蓄电池电机车交流变频调速系统的研究

摘要

本文对蓄电池电机车交流变频调速系统进行了研究。文章针对矿用电机车交流调速系统的特点，采用了直接转矩控制(DTC)交流变频调速方案。它直接对电机定子磁链和电磁转矩进行控制，避免了矢量控制中复杂的变换和参数运算，使控制结构变得十分简单。首先对异步电动机的四象限特性进行分析，在转矩和转速所构成的坐标轴下对电机车的机械特性进行分析，讨论异步电动机的能量再生问题。然后用MATLAB仿真工具Simulink对直接转矩控制的定子磁链近似圆形控制的方法进行了仿真，从理论上证明了这种方法的可行性，并且对仿真波形进行分析，验证系统的正确性；接着利用TMsLF2407全数字化实现了DT℃调速系统，得出实验波形，通过对实验波形的分析，证明了采用直接转矩控制的矿用蓄电池电机车交流传动与直流传动相比具有牵引力大，调速性能好，节电效果明显等优点。

目录

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引 言

1 绪论

1.1矿用蓄电池电机车电气调速控制的现状与发展

1.2交流变频调速的优势及发展

1.2.1电力电子器件的发展为交流调速奠定了物质基础

1.2.2微处理器是交流调速系统的控制核心

1.3交流调速控制策略的比较分析

1.4论文的工作及内容

2变频调速系统的分析与实现

2.1直接转矩理论简介

2.2异步电动机的数学模型

2.3逆变器的数学模型和空间电压矢量

2.4空间矢量电压对定子磁链、转矩的作用

2.4.1空间矢量电压对呀定子磁链的作用

2.4.2定子电压空间矢量对电动机转矩的影响

2.5直接转矩控制系统的实现

2.5.1直接转矩控制系统的基本结构

2.5.2磁链控制单元

2.5.3转矩控制单元

2.5.4磁链所在扇区的判断

2.5.5空间矢量开关状态表

2.5.6 PI调节器

3蓄电池电机车的能量再生

3.1异步电动机的四象限特性

3.2异步电动机能量再生原理

3.3异步电动机能量再生条件

3.4变频调速下电动机的工作模式分析

4蓄电池电机车交流调速系统的仿真

4.1 MATLAB及SIMULINK简介

4.2直接转矩控制系统的仿真

4.2.1仿真环境和系统仿真图

4.2.2三相异步电动机模块参数

4.2.3系统子模块

4.2.4 S函数在pwm发生器中的应用

4.3仿真波形及其分析

5基于DSP调速系统的硬件设计

5.1电机车在DTC调速系统下的性能要求

5.2控制芯片选择

5.3实验电路的硬件框图

5.4三相逆变器

5.5 pwm信号隔离驱动电路

5.6电流电压检测及其转换电路

5.7保护电路设计

5.7.1启动限流保护电路

5.7.2过压、过流保护电路

5.7.3综合保护电路

5.8 LEM电流检测模块及电机接口电路

6交流调速的软件设计

6.1 DSP芯片的运算格式

6.2集成开发环境CCS简介

6.3系统主程序流程图

6.4系统子程序模块的设计

6.4.1 中断服务程序流程图

6.4.2 PI调节器的设计

6.4.3减速子程序

6.4.4变量定义

6.4.5变量赋值

6.4.6 3/2变换子程序

6.4.7磁链模块程序

6.4.8转矩观测模块

6.4.9磁链和转矩的滞环比较器

6.4.10扇区模块

6.5转速测量模块设计

6.6空间矢量的DSP调制方法

第七章 电机车交流调速系统的实验结果及其分析

7.1实验的主要调试设备

7.2实验波形

结论

参考文献

附录

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果