少，其串接在需要测量的电流的线路中，因此它经常有线路的全部电流流过，它的二次绕组的匝数较多，串接在测量仪表和保护回路中，在电流互感器工作时，它的2次回路一直是闭合的，因此测量仪表和保护回路串接线圈的阻抗较小，其工作状态接近短路。此方法简单，但只能用来检测交流量，且有一定的滞后延迟，精度稍差，适用于高压大电流的场合。 霍尔元件检测法:利用霍尔效应，把电流产生的磁信号转换为电信号。其优点是测量范围广，响应速度快，可靠性高，测量精度高并可以实现隔离，但需外接电源，且价格较高。 本设计采用电流互感器检测电流。 2.速度检测 转速的测量 交流电机控制系统的一个主要应用领域是电气传动控制系统，对转速的检测有两种方法。 采用测速发电机检测:测速发电机的绕组和磁路是经过精确设计的，它的输出电动势E与转速n成正比关系，即E=Kn，K是常数。当改变其旋转方向时输出电动势的极性也相应改变。在被测量机构与测速电机同轴相连时，只要测量出输出电动势，就能得到被测量机构的转速，因此又被称为速度传感器。采用测速发电机测出与转速成正比的电压信号，然后反馈回控制系统，测速发电机价格低廉且可靠性高，但其存在死区与非线性的问题，而且精度较差。 采用脉冲编码器:脉冲编码器是一种光学式位置检测元件，编码盘直接装在电机的旋转轴上，以测出轴的旋转角度位置和速度变化，其输出信号为电脉冲。其作为检测器件，与传动轴相连接，其每转一周便会发出一定数量的脉冲，单片机通过计数器对脉冲的频率进行测量，即可间接得到轴上的转速。脉冲编码器的特点是非接触式的，无摩擦和磨损，驱动力矩小，响应速度快。可以达到很高的精度，且不受外部的影响，可以用于高精度的控制中。缺点是 21 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 抗污染能力差，容易损坏。采用脉冲编码器检测速度，通常有三种方法:M法、T 法、M/T法。M法即测频法。T法即测周期法。M/T法即M法和T法的组合法。 本设计的速度测量采用测速发电机测量。 3.6.1 串级调速电流环设计 1.电流给定 电流环的电流给定为速度调节器的输出，只不过它需要处理后才能送至电流环PI调节器。处理过程为:为限制电流环的电流给定，首先要加限幅，防止瞬间脉冲过大损坏电流。经过限幅后加上电流预给定值，其作用是保证二极管整流方向为正。信号然后经过斜坡函数处理，其作用是防止电流变化率d/d太大。还it需经过低通滤波器滤波，低通滤波器是为了不影响调节器的输入，滤去电流检测信号中的交流分量。最后在信号输出端加入一个等同时间常数的惯性环节，其作用是滤波环节会延迟反馈信号，而惯性环节可以平衡这个延时，使时间上得到配合，提高系统的实时性。 2.反馈电流检测 反馈电流取自逆变器交流侧，采用了电流互感器测量电流，然后输入ADC0809。 3.电流调节器的设计 在转速外环的调节过程中，作为内环的电流调节器的作用是使电流紧紧跟随其给定电压变化，还可以对电网电压起及时的抗扰作用。它在转速动态过程中，保证获得电动机允许的最大电流，从而加快动态过程。当电动机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起加速的自动保护作用，一旦故障消失，系统立即自动恢复正常，这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的。 由于串级调速的额定工作点处于第一工作区，那么电动机转矩T与转子主e回路直流电流的关系为: 13T,(E,X)I,CIed0D0dmd(3-1) wn0 其中C:串级调速系统的系统的转矩系数。 m 上式中，系数C是I的函数，在动态中，C不是常数，用该式表示Te与mdm 的关系，这样串级调速系统的运动方程式可写成: 2GDdnC(II),,mddl(3-2)375dt 其中I:负载转矩T所对应的等效直流电流 dlL 22 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 对式(3-2求拉氏变化，可得电动机的传递函数为: ns()1,(3-3) IsIdLTS(),()ddLI 其中T:电动机的积分时间常数， I 2GDT,(3-4) I375Cm KLr 直流主回路的回路的传递函数为1，TsLr。 其中K—转子直流回路的放大系数，T—转子直流回路的时间。 LrLr 电流内环的主要作用是提高系统的动态性能，如加快启动、突加负载时动态速降小等，因此通常将其校正成典型I型。设为PI形式为: ,Ks(，1)ii (3-5) G,,si 根据现代控制理论，应让调节器的零点与控制对象的大时间常数极点对消。 ,,T由于t比T小，则选择。 fiLriLr 此时，电流内环的开环传递函数变为: KIW,S(3-6) 1()s(ts，1)i 其中。 K,KKKK/,IirLrfii 根据以上可计算出所需的T和K，进而确定和K的值。 ,LrLrIi 3.6.2 串级调速速度环的设计 1.速度反馈 本系统需要对速度进行检查以实现速度负反馈控制。速度检测有直接检测和间接检测。间接检测不直接测量电动机转速，而是测量其它信号可以反映转速的信号。直接测速就是直接取得转速信号。 2.速度调节器设计 速度环调节器是调节系统的主导调节器，它使转速可以很快地跟随占空比变化，稳态时可以减小转速误差，其限幅值决定电动机允许的最大电流。将已经设计好的电流环看作是转速调节系统中的一个环节。需要求出它的闭环函数，它的 23 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 传递函数为: 1 KWs()fiWs(),,ts (3-7) Ws1，()fi2s，，1KKis 1KsW,在的条件下，电流环在速度环中等效为:ci3tfi 1 KfiW(s),1 (3-8)s，1KI 可见，闭环后的电流环等效为一个二阶震荡环节或近似为一个小时间常数的一阶惯性环节。这表明，电流闭环后，改造了控制对象，加快了电流跟踪作用。是设计电流内环的一个重要功能。 设计速度调节器时为了保证速度反馈信号的准确性，实时性，需要对反馈信号进行滤波环节，积分、比例，上、下限幅等处，加电流预给定是因为保证二极 1管整流方向为正。把转速环给定滤波和反馈滤波环节移到环内，再把时间常数KItTfnn和的两个小惯性环节合并起来，近似成一个时间常数的惯性环节，其中 , 1T,，tfnn,KI 列出转速环的开环传递函数为 K/KKKfnftmmW(s),G(s)(3-9) Ts，1sn, 由于转速环开环传递函数包含2个积分环节，所以要设置成典型II型，这样系统同时满足动态抗扰性能好的要求。由此可见，转速调节器也设置成PI调节器，其传递函数为: ,s，1nGsK (3-10) (),n,sn 这样，调速系统的开环传递函数即可写为 K(s，1),NnW, (3-11) N2s(Ts，1), 24 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 其中转速开环放大系数 KKKnmfn (3-12) K,NK,ftn 在实际设计时，可选用与实际运行工作电流I相对应的K值来确定参数的dm值。 25 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 第4章 数字触发器软件设计 4.1 主程序设计 oo为了提高系统的快速性，控制方式为每60一拍。控制角δ的范围是0 ’’oo~120，所以需要对δ进行变化，将δ转化为相对移相控制角δ， δ小于60。’’oooo当δ?60，δ=δ，当60,δ?120，δ=δ-60。串级调速起动时，程序开 ’始运行，由δ求出δ及移相范围，从而确定相应控制字的地址，再从该地址中 取出对应的触发器，经中断程序送入74LS273中锁存，进而完成移相控制。 开 始 ’由δ计算?δ、δ及移相范围 同步时刻到否, 判断本拍拍数是否奇数, 给P2.0写触发 给P2.3写触发 时刻及脉宽δ 时刻及脉宽δ 给P2.0写触发 给P2.3写触发 时刻及脉宽?δ 时刻及脉宽?δ 发脉冲 返回 图4-1 主程序框图 26 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 中断服务子程序入口 赋触发字 给P0写脉冲触发时刻及脉宽 发触发脉冲 中断返回 图4-2 中断服务子程序框图 27 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 结 论 在能源日益紧张、费用高涨的今天，绕线式异步电动机的串级调速技术作为节约能源的一个重要手段，在国内得到广泛的应用，但是由于其功率因数较低这一弱点，影响它在更广泛范围内的推广应用。 本设计从传统的串级调速的基本原理入手，详细分析了改进的三相四线制双IGBT串级调速方案，该方案能在较大程度上提高系统的功率因数。 本设计以AT89C51单片机为核心，组成了全数字串级调速系统，针对这种改进方案所要求的控制脉冲设计了新型数字触发器。这种新型方案结构简单、控制方便;转子回路不但不从电网吸收无功功率，相反当电机低于额定转速，它还向电网发出无功，进而很大程度提高系统的功率因数;此外，逆变器直流侧的谐波分量较普通串级调速相应减小;逆变器的容量和电抗器也有明显的减小，总之，其优点是显而易见的。 28 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 参考文献 [1] 陈伯时.电力拖动自动控制系统 [M].北京机械工业出版社,2006. [2] 陈伯时，陈敏逊.交流调速系统[M]. 北京:机械工业出版社，2005:58-59. [3] 苏利敏.新型串级调速的研究[D].天津 河北工业大学,2000. [4] 胡崇岳.现代交流调速技术[M]. 北京:机械工业出版社,2005:316-320. [5] 佟纯厚.交流电动机晶闸管调速系统[M].北京:机械工业出版社,2004. [6] 郑益飞. 新型串级调速系统的研究与应用[D]. 安徽理工大学，2009。 其应用电路[M]. 北京:人民邮电[7] 周志敏，周纪海，纪爱华. IGBT和IPM及 出版社，2006:88-92. [8] 王兆安，黄俊.电力电子技术.北京:机械工业出版社，2009，1一6章. [9] 王春杰. 大功率异步机转子变频调速系统及其控制策略研究[D]. 天津大 学，2005. [10] 孙文博. 高压电机内反馈数控串级调速系统设计与实现[D]. 大连理工大 学，2002. [11] 孔鹏. 基于 IGBT 有源逆变内反馈串级调速系统的研究[J]. 东北电力技 术，2008(8): 27~29. [12] 王春杰. 大功率异步机转子变频调速系统及其控制策略研究[D]. 天津大 学，2005. [13] 何守光，邓志发. 内反馈串级调速技术在电厂的应用[J]. 中国电力，2001 (9): 17~19. [14] Mihaela POPESCU,Alexandru BITOLEANU.CASCADE CONTROL SYSTEM OF THREE PHASE SHUNT ACTIVE FILTERS.Annals of the University of Craiova,Electrical Engineering series,2009(33):183~187. [15] Rodrguez J, Moran L, Pontt J, et al. High-voltage multilevel converter with regeneration capability. IEEE Transaction on Industrial Electronics, 2002, 49(4): 839~845. [16] POWA LEE, YIMSHU, LEE CHENG, et al. Steady-state analysis of an interleaved boost converter with coupled inductors [J]. IEEE Trans on Industrial Electronics, 2000, 47(4): 787~ 795. 29 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 致 谢 本设计是在xxx副教授的悉心指导下完成的。在毕业设计过程中，孙老师给予了我极大的帮助和有益的指导，孙老师严谨的治学态度、渊博的学识、和蔼可亲的微笑都给我留下了深刻的印象，对我今后的学习、工作和生活都将产生积极的、深远的影响。在此，我对孙老师表示真诚的祝福和深深的敬意～ 同时，在我完成本设计的过程中，也得到了其他老师和同学的大力帮助，在此向他们表示感谢。 30