同步电动机异步起动最佳顺极性投励研究

摘要

同步电动机广泛应用在工农业生产恒速系统，具有自由调节功率因数、转速恒定，负载特性硬等优点。同步电动机起动主要采用异步起动法，即利用转子磁极上的起动绕组将电机异步起动到接近同步转速后在某一时刻施加励磁，从而使电机牵入同步。此方法较电动机辅助起动和变频起动方便和较低的成本投入，但投励一直是困扰异步起动的难题，同步电动机在投励后产生强烈的振荡，定子电流冲击大，牵入时间长，在重载条件下甚至不能牵入同步，对电机本身和电网造成不利影响。 目前同步电动机异步起动的投励普遍采用转子电量法顺极性投励方式，利用励磁绕组在异步起动过程中产生的感应电压信号判断投励转速与投励时刻，但在接近同步转速时，励磁绕组在低转速气隙磁场切割下感应信号微弱，在工况大干扰条件下出现不能投励或误投励现象屡见不鲜，因此未能根本解决问题。近年来国内外学者提出了的最佳顺极性投励方式在转子电量法中亦很难实现，因此，投励信号的获取便转向电机定子侧。本文利用同步电动机在d，g轴系下的状态方程，通过MATLAB数学仿真软件仿真研究，对不同投励时刻的投励波形作了分析比较，确定出最佳顺极性投励区间，并在此基础上提出了无转子位置检测器的定子电量法最佳顺极性投励实现方法。该方法通过检测同步电动机定子电流，软件分析定子电流波形来确定投励转速和转子磁极与气隙磁场的相对位置，捕捉投励时刻实现最佳顺极性投励，取消了转子位置检测器。并在以TMS320C2812数字处理器(DSP)为核心的励磁控制实验板上调试通过，得出投励波形。实验证明该投励方法具有可靠性好、牵入同步时间短、对电网冲击小、在低电压和重载条件下牵入同步容易等优点，很大程度上解决了目前同步电动机异步起动投励存在的问题，结果表明该方法是正确有效的。此外，还研究了同步电动机微机励磁系统的组成与设计方法，以及数字PI调节器和微机移相触发原理。 本文提出的无转子位置检测器的定子电量法最佳顺极性投励方式，是一种新型的同步电动机异步起动投励方式，具有很强的工程应用价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1引言

1.2同步电动机异步起动

1.3目前同步电动机全压异步起动投励的几种方式

1.4同步电动机微机励磁系统

1.5本文所做工作

2同步电动机异步起动过程及投励方式

2.1同步电动机的起动、投励及同步化过程

2.1.1起动过程分析

2.1.2投励过程分析

2.1.3同步化过程(牵入同步过程)分析

2.2同步电动机各投励方式分析

2.2.1不同投励区域分析

2.2.2传统的顺极式投励方式

2.2.3定子电量法顺极式投励方式

2.3小结

3最佳顺极性投励区间仿真分析

3.1研究方法

3.1.1同步电动机状态方程

3.1.2计算对象

3.1.3计算方案

3.2计算结果分析

3.3小结

4新型无传感器定子电量法最佳顺极性投励

4.1投励策略

4.1.1控制目的

4.1.2异步起动过程中的定子电流

4.1.3投励转速的检测

4.1.4投励角度的检测

4.2投励实现的硬件与软件

4.2.1 TMS320C28x系列芯片简述

4.2.2滤波电路设计

4.2.3转子短接电阻的切除

4.2.4投励转速与投励角检测软件流程

4.3实验结果与分析

4.4小结

5同步电动机微机励磁系统

5.1同步电动机微机励磁控制器的总体结构

5.2数字式PI调节器及软件设计

5.3微机移相触发原理

5.4小结

6总结

致谢

参考文献

附录