全控型两相斩波调压软起动器的研究

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三相交流异步电动机广泛应用于工农业生产和日常生活中。但是其相应的软起动方式普遍存在着体积较大、笨重、故障率高、维修不便的问题,并且无法实现无级调速起动,存在二次冲击电流,造成三相交流异步电动机在起动过程中转矩脉动严重,电动机振动和热功率较大,导致绕组温度迅速升高,电动机的运行效率较低。电动机在起动时的起动电流可以达到额定电流的4~8倍或者更高,过大的起动电流还会影响到并联的其他用电设备,对电网安全运行构成威胁。因此,研究新型的软起动器降低电动机起动时的起动电流、增大起动转矩,减少对电网的影响具有重要的经济价值和社会意义。为了解决这些问题,本文的主要研究工作围绕以下几个方面展开。1)根据交流异步电动机电磁转矩与定子电压、电源频率之间的关系。通过对目前常用的软起动方式逐一分析其工作原理、优缺点等,发现这些传统的软起动方式都存在起动调速过程不连续的有级起动,带来较大冲击电流的问题,且起动过程中有较多的电能损耗。重点介绍了目前应用比较广泛的晶闸管调压软起动器的主要原理、电路拓扑结构、工作方式、触发脉冲控制方式等。发现晶闸管调压软起动虽然起动过程中的电能损耗较少,能基本实现无极调速,但由于其通过调节触发角来调节电压,因而其触发脉冲控制方法很复杂,而且定子电流连续性很差,波形畸变很严重,谐波含量较高,交流异步电动机在起动时抖动很大,容易引起保护装置误动作。2)设计了一种以全控型器件IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)来实现交流斩波调压的软起动器。IGBT的触发脉冲周期远小于工频周期,交流电机起动电流虽然有较小的脉动,但是可以连续,谐波含量较低,起动转矩脉动分量也大大减小;无级调压,有效降低冲击电流,起动也更加平稳。另外,IGBT的触发脉冲不需要关联三相母线电压的相位,也不需要检测过零点,其通过调节触发脉冲的占空比来调节电压,不需要计算触发角,控制算法和实施方法都比较简单。并通过建立MATLAB仿真模型验证了这种设计的可行性。3)为了节约成本,利用三相交流电源控制两相通断就可达到控制三相通断的方法,本文设计了全控型两相斩波调压软起动器的硬件电路,主要包括主控制芯片STM32电路、通讯电路、电流检测电路、串口通讯电路、CPLD(Complex Programmable Logic Device)电路、电压检测电路、驱动电路、按键电路、电源电路等。并设计了相应的控制算法和软件程序。对于实际生产应用具有一定的参考价值。
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