基于转速估计的交流电机软起动技术研究

发布时间：2017-10-20 03:11

  本文关键词：基于转速估计的交流电机软起动技术研究

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【摘要】：高压大功率交流电机直接起动过程中会出现很大的电流、转矩冲击,因此对大功率电机必须采用软起动以缓解系统的转矩与电冲击。而同步电机的起动更为复杂,由于直接起动的困难性,一般选用异步起动的方式,在起动过程中同步电机异步起动与异步电机起动原理类似。对于异步电机,如果能在软起动过程中加入转速信息进行辅助控制可以缩短起动时间,而对于同步电机,能否准确检测到电机进入亚同步转速,直接影响到起动是否能够成功,因此转速信息的获取及精度更加重要。但对于大功率交流电机在起动过程中转速传感器的安装与使用都有很大难度。本文就交流电机在软起动过程中的转速估计问题进行了研究,并根据估测获得的转速信息设计并实现了一种基于转速估计的软起动技术方案。为获得电机软起动过程中的转速信息,选择了全阶状态观测器对电机进行转速估计。首先从理论与仿真两方面证实了全阶状态观测器能够完成相控调压起动方式下的转速估计。并引入电网接入转速的概念,以电机转速信息控制起动完成,缩短起动时间,改进了异步电机软起动过程。由于同步电机异步软起动过程需要准确获得亚同步转速信息,设计了电机阻尼绕组的磁链状态观测器,并针对其转速估计在亚同步转速附近出现超调的问题,引入等效转子思想对该方法进行了改进。在等效转子的思想上结合异步电机转速估计方法,获得了一种新式的转速估计方法,其正确性通过了仿真分析的验证。最后,本文设计并制作了基于开关变压器的电机软起动系统样机。通过样机实验,验证了转速估计方法的正确性;上位机能够准确监控电机起动过程的状态;软起动样机能够很好的完成电机起动任务。
【关键词】：交流电机 软起动 全阶状态观测器 转速估计
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM34
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-14
• 1.1 课题研究的背景和意义8-9
• 1.2 软起动器研究现状9-10
• 1.3 转速估计方法研究现状10-12
• 1.4 本文主要研究内容12-14
• 第2章 高压交流电机相控调压软起动原理分析14-20
• 2.1 交流电机软起动分析14-17
• 2.1.1 限流软起动15
• 2.1.2 斜坡电压软起动15-16
• 2.1.3 改进后控制策略16-17
• 2.2 同步电机的异步起动17-18
• 2.3 基于电力开关变压器的交流调压器18-19
• 2.4 本章小结19-20
• 第3章 交流异步电机调压软起动转速估计方法20-37
• 3.1 异步电机模型20-22
• 3.2 转速估计方法的选择与构建22-29
• 3.2.1 全阶状态观测器转速估计原理22-23
• 3.2.2 观测器状态方程的构建23-25
• 3.2.3 观测器转速自适应律的构建25-27
• 3.2.4 阶状态观测器转速估计的仿真分析27-29
• 3.3 软起动系统的转速估计可行性验证29-32
• 3.3.1 全阶状态观测器状态方程分析29-31
• 3.3.2 仿真验证谐波对全阶状态观测器的影响31-32
• 3.4 相控调压软起动下转速估计的仿真及分析32-35
• 3.4.1 软起动过程中转速估计及仿真32-33
• 3.4.2 转速信息对软起动优化结果分析33-35
• 3.4.3 电网接入转速的选择35
• 3.5 本章小结35-37
• 第4章 同步电机异步软起动过程转速估计37-54
• 4.1 同步电机数学模型及其等效电路37-39
• 4.1.1 同步电机数学模型37-39
• 4.1.2 同步电机等效电路39
• 4.2 同步电机异步软起动过程转速估计39-49
• 4.2.1 基于阻尼绕组磁链的转速估计39-45
• 4.2.2 基于等效转子磁链的转速估计45-49
• 4.3 同步电机异步软起动转速估测49-53
• 4.3.1 两种观测器的比较分析49-50
• 4.3.2 同步电机异步起动转速估计仿真50-51
• 4.3.3 高压大功率同步电机异步软起动转速估计51-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第5章 软起动样机设计与实验54-67
• 5.1 系统硬件设计54-58
• 5.1.1 主电路设计55-56
• 5.1.2 控制电路设计56-58
• 5.2 系统软件设计58-60
• 5.2.1 主程序58
• 5.2.2 中断程序58-60
• 5.3 实验验证及分析60-66
• 5.3.1 转速估测结果验证61-62
• 5.3.2 上位机的设计及实验验证62-66
• 5.4 本章小结66-67
• 结论与展望67-68
• 参考文献68-72
• 致谢72

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本文编号：1064902