軟起動及節(jié)能控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計_圖文

1、天津大學(xué)碩士學(xué)位論文離散變頻軟起動及節(jié)能控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計姓名:吳昊申請學(xué)位級別:碩士專業(yè):電力電子與電力傳動指導(dǎo)教師:李冬輝20090601 第三章三相交流異步電機節(jié)能控制系統(tǒng)的研究3.5本章小結(jié)圖3.7輕載調(diào)壓過程中轉(zhuǎn)速變化波形本章首先分析異步電機調(diào)壓節(jié)能的基本原理,分析了效率,損耗和功率因數(shù) 與節(jié)能的關(guān)系,對比了節(jié)能控制的幾種基本方法,并在此基礎(chǔ)上提出了最佳調(diào)整 電壓控制方法。本章進一步通過負載率的判斷確定電機經(jīng)濟運行的標(biāo)準(zhǔn),并按最 佳效率和最佳功率因數(shù)給定計算出最佳調(diào)整電壓,經(jīng)過電壓調(diào)節(jié)器計算出最佳觸 發(fā)角,從而控制晶閘管的通斷進行調(diào)壓節(jié)能。最后利用仿真證明了該方法的正確 性和可行性

2、。第pnq章離散變頻軟起動及節(jié)能控制系統(tǒng)的數(shù)字化設(shè)計第四章離散變頻軟起動及節(jié)能控制系統(tǒng)的數(shù)字化設(shè)計 4.1離散變頻軟起動控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計三相感應(yīng)電動機離散變頻重載軟起動硬件系統(tǒng)包括兩部分:即主電路單元和 控制電路單元。主電路部分仍然采用傳統(tǒng)三相反并聯(lián)晶閘管調(diào)壓軟起動系統(tǒng):控 制部分采用了microchip公司的dsPIC30F4011實驗板,并設(shè)計了信號采集電路和 脈沖觸發(fā)電路等外圍電路;同時為了防止晶閘管過壓,過流等現(xiàn)象帶來的危害, 還設(shè)置了必要的保護環(huán)節(jié)。系統(tǒng)的完整硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖缸1所示。圖4_1硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖整個系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)離散變頻軟起動,而且可以實現(xiàn)電動機的節(jié)能運行。 通過對

3、系統(tǒng)功能、性能和處理器能力的分析,可以將功能劃分為若干模塊,模塊 化設(shè)計方法在分析、設(shè)計、制造、試驗和系統(tǒng)調(diào)試方面具有高度靈活性。硬件的第四章離散變頻軟起動及節(jié)能控制系統(tǒng)的數(shù)字化設(shè)計研制應(yīng)當(dāng)包含按已定的技術(shù)條件選擇當(dāng)前組件,以構(gòu)造系統(tǒng)的硬件。本研究中將 硬件部分劃分為若干模塊,下面介紹本系統(tǒng)的各主要模塊。系統(tǒng)主電路仍然采用第二章開始介紹的三相異步電機交流調(diào)壓主電路拓撲 結(jié)構(gòu)。如圖4.2所示,這種結(jié)構(gòu)采用三對反并聯(lián)晶閘管分別串聯(lián)在三相電源和電 動機之間。該連接方法由于各相波形對稱,輸出電壓不含偶次諧波,諧波較小, 因此功率可以做的很大。主電路中其它部分功能簡述如下:1隔離開關(guān)QS:使電機和軟起動

4、控制系統(tǒng)接入三相電源。2阻容吸收RC:為晶閘管組件提供過壓保護,同時抑制電路中的高次諧波。3真空接觸器KM:當(dāng)起動完畢后,真空接觸器閉合,晶閘管暫停工作使電動機直接投入電網(wǎng)運行。 需要輕載節(jié)能運行時,接觸器斷開,晶閘管工作,軟起動器投入運行,實現(xiàn)節(jié)能 控制。圖4.2主電路拓撲結(jié)構(gòu)主電路中晶閘管的選取主要需要考慮額定電壓和額定電流。一般額定電壓為 正常工作電壓峰值的2.3倍。例如,在三相電路中,交流側(cè)正弦線電壓有效值為第四章離散變頻軟起動及節(jié)能控制系統(tǒng)的數(shù)字化設(shè)計380V,則晶閘管的額定電壓為:巧W=(23%=(23幸42木380V=10741611V (4_1式中,為晶閘管額定電壓(V;%為晶

5、閘管在電路中可能承受的最大正 向或反向電壓值(V。按標(biāo)準(zhǔn)電壓等級取1200V、1400V、1600V中任一值均可。 晶閘管在工作中,其結(jié)溫不能超過額定值,否則就會使晶閘管因過熱而損壞。 發(fā)熱多少和流過晶閘管的電流有效值有關(guān),只要流過晶閘管的實際電流有效值等 于(小于更好晶閘管的額定電流有效值,晶閘管的發(fā)熱就被限制在允許范圍之 內(nèi)。晶閘管的額定電流用有效值表示,根據(jù)通態(tài)平均電流,刑礦定義,求出兩者 關(guān)系為In=(1.5-2宰1.57Ir( 降2 例如,在三相電路中,電動機的額定電流為14A,則晶閘管的額定電流為 I刷=(1.5-2幸1.57木14=32-43A,按照標(biāo)準(zhǔn)等級選取50A。同步脈沖信

6、號由供電電壓與零電壓比較產(chǎn)生,是對供電電壓每次過零時刻的 檢測。每個觸發(fā)脈沖的觸發(fā)角都是以相應(yīng)工頻周期內(nèi)的同步脈沖為基礎(chǔ)的,因此 同步電壓檢測是至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)。由于本系統(tǒng)通過觸發(fā)晶閘管不僅要實現(xiàn)相 控調(diào)壓,更為重要的是要根據(jù)離散變頻的觸發(fā)規(guī)則確定相應(yīng)半波是否觸發(fā)導(dǎo)通, 而且相應(yīng)半波的判斷需要電壓同步過零檢測來實現(xiàn)。因此電壓同步的檢測更為關(guān) 鍵,這關(guān)系到離散變頻能否順利進行。DuI=一木uAB (4-3經(jīng)過遲滯電壓比較器LM339,使得正弦波整形為幅值為5V的方波信號。遲 滯性由電源電壓和R4,R6阻值決定。本設(shè)計中輸入電壓ul的大小是變的,為 了達到自適應(yīng)的目的希望基準(zhǔn)電壓對輸入有好的跟隨

7、性同時減小對輸出端的影 響。因此R4取值要比R6小一個數(shù)量級。輸出端到正電源一般須接一只電阻(如第p11章離散變頻軟起動及節(jié)能控制系統(tǒng)的數(shù)字化設(shè)計R.5,稱為上拉電阻,選3.15K。上拉電阻阻值不同會影響輸出端高電位的值。 因為當(dāng)輸出晶體三極管截止時,它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負載的 值。遲滯比較器具有很好的抗干擾能力,可以有效濾除噪聲和干擾電壓。經(jīng)過鉗 位二極管和反相器整形,就得到了一個標(biāo)準(zhǔn)的方波信號,其它兩相與此電路相同。 這里Cl是濾波電容,用于去除高頻信號的干擾。A相B框一次鍘Ao|D圖4.3同步信號檢測電路 酷 Cl,一 。 、/0k 、 、 、 .、 l/4、:N/:/j l F F I 一 、 l t,.K :/, l, /l 。j,。 .o,、 ,i< -. I . o。_”一:, , 、 .7I 。 /7j. ,彳 :。/、k > ,; , kj, .,:. :、 、>,1,.,卜、_lIlIIlIIIlll II I圖44同步信號檢測電路輸出波形如圖4-4所示,方波跳變點對應(yīng)于二次側(cè)三相電壓波形的自然換相點,由于 同步變壓器一次側(cè)與二次側(cè)存在30度相位差,因此方波跳變點恰好對應(yīng)于一次 側(cè)三相電壓波形的過零點。將此