基于离散变频技术的大功率矿用软启动器控制系统的研究

摘要

本文的研究内容是太原市科技局大学生创新创业项目“刮板输送机驱动系统”（项目编号：110148032）的重要组成部分。三相交流异步电动机作为电气传动中主要的动力来源，由于其内部结构简单、生产及维护成本低、运行稳定可靠等特点，被广泛地应用于井下煤矿生产中。晶闸管软启动器由于其良好的启动性能在功率较大的矿用三相异步电动机启动过程中得到广泛的应用，但其减小电机启动电流是通过降低定子端电压实现的，使得启动转矩相应减小，导致晶闸管软启动器不能带重载启动，严重制约了其在煤矿井下的使用。针对上述问题，研究一种在减小电机启动电流的同时能输出较大启动转矩的软启动控制方式具有十分重要的意义。本文主要研究内容如下：
　　在查阅了大量国内外文献的基础上，详细分析了晶闸管软启动器的研究现状，针对目前软启动器存在的不足，研究了离散变频软启动控制方式，并对如何实现基于离散变频技术的软启动控制系统进行了深入的研究。
　　分析了晶闸管调压电路的工作原理，研究了离散变频软启动技术中的相序问题，得出存在正序对称组合电压的分频段；通过三相对称分量法以及仿真分析得出不存在正序对称组合电压分频段的最优相位角组合，确定了晶闸管的导通方式。
　　研究实现离散变频软启动控制方式，确定了离散变频软启动控制方式中的最小分频段、过渡分频段，以及各分频段的作用时间；确定了在各分频段采用恒压频比控制策略，在工频段采用功率因数角闭环控制策略的电压斜坡控制方式。
　　基于 Matlab/Simulink搭建离散变频软启动控制系统及常规软启动控制系统仿真模型，仿真结果表明，离散变频软启动控制方式具有常规软启动控制方式减小电机启动电流的优点，同时能输出较大的启动转矩。
　　设计了离散变频软启动控制系统的硬件电路，基于硬件电路开发了实现系统功能的软件程序，测试结果表明系统硬件性能稳定可靠，软件程序实时性高，响应时间快。
　　完成了各分频段控制方式下调压电路带对称阻性负载的试验，测量两相间的线电压并与仿真结果对比，验证了各分频段程序的正确性。基于3kW三相异步电动机进行了电机直接启动、电机电压斜坡控制方式下启动试验，试验结果表明常规软启动控制方式可以减小电机的启动电流。

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第一章 绪论

1.1 课题的研究背景和意义

1.2 课题的研究现状

1.3 本文的研究目标和主要研究内容

第二章 离散变频技术的研究

2.1 晶闸管调压电路

2.2 离散变频技术相序分析与最优组合角选取

2.3 2分频段三种初始相位角仿真分析

2.4 本章小结

第三章 离散变频软启动的实现

3.1 三相异步电动机启动转矩计算

3.2 离散变频技术分频段确定

3.3 恒压频比控制

3.4 触发角计算

3.5 各分频段启动转矩

3.6 功率因数角闭环控制

3.7 本章小结

第四章 仿真结果与分析

4.1 直接启动仿真模型

4.2 常规软启动控制系统仿真模型

4.3 离散变频软启动控制系统仿真模型

4.4 功率因数角闭环控制模块

4.5 仿真结果与分析

4.6 本章小结

第五章 控制系统的硬件与软件设计

5.1 系统硬件设计

5.2系统软件设计

5.3 本章小结

第六章 控制系统调试结果及分析

6.1 硬件调试及波形

6.2 试验结果与分析

6.3 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 工作展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士学位期间的研究成果