基于DSP异步电动机节能软启动器的开发

摘要

三相交流异步电动机具有结构简单、运行可靠和价格低廉等优点而被广泛应用。但是异步电动机存在启动电流大,对电网和电动机本身产生严重影响,以及在轻载或空载运行状态时,功率因数和效率大大降低,造成电能浪费的问题。为了改善电机的启动特性和提高效率,本文研制开发了基于高速数字信号处理器TMS320F2808的异步电机节能软启动器。本文的主要工作与结论是:
　　 比较分析了目前国内外常用的电机启动和节能的方法。阐述了晶闸管三相交流调压和调压节能的原理。讨论了斜坡电压启动和以电流为反馈量、运用PI控制实现的限流启动、斜坡电压限流启动的三种电机软启动的控制方式。提出了以电流为反馈量进行负载跟踪,实现电机轻载节能的控制方法。
　　 利用matlab的simlink的仿真功能,搭建了异步电机软启动系统的仿真模型,对电机的各种启动方式进行了仿真实验。仿真结果验证了采用晶闸管进行三相交流调压方案的可行性,同时验证了该控制方法能有效的限制异步电机的启动电流。
　　 采用模块化的思想进行了基于DSP的控制系统设计。搭建了电机节能软启动.器的试验平台,并进行了相关试验。试验结果表明本文设计的异步电机节能软启动器能够保证电机安全带载启动,有效地限制电机启动电流并在轻载状态下节能。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1 绪论

1.1 课题的研究背景和意义

1.2 异步电机启动和节能的常用方法概述

1.2.1 传统减压启动

1.2.2 软启动

1.2.3 电机节能的基本方法

1.2.4 调压节能的控制方法

1.3 电机节能软启动器的国内外研究现状

1.4 本文的研究内容

2 交流异步电动机节能软启动器的理论分析

2.1 晶闸管三相交流调压的工作原理

2.1.1 电阻性负载时的导通模式

2.1.2 电感性负载时的导通模式

2.1.3 输出负载电流的谐波分析

2.2 调压节能的原理分析

2.2.1 异步电动机的功率关系

2.2.2 降压对电机性能的影响

2.2.3 降压对电机转差率的影响

2.2.4 电动机降压损耗分析

2.2.5 降压节能的效率及功率因数分析

2.3 PID控制器

2.3.1 PID控制原理

2.3.2 数字PID控制算法

2.4 节能软启动器的启动方式

2.5 节能软启动器的运作模式

2.6 本章小结

3 异步电机节能软启动器的MATLAB仿真

3.1 电压同步双脉冲触发方案

3.2 晶闸管交流调压电路的建立

3.3 异步电动机软启动模式的仿真

3.3.1 电动机斜坡电压启动模式的仿真

3.3.2 电动机限流启动模式的仿真

3.3.3 电动机斜坡电压限流启动模式的仿真

3.4 节能软启动器负载跟踪的仿真

3.5 本章小结

4 系统的硬件和软件设计

4.1 系统的硬件设计

4.1.1 TMS320F2808 DSP芯片介绍

4.1.2 电压同步信号检测电路

4.1.3 电流检测电路

4.1.4 晶闸管触发电路

4.1.5 晶闸管的保护

4.2 系统的软件设计

4.2.1 DSP开发系统

4.2.2 主程序

4.2.3 中断程序

4.2.4 触发脉冲产生子程序

4.2.5 A、D转换子程序

4.2.6 负载跟踪子程序

4.2.7 斜坡电压的产生

4.2.8 PID限流控制

4.2.9 系统的软件抗干扰

4.3 本章小结

5 实验结果与分析

5.1 实验装置

5.2 实验结果及分析

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

作者简历

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