基于IGBT的软启动器研究

发布时间：2017-06-07 14:01

  本文关键词：基于IGBT的软启动器研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：大功率异步电动机直接起动时,其起动电流一般会达到额定电流的4-7倍甚至更高,过大的电流会产生大量的焦耳热致使电动机温度过高,加速电动机老化甚至烧毁电动机。同时过大的电流会引起电网电压骤降,严重影响电网其他用电设备的正常工作。常规软启动器在降低起动电流的同时起动转矩也减小了,使用场合受到限制。在国家自然基金项目(51577110)的经费支持下,本文以降低电动机起动电流、提高起动转矩为目标,以空间电压矢量原理为理论基础,研究新型软启动器的控制策略。在六边形空间电压矢量的基础上,研究十二边形空间电压矢量磁链轨迹控制策略；利用全控器件IGBT(绝缘栅双极型晶体管)的关断可控特性设计电路,实现磁链轨迹控制和电动机分频起动。主要工作可总结如下几个方面。(1)软启动控制策略的分析在比较各种现有软启动控制方法的基础上,应用空间电压矢量理论,采用全控器件IGBT设计软启动器的主电路,提出基于空间电压矢量的十二边形磁链轨迹控制策略。选择电动机软启动的分频频率；采用波形分析的方法找出各分频电压矢量分布情况,得到IGBT导通与关断时刻；计算各分频参数,分析并制订了基于IGBT的软启动器的分频频率组合方案；进行了谐波分析。(2)软启动过程的仿真验证采用MATLAB/Simulink仿真平台,建立异步电动机空间电压矢量软启动模型,对十二边形磁链轨迹控制的软启动过程进行仿真分析,对比了异步电机在不同控制策略时的电流,转矩等参数指标,仿真结果表明十二边形空间电压矢量磁链轨迹控制策略软起动能够降低起动电流,提高起动转矩,从而验证了所提控制策略的正确性和可行性。(3)软启动控制系统的设计根据十二边形空间电压矢量控制策略设计了软启动控制系统。软启动控制系统的硬件系统包括主控芯片STM32及其外围电路、电源电路、CPLD及其外围电路、电压检测电路、电流检测电路、IGBT驱动电路等；软启动软件包括系统主控制程序、基于十二边形空间电压矢量软启动子程序、起动条件判断程序等。(4)控制策略的谐波分析利用傅里叶级数展开的方法对十二边形空间电压矢量控制策略进行谐波分析。其谐波含量与六边形磁链轨迹控制进行仿真对比,仿真结果证明十二边形磁链轨迹控制策略可以减小电动机起动过程中的谐波含量,在相同负载下起动起动电流抑制效果更好。本文基于空间电压矢量原理,研究一种以十二边形磁链轨迹为控制策略、以IGBT为控制器件的软启动器。该软启动器能够减小电动机的起动电流、提高电动机的起动转矩,具有一定的理论意义和应用价值。
【关键词】：异步电动机 空间电压矢量 软启动器 IGBT 十二边形磁链轨迹
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN322.8;TM343
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 1 绪论11-15
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 国内外发展现状12-13
• 1.3 主要研究内容及章节安排13-15
• 2 软启动器起动原理与特点分析15-24
• 2.1 异步电动机等效电路及其特性15-17
• 2.1.1 电动机转矩特性15-16
• 2.1.2 电动机电流特性16-17
• 2.1.3 电动机运动方程17
• 2.2 软启动起动参数指标17-18
• 2.3 异步电动机常规起动方式18-22
• 2.3.1 定子串接电阻/电抗器起动18-19
• 2.3.2 星形-三角形(Y-△)换接起动19-20
• 2.3.3 延边三角形降压起动20-21
• 2.3.4 转子串接电阻起动21
• 2.3.5 晶闸管调压调速软启动21-22
• 2.4 分频起动原理22-23
• 2.5 本章小结23-24
• 3 基于IGBT的软启动器控制策略研究24-38
• 3.1 空间电压矢量原理24
• 3.2 十二边形磁链轨迹控制理论24-25
• 3.3 分频频率选择25-26
• 3.4 控制器件选择26-28
• 3.5 系统控制策略研究28-37
• 3.5.1 电动机7分频起动控制策略研究28-35
• 3.5.2 分频频率组合方案研究35-37
• 3.6 本章小结37-38
• 4 基于IGBT的软启动器仿真与分析38-45
• 4.1 基于IGBT的软启动器仿真38-40
• 4.1.1 三相交流电源模块38
• 4.1.2 IGBT主电路模块38-39
• 4.1.3 IGBT门极控制模块39-40
• 4.1.4 异步电动机模块及测量模块40
• 4.2 仿真结果40-44
• 4.2.1 十二边形空间电压矢量软启动仿真结果40-41
• 4.2.2 晶闸管调压调速软启动仿真41-44
• 4.3 本章小结44-45
• 5 基于IGBT的软启动控制系统软硬件设计45-57
• 5.1 控制整体设计45
• 5.2 控制系统硬件设计45-52
• 5.2.1 主控芯片及其外围电路46-47
• 5.2.2 电源电路47-48
• 5.2.3 CPLD及其外围电路48
• 5.2.4 电压检测电路48
• 5.2.5 电流检测电路48-49
• 5.2.6 IGBT选型与驱动电路设计49-52
• 5.3 控制系统软件设计52-56
• 5.3.1 系统主控制程序52-53
• 5.3.2 基于十二边形空间电压矢量软启动子程序53
• 5.3.3 起动条件判断程序53-54
• 5.3.4 系统停车54-56
• 5.4 本章小结56-57
• 6 十二边形磁链控制策略谐波分析57-63
• 6.1 谐波危害57
• 6.2 理论分析57-59
• 6.3 仿真分析59-62
• 6.4 本章小结62-63
• 7 总结与展望63-65
• 7.1 全文工作总结63
• 7.2 未来工作展望63-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-69
• 攻读学位期间发表的学术论文69
• 攻读硕士学位期间参与的项目69-71

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