数字化的十二相交—交变频器的研究

摘要

交－交变频传动是一种在大功率、低速范围内广泛采用的交流调速方案。在轧机、矿山卷扬、船舶推进等传动中取得了良好的技术经济效益。作为其核心装备的交－交变频器以变换效率高、设备简化、装置可靠性高而倍受青睐，对于多相变频器的研究国内尚在起步阶段，本文分析和设计了主要针对十二相同步电动机负载的十二相交－交变频系统，对变频器的一些共性问题和特殊问题进行了仿真和试验研究。在详细分析了十二相交－交变频器的工作原理之后，给出了交－交变频器的几种运行方式，在比较了它们各自的优缺点后，确定本文实验采用逻辑无环流方式实现交－交变频。在分析了十二相交－交变频器的数学模型后，仿真得出了十二相交－交变频器的输出电压电流波形，并对其进行了谐波的分析。为能精确地控制负载电流，把电压源性质的变频器改造成十二相电流源，本文重点设计了电流调节器，并给出了PI分离和智能积分相结合的控制策略。根据余弦交点法的原理，提出了三段近似余弦同步波和规则采样结合的一种在线计算触发延迟角的方法。并且提出了基于模糊控制的原理来补偿电流断续的情况下的触发延时角。在对控制单元数字化实现的几种方案和结构进行总结和比较的基础上，本文设计了采用DSP加CPLD的全数字化的控制方案。DSP负责完成人机接口、负载电流的测量、十二路零电流信号的判断、十二路触发时刻的在线计算、D/A输出显示；CPLD完成触发脉冲的生成、分配和输出。基于TMS320F240，编写了交－交变频器控制的软件。最后，试验结果表明，本文采用的控制技术是正确可行的，实现了十二相交－交变频系统的全数字化控制。