基于DSP的变频电源设计与应用

发布时间：2017-10-08 20:25

  本文关键词：基于DSP的变频电源设计与应用

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【摘要】：随着电子电力技术和控制技术的不断发展,变频调速技术也在不断的发展更新。尤其是新型电力电子器件(例如IGBT)以及高性能微处理器(例如DSP)迅猛的发展,大大减小了变频器体积的同时性价比却获得了很大的提升,变频技术迎来了崭新的时代。IGBTi(绝缘栅双极型晶体管)的出现使得变频器效能得到有效的提高,由它作为功率元件的变频电源品质好、效率高、热损耗少、噪音低、体积小而且能极大的延长电源寿命。因此,IGBT已经在变频领域被广泛使用。DSP(数字信号处理器)随着计算机和信息技术的飞速发展而应运而生。对比以前使用的单片机,DSP所具有的高速数据运算能力是单片机所不能比拟的,随着如今需要被处理的越来越庞大的数据量,同时对实时性以及精度的要求也越来越高,DSP突出的存储容量和运算能力使得它在需要复杂信号分析运算方面的优势越来越明显。而且它能与SPWM(正弦脉宽调制)相结合使两者的优势同时发挥出来,由它们构成的变频电源控制系统在满足控制精度的要求的同时,还能满足实时控制的要求,故而能实现连续平滑调节。为此,本论文在查阅相关文献资料的基础上,研究分析了现有的基于DSP的变频电源的设计方法,以及其所存在的不足之处,进行了变频电源的主电路设计(变频电源整流电路设计,变频电源逆变电路设计,电路主要元器件选型)以及基于DSP的变频电源的控制系统设计(控制系统硬件部分设计,控制系统软件部分设计)：(1)通过对现有的变频电源整流电路的研究分析以及电磁搅拌器的实际需求,设计了一种以二极管作为整流器件的三相不可控整流电路,电路结构相对简单,控制技术也很成熟,完全能满足电磁搅拌器的需求。(2)通过对现有的变频电源逆变电路的研究与分析,设计了一种以IGBT作为功率变换元件的三相桥式逆变电路,电路前端的直流部分采用电容进行滤波,不仅能使变频电源运行更加稳定,还能有效减小交变脉动纹波对逆变电路的影响。直流部分同时还连有漏电检测器,实时检测负载漏电流大小并反馈信息给控制系统。直流变换交流环节采用IGBT,它兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点,是变频电源逆变电路的理想选择。(3)通过对基于DSP的变频电源控制电路的研究,设计了一套能实现多种保护功能的控制电路,主要通过控制接触器的通断来实现对电路的有效控制。开关电源供电采用单相桥式整流,效率高而且相对全波整流更便宜。(4)通过对基于DSP的变频电源的研究,设计了一套既可以实现远程操作,又可以完成本地操作的软件控制程序。人机界面基于WINDOUS平台所设计,界面清晰简洁,操作简便,方便用户就地进行操作。Wincc远程操作用于远程控制与参数设定等,并且可贮存长达一年的工况历史记录供用户参考。可以使用户的调度管理系统能够集中统一管理,实现生产管理自动化。此外,在工程实际运用中,针对人机界面常出现的一些故障提供了处理办法,对变频电源的调试工艺规程进行了详细说明,主要包括空载调试、负载调试和安全注意事项。本论文设计的基于DSP的变频电源,不仅系统运行稳定可靠,功率因数高,而且使用于电磁搅拌器可以改善钢材内部结晶组织、提升钢材品质、提高成材率、扩大连铸品种、改善工艺条件等。
【关键词】：DSP变频电源 IGBT 电路设计 系统控制
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-14
• 第一章 绪论14-24
• 1.1 引言14
• 1.2 国内外研究现状与前景14-20
• 1.2.1 国外研究现状15-16
• 1.2.2 国内研究现状16-19
• 1.2.3 技术前景19-20
• 1.3 本论文研究的意义20-22
• 1.4 本论文研究的内容22-23
• 1.4.1 课题的研究内容22
• 1.4.2 课题的设计方案22-23
• 1.5 本论文研究的创新点23-24
• 第二章 变频电源主电路设计24-48
• 2.1 变频电源的基本原理24-25
• 2.2 变频电源结构25-26
• 2.2.1 主电路模块25-26
• 2.2.2 控制电路模块26
• 2.3 整流电路设计26-29
• 2.3.1 整流方式的选取26-27
• 2.3.2 整流电路结构设计27-29
• 2.4 逆变电路基本原理29-33
• 2.4.1 逆变电路的分类30-31
• 2.4.2 谐波治理和无功补偿31-32
• 2.4.2.1 谐波治理31-32
• 2.4.2.2 无功补偿32
• 2.4.3 三相桥式逆变电路32-33
• 2.5 逆变电路设计33-39
• 2.5.1 逆变电路结构设计34-36
• 2.5.2 功率元件IGBT36-38
• 2.5.3 输出采样电路38-39
• 2.6 SPWM调制39-43
• 2.6.1 SPWM调制的原理39-40
• 2.6.2 SPWM波生成方法40-43
• 2.6.2.1 自然采样法40-41
• 2.6.2.2 规则采样法41-43
• 2.7 主要元器件选型43-48
• 第三章 控制系统设计48-70
• 3.1 控制系统硬件部分48-52
• 3.1.1 PID控制49-50
• 3.1.2 控制电路50-52
• 3.2 控制系统软件部分52-53
• 3.3 触摸屏人机界面53-61
• 3.3.1 主界面53-57
• 3.3.2 参数设置57-60
• 3.3.2.1 运行模式58
• 3.3.2.2 电流给定58
• 3.3.2.3 频率给定58-59
• 3.3.2.4 正转时间59
• 3.3.2.5 反转时间59
• 3.3.2.6 等待时间59
• 3.3.2.7 漏电流给定59
• 3.3.2.8 主从设定59-60
• 3.3.3 历史曲线界面60
• 3.3.4 人机界面常见故障及处理60-61
• 3.4 Wincc远程操作61-66
• 3.4.1 Wincc监控主界面62-63
• 3.4.2 Wincc参数设置63-65
• 3.4.3 Wincc故障报警65
• 3.4.4 Wincc数据趋势图65-66
• 3.5 保护措施66-70
• 3.5.1 电流保护66
• 3.5.2 过热保护66
• 3.5.3 漏电保护66
• 3.5.4 风机故障66-67
• 3.5.5 断相保护67
• 3.5.6 系统故障67
• 3.5.7 自检保护67
• 3.5.8 过载保护67-68
• 3.5.9 欠/过压保护68
• 3.5.10 输入断相保护68
• 3.5.11 保护后系统的恢复68-70
• 第四章 基于DSP的变频电源的应用70-78
• 4.1 基于DSP的变频电源在电磁搅拌器应用中的特点70-71
• 4.2 基于DSP的变频电源的调试71-78
• 4.2.1 运输71
• 4.2.2 安装71-72
• 4.2.3 调试72-78
• 4.2.3.1 空载调试72-74
• 4.2.3.2 负载调试74-78
• 第五章 论文总结及展望78-80
• 5.1 论文总结78-79
• 5.2 论文展望79-80
• 参考文献80-84
• 致谢84-86
• 附录A：本人在攻读硕士学位期间的科研情况86

【参考文献】

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本文编号：996087