毕业设计-绕线式三相异步电动机串级调速系统设计

齐齐哈尔大学毕业设计(论文)题目绕线式三相异步电动机串级调速系统设计学院计算机与控制工程学院专业班级学生姓名指导教师成绩2011年06月21日齐齐哈尔大学毕业设计（论文）I摘要晶闸管串级调速系统作为一种高效、节能的调速方案，具有装置结构简单、维护容易、能实现连续平滑调速等优点，尤其是对风机、泵类等大容量平方转矩负载进行控制时，其节能效果是十分可观的。根据供水系统的现状，提出了串级调速的节能方案，分析了串级调速的原理，系统的调速特性，确定了微机水压转速双闭环控制的方案。设计中详细地论述了水泵双闭环串级调速系统的组成与原理。在系统硬件的设计上，采用驱动电路模块化设计技术和计算机辅助技术对硬件电路进行优化。阐述了系统的工作原理，给出了以AT89C51单片机为核心组成了全新数字新型串级调速控制系统，针对该方案所要求的控制和触发脉冲，设计新型的数字触发器。这种数字触发器有精度高、可靠性高等特点。关键词：串级调速系统；单片机；数字触发器齐齐哈尔大学毕业设计（论文）IIAbstractCrystalsthelevelofmachineryvelocitymodulationcontrolsystemasaneffectiveandenergyefficientofmachineryvelocitymodulation,adevicestructuretosimple,easyandcanachieveasmoothmachineryvelocitymodulationadvantages,especiallyofhairdryer,pumpingbigsquareandrectangularloadcapacitytocontroltheenergytheeffectisverysignificant.Watersupplysystemsbasedonthestatusquo,,alevelofenergyconservationprogrammeandthelevelofmachineryvelocitymodulation,asystemofmachineryvelocitymodulation,determineitsspeedofmicrocomputerthepressureofthecontrolscheme.Designelaboratedonapairofpumpsandthelevelofthesystemandmechanismofmachineryvelocitymodulation.Systemdesigninhardware,thedrivingcircuitmodulardesigntechnologyandcomputerhardwarecircuitofthenewfiguresofthenewmachineryvelocitymodulationcontrolsystemlevel,theschemeofcontrolandfiringsforthedesignofthenewdigitalpulsesthattrigger.Thesefiguresahighprecision,highreliabilityandquality.Keywords:analysisonserialtimingsystemofalternatingcurrent;MCU;numericaltriggerconsistedofsinglepieceunit齐齐哈尔大学毕业设计（论文）III目录摘要................................................................IAbstract...........................................................II第1章绪论........................................................11.1串级调速技术概况............................................11.2研究意义及主要工作..........................................2第2章水泵选取及串级调速方案确定..................................32.1水泵性能....................................................32.2水泵与电动机的选择...........................................42.3串级调速系统的分类...........................................52.4串级调速原理.................................................62.5新型三相四线制串级调速方案...................................82.6串级调速系统的起动方式......................................10第3章数字触发器的硬件设计.......................................123.1全数字串级调速系统组成.....................................123.2主控制器设计...............................................123.2.1单片机（AT89C51）芯片..................................123.2.2晶振电路...............................................143.2.3复位电路...............................................153.2AD转换电路................................................153.4晶闸管脉冲触发电路.........................................163.5触发同步电路...............................................173.6IGBT驱动器及驱动电路......................................183.6.1IR2130驱动器..........................................183.6.2IGBT驱动电路..........................................193.6双闭环控制器的设计.........................................203.6.1串级调速电流环设计.....................................223.6.2串级调速速度环的设计...................................23第4章数字触发器软件设计.........................................264.1主程序设计.................................................26结论...............................................................28参考文献...........................................................29致谢...............................................................30齐齐哈尔大学毕业设计（论文）1第1章绪论1.1串级调速技术概况对于一个电力资源十分短缺的国家，节能是一项非常重要的利民政策、技术政策，对国民经济的发展和对国家资源的长久使用都有深远的影响。风机、水泵广泛的用于国民经济各部门的各个行业，不仅应用的数量众多，分布面极广，并且还十分的耗电。有关数据显示，全国的风机和水泵的总耗电量占到了整个工业用电量的40%以上，并而风机和水泵在正常情况下要进行负荷调节，而且相应的流量也要跟踪调节。调节出入口的阀门开度是传统的调节方法，这也使得30%～40%的用电量消耗在调节阀门压降上，这种方法能耗大、经济效益差、维修量较大、设备损坏较快且运行费用较高。造成电能的巨大浪费。为了取得较好的节能效果，并提高经济效益，可对风机、水泵进行调速。且在节电率相同的情况下，电机的功率越大，节能潜力越大，节能效果也就越明显。所以研究和开发合适的高压大功率异步电动机调速技术始终是国内外竞相研究的热点之一。高压变频调速和串级调速是目前国内应用于高压大功率电机调速有两种有效方案。早在20世纪30年代串级调速理论就已提出，对于风机、水泵等要求调速范围大，但是对系统动态性能要求又不高，又有发展前景的高压、大功率调速技术应该是串级调速技术。到了60～70年代，随着电力电子技术的发展，可控电力电子器件的出现，串级调速才得到了更好的应用，又由于高压大电流晶闸管的出现，使得串级调速系统获得了飞速的发展。到了60年代中期，提出了一种新的方案，被称为“定子反馈”方案，原理是将绕线式转子电动机的转差功率现进行整流，然后再经过晶闸管逆变器整流，并将整流后的转差功率再逆变成电网频率的交流功率，再将其反馈到电动机的定子辅助绕组中的串级方案。通过逆变变压器将转差功率反馈到电网上，这种反馈被称为“电网反馈”方案。在“定子反馈”方案中，将辅助绕组和定子绕组在电气上绝缘，通过电磁感应，将转差功率经过定子绕组反馈到电网，这就是我们所说的“内馈”串调。随着电力电子技术的发展，近代均采用在转子回路内串联晶闸管功率变换器完成回馈任务，这样就构成了由绕线式异步电动机与晶闸管交流器共同组成的晶闸管串级调速系统。其中低同步的晶闸管串级调速系统，不仅具有良好的调速性能以及能把站差能量回馈电网，而其他还结构简单，可靠性高，技术上已经成熟。性能更优越的超同步晶闸管串级调速也正在发展当中。晶闸管功率变换装置时交流电动机串级调速系统中的核心部分，他目前存在以下几个问题：装置结构较为复杂，设备初期投资较高，在一定程度上限制了交流调速的推广；存在谐波，对电网造成一定程度的污染；功率因数还不够高，特别是在低转速时功率因数会更低。齐齐哈尔大学毕业设计（论文）2尽管如此，今年串级调速技术在国内外仍然突飞猛进的发展，大量新器件的出现和新技术的发展，使得串级调速性能指标大大提高，有些问题已得到根本的突破。不久的将来，串级调速装置定会进入生产领域，发挥巨大的经济效益。1.2研究意义及主要工作众所周知，在风机、水泵的节能措施中最有效的是调速运行。在低电压小容量电机系统的节能调速中，变频调速装置得到了广泛的应用和发展。但在高压大容量系统中，存在变频调速成本高、体积大等诸多问题。并且在节电率相同的情况下，如果电动机的功率越大，那么节能效益也就愈大，所以，高压大功率电动机驱动的风机、水泵采用调速传动，其节能效果将更加明显。虽然大功率风机和泵类负载采用调速传动后，可以节约大量电能，大概在30%左右。但是，可用于国内适合风机、泵类负载的高压变频器还没有成熟定型产品，而国外高压变频器价格又十分昂贵，所以推广应用受到很大了限制。特别是大功率的风机，但是由于缺少简单、可靠、经济的中压电动机调速装置，使得节能调速基本没有推广开来。因此，研究性能更优越、节能效果更好的调速系统，有着重要的现实意义。对于水泵调节范围不大，系统动态性能又要求不高的场合，并且有发展前景的高压功率调速技术，应该是串级调速技术。它是利用电动机转差率的一种经济、高效的调速方法，在高、大、中型电动机节能调速应用方面，以