基于单片机MC9S12控制的固态软起动器研究

摘要

本文对三相异步电机软起动原理及现有控制方式进行了总结和探讨,对各控制方式进行了对比,并对转矩控制方式做了重点研究,针对转矩估算u-i模型中纯积分环节引起的积分初值和直流偏移两大误差,提出了转矩估算的改进方法,得到较为准确的实时转矩,实现了转矩闭环控制。并以单片机MC912DG128为控制核心,设计了软起动器样机电路。采用精密整流电路作为模拟信号的采集电路,避免了整流二极管的非线性特性对反馈信号精度的影响。利用锁相环功能、分频和分相功能,实现对三相电压同步信号的采集,避免了三相同步变压器在断相时,得到的错误同步信号引起晶闸管误导通。其他硬件电路也针对该单片机进行设计,使系统性能更可靠。利用MATLAB/Simulink对软起动器系统以及控制模块搭建了仿真模型,进行了仿真研究。通过仿真验证了典型控制方式下,以及本文提出的转矩闭环控制软起动系统的可性行和优越性。基于调压技术的软起动器采用转矩控制能够有效提高起动转矩,但在高压大容量异步电机拖动重载起动场合仍无法满足要求,本文在不改变电路拓扑结构的基础上,引入分级交交变频技术,介绍了分级交交变频原理、不平衡电压的分解方法和变频软起动系统晶闸管控制策略,对变频软起动器的研究具有很好的理论参考价值。

目录

致谢

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 异步电机软起动器的研究背景

1.2 异步电机软起动器研究目的及意义

1.3 异步电机软起动器国内外研究现状

1.3.1 国外研究现状

1.3.2 国内研究现状

1.4 论文主要研究内容

1.5 本章小结

2 异步电机软起动原理及控制方式

2.1 异步电动机等效电路模型

2.2 异步电动机的起动方式

2.2.1 传统起动方式

2.2.2 现代软起动方式

2.3 异步电机软起动器工作原理

2.3.1 晶闸管调压原理

2.3.2 软起动器工作原理

2.3.3 软起动控制方式

2.3.4 软起动转矩控制的研究

2.4 本章小结

3 软起动系统仿真研究

3.1 晶闸管三相调压电路的仿真

3.1.1 带阻性负载的仿真分析

3.1.2 带阻感性负载的仿真分析

3.2 软起动器系统仿真分析

3.2.1 直接起动仿真

3.2.2 电压斜坡控制软起动仿真

3.2.3 电流控制软起动仿真

3.2.4 转矩闭环控制软起动仿真

3.3 本章小结

4 软起动器硬件电路设计

4.1 软起动器系统结构框图

4.2 系统主电路设计

4.2.1 晶闸管参数计算

4.2.2 晶闸管保护

4.3 控制电路设计

4.3.1 MC9S12DG128 单片机介绍

4.3.2 MC9S12DG128 单片机最小系统设计

4.3.3 直流供电电源设计

4.3.4 电流信号检测电路

4.3.5 电压信号检测电路

4.3.6 同步信号检测电路

4.3.7 晶闸管触发电路

4.3.8 旁路输出控制电路

4.3.9 人机交互界面

4.4 本章小结

5 异步电机软起动器软件设计

5.1 系统主程序设计

5.2 模拟量采集程序设计

5.3 同步信号中断程序设计

5.4 触发脉冲生成程序设计

5.5 软起动控制方式程序设计

5.5.1 电压斜坡控制程序流程

5.5.2 电流控制程序流程

5.5.3 转矩闭环控制程序流程

5.6 本章小结

6 高压大容量异步电机软起动技术研究

6.1 分级交交变频原理

6.2 不平衡电压分解方法

6.3 晶闸管触发策略

6.4 本章小结

结论

参考文献

附录A MC9S12DG128 单片机最小系统原理图

作者简历

学位论文数据集