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《上海交通大学》 2008年
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矿用大功率中压变频器系统设计与样机研制

陆海峰  
【摘要】: 目前,我国电力十分短缺,已经成为制约生产发展的重要因素。合理开发和利用能源已迫在眉睫。煤矿用的通风机、水泵和空气压缩机,电源浪费较严重,需重点治理。治理首选的措施,就是采用变频调速的方式。随着电气传动领域发生重大的技术变革,交流调速技术获得了飞速发展,变频器由初期的变压变频(VVVF)调速方案,到目前的矢量、直接转矩控制方案,使变频控制不仅具有稳态的控制特性,而且具有良好的动态性能,可以与直流调速系统相媲美,不仅解决了风机、泵类等负载的拖动,而且也解决了带式输送机、刮板输送机、绞车、提升机等低速大扭矩等场合的控制。但由于煤矿井下的特殊环境以及中国煤矿特殊的电压等级(中压1140V输入),通用变频器(380V输入)不允许直接下井使用,因此,设计研制中压矿用变频器具有十分重大的意义。 本文首先针对煤矿的特殊电压等级和特殊的应用环境,设计了矿用变频器的硬件系统,包括交-直-交电压源型的主电路以及带过流保护的驱动电路。 其次,在此硬件平台上,对三相异步电机速度-电流双闭环交流变频调速系统进行研究和探讨,并设计了相应的软件控制系统。该系统以TI公司的电机专用控制芯片TMS320LF2407A DSP为核心,采用空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)控制技术和矢量控制(FOC)算法。本文对这两种关键的控制技术和算法做了深入分析,并在MATLAB/SIMULINK软件平台上,分别建立了仿真模型,对独立模块和整个控制系统进行了仿真试验。仿真试验表明,该系统控制性能和精度良好。再次,针对煤矿井下工况恶劣,变频器易受损坏的特点,设计了变频器过流保护、过压保护、过热保护等软硬件系统,并提出了一种较新颖的电机过载保护算法。 最后,设计开发了矿用型变频器的样机,并在样机上分别实现了VVVF和FOC控制算法。试验表明:矢量控制(FOC)具有更好的调速性能和带载性能,完全能胜任煤矿特殊的应用场合。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TN773

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