电力拖动典型负载模拟系统设计与实现

摘要

高动态品质的负载模拟器是电力拖动典型负载试验必需的重要设备，电力拖动负载模拟系统是负载模拟的新的发展方向，因此对负载模拟系统的实现和控制问题进行研究具有十分重要的价值。本文深入分析了电机在实际运行中的负载典型类型，为了达到对负载的精确模拟，系统采用磁粉制动器作为负载模拟元件。利用磁粉制动器力矩特性，设计实现了电机的通用负载模拟平台。然而由于磁粉制动器本身材料的磁滞非线性特性，使得其加载精度与动态响应存在一定的误差。鉴于此，本文从磁粉制动器转矩特性出发，分析了磁粉制动器的电气工作特性、建立了磁粉制动器的模型，在实际运行中，利用PLC作为控制器实现了对磁粉制动器的控制，实现了给定转矩下的恒转速的输出，完成了基于磁粉制动器的模拟负载平台的开发。模拟负载平台使用的驱动电机是永磁同步电机，本文从永磁同步电机的基本电磁规律出发，分析了运行原理、调速特性和控制方法。在UnityPro环境下建立了永磁同步电机的准线性模型。试验结果表明系统基本满足满足设计要求。
　　测试实验室产品开发中最后必不可少的环节，对于检验产品质量、测试产品性能有重要作用，充分而严谨的测试实验可以提前发现系统缺陷和薄弱环节，从而使得研究人员有针对性的做出改进，尽量在交付给用户前将产品完善，提高其在使用过程中的可靠性和安全性随着电力电子技术以及机械负载模拟和监控系统发展,在实验室环境下，通常需要利用机械模拟负载来完成电力拖动系统的性能测试。本文在深入研究负载模拟系统功能和结构的基础上提出了负载模拟系统的整数设计方案，为了实现常见的负载特性模拟，我们设计了一套基于PLC的机械负载模拟和监控系统，这套系统包括具有CANopen通信接口和模拟量输出接口的PLC、具有CANopen接口的变频器、交流电动机及其同轴的磁粉制动器、磁粉制动器控制电路等主要功能模块。论文分析了电机在实际运行中的几类负载，该实验实现了以磁粉制动器为负载模拟元件的恒转矩负载、恒功率负载和风机泵类负载的特性。本文主要工作如下：
　　（1）电力拖动负载模拟系统的组成方案与基于工业网络和磁粉制动器的模拟负载组成;
　　（2）磁粉制动器控制电源设计;
　　（3）设计基于工业网络的PLC控制软件;
　　（4）基于模拟负载的电力拖动系统性能测试。

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第一章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 国外研究现状

1.3基于工业网络和磁粉制动器的模拟负载组成

1.4 本文主要研究内容和论文结构

第二章 磁粉制动器控制电源设计

2.1磁粉制动器工作原理

2.2磁粉制动器控制电源设计与计算

2.3磁粉制动器控制电源建模与测试

2.4 本章小结

第三章 设计基于工业网络的PLC控制软件

3.1基于工业网络的PLC系统配置

3.2 PLC控制软件流程和编程

3.3人机界面的设计与实现

3.4 ATV71 变频器设计应用

3.5 本章小结

第四章 基于模拟负载的电力拖动系统性能测试

4.1各种负载特性下的稳态特性测试

4.2 负载扰动下的电力拖动特性的动态性能测试

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 研究展望

致谢

参考文献