变频调速技术在蓄电池电机车上的应用和研究

摘要

矿用电机车是煤矿生产中重要的运输工具，矿用电机车牵引驱动目前还一直沿用串激直流电动机进行调速控制，但这种调速方式将有大量的电能消耗在串联电阻上，蓄电池充电频繁，寿命减短，而且直流电动机结构复杂、造价高，容易损坏，运行可靠性低，维护工作量大，维修费用高。同直流电动机相比，交流异步电动机具有结构简单、价格低廉，而且坚固耐用、运行可靠、很少需要维护、可用于恶劣环境等优点，同时随着交流调速技术的日渐成熟，用交流异步电机车代替直流电机车将是矿用电机车的发展趋势。 本文用直接转矩控制理论对异步电机进行调速，直接对电机的磁链和转矩进行控制，省去了大量的复杂计算，控制方案变得简单。 本文首先对交流调速的基本理论进行了介绍，随后使用MATLAB对异步电机直接转矩控制调速系统进行了建模仿真，给出了仿真结果并进行分析，说明了调速系统的优点及不足。对直接转矩控制的不足进行了分析，给出了矢量细分的优化算法，并进行了仿真，结果证明了模型的正确性和方法的有效性。最后在DSP实验室系统开发平台上对直接转矩控制进行了试验，得出了试验波形并进行了分析。

目录

文摘

英文文摘

声明

引 言

1绪论

1.1矿用蓄电池电机车调速系统的发展趋势

1.2交流调速发展的趋势

1.3异步电动机直接转矩控制的特点

1.4直接转矩控制的现状及发展方向

1.4.1直接转矩控制的发展现状

1.4.2直接转矩控制的发展方向

1.5电力电子技术和微处理器对交流调速数字控制的影响

1.6本课题的目的及内容

2交流调速系统的理论基础

2.1电压空间矢量

2.2定子电压空间矢量与定子磁链的关系

2.3定子电压空间矢量对电动机转矩的影响

3直接转矩控制系统的基本原理及MATLAB仿真

3.1直接转矩控制系统的基本原理

3.1.1异步电动机的磁链和转矩观测模型

3.1.2转矩调节器和磁链调节器

3.1.3磁链区间判断单元

3.1.4开关状态选择单元

3.2 MATLAB/Simulink简介

3.3直接转矩控制系统的仿真

3.4仿真结果及分析

3.4.1高速运行仿真

3.4.2低速运行仿真

3.4.3空载启动

3.4.4负载突变

3.4.5电机车实际工况仿真

4基于电压矢量细分的直接转矩控制系统

4.1直接转矩控制算法的改进

4.1.1电压矢量的细分

4.1.2电压矢量的SVPWM调制

4.2电压矢量细分DTC变频调速系统的仿真

4.2.1电压矢量细分DTC调速系统的建立

4.2.2仿真结果及分析

4.3本章小结

5异步电机直接转矩控制系统的实现

5.1矿用电机车调速系统的性能要求

5.2系统的硬件设计

5.2.1控制电路简介

5.2.2智能功率模块IPM

5.2.3电流电压检测及其转换电路

5.2.4 PWM信号隔离驱动电路

5.2.5控制系统保护电路

5.3直接转矩控制系统软件实现

5.3.1 DSP软件设计的编程语言

5.3.2主程序模块设计

5.3.3中断服务程序设计

5.3.4 PWM信号的具体实现

5.4实验的主要调试设备及实验结果

5.4.1实验的主要设备

5.4.2 MCK2407A评估板概述

5.4.3实验结果及分析

结论

参考文献

致谢