同步电动机节能控制器的研究与设计

【摘要】：同步电动机节能是电动机节能的一个重要组成部分。同步电动机因其转速恒定，功率因数可调被广泛应用。同步电动机励磁系统的调节一般为开环手动调节，在负载变化的情况下，控制器不能实现闭环跟踪控制，浪费大量的电能，因此研究新型同步电动机节能控制器十分必要。 首先，本文从同步电动机不同负载时效率较低的原因出发，分析同步电动机的能耗关系，同时对调节功率因数节能的可行性和晶闸管触发角的变化对定子电枢电流的影响进行了研究。其次，采用PID控制器来控制晶闸管触发角，实现同步电动机不同负载时的节能自动控制。最后，选用DSPTMS320F2812为节能控制器的控制核心，设计同步电动机节能控制器的软硬件，搭建同步电动机的实验平台，对同步电动机节能控制器的各模块及整体进行了测试，并对不同负载条件下的测试结果进行分析。 实验结果表明：本文设计的同步电动机节能控制器硬、软件配合良好，响应速度快，控制精度高，实验结果正确，达到了预期的设计目标。 【关键词】：同步电动机 节能控制 DSP 功率因数 变负载节能 可控硅
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 1 绪论7-14
• 1.1 课题研究的意义7-9
• 1.2 同步电动机励磁控制系统的发展状况9-13
• 1.2.1 励磁系统的发展9-11
• 1.2.2 励磁控制器的发展11
• 1.2.3 励磁控制理论的发展11-13
• 1.3 本文主要研究工作13-14
• 2 同步电动机节能控制原理14-28
• 2.1 同步电动机的概述14-15
• 2.2 同步电动机节能原理15-24
• 2.2.1 隐极同步电动机的等值电路16-17
• 2.2.2 负载恒定时的励磁电流选择17-20
• 2.2.3 变动负载下的励磁电流的自动调节20-23
• 2.2.4 同步电动机运行节能特性的综合分析23-24
• 2.3 同步电动机运行的节能效果24-27
• 2.3.1 同步电动机的能耗分析24-25
• 2.3.2 同步电动机的功率关系25-26
• 2.3.3 同步电动机节能的计算26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 3 节能控制系统的硬件设计28-42
• 3.1 节能控制系统的总体方案设计28-30
• 3.2 节能控制系统的总体硬件设计方案30-32
• 3.2.1 同步电动机节能控制器的控制核心30-31
• 3.2.2 控制板供电电源电路的设计31-32
• 3.3 节能控制系统主要功能模块的电路设计32-39
• 3.3.1 功率因数检测电路的设计32-34
• 3.3.2 电压电流检测电路的设计34-35
• 3.3.3 转子侧电压电流检测电路的设计35-36
• 3.3.4 同步、测频电路的设计36
• 3.3.5 可控硅触发电路的设计36-37
• 3.3.6 键盘及显示电路的设计37-38
• 3.3.7 开关量输入输出电路的设计38-39
• 3.4 系统的硬件抗干扰措施39-41
• 3.5 本章小结41-42
• 4 节能控制系统的软件设计42-56
• 4.1 软件的开发工具42-43
• 4.2 系统的总体软件结构43-44
• 4.3 数据采样系统的程序设计44-47
• 4.3.1 交流信号采样的均方根算法45-46
• 4.3.2 交流信号采样的程序流程图46
• 4.3.3 直流信号采样的平均值算法46-47
• 4.3.4 直流信号采样的程序流程图47
• 4.4 同步检测与触发脉冲的程序设计47-49
• 4.5 节能控制算法的实现49-54
• 4.5.1 PID 调节的作用49-50
• 4.5.2 PID 调节的实现50-54
• 4.6 键盘及显示模块的程序设计54
• 4.7 软件抗干扰的措施54-55
• 4.8 本章小结55-56
• 5 实验结果与分析56-75
• 5.1 同步电动机节能控制系统的实验平台56-58
• 5.2 同步电动机节能控制器各功能模块的测试58-62
• 5.2.1 信号调理电路的测试58-60
• 5.2.2 可控硅触发脉冲调理电路的测试60-62
• 5.2.3 可控硅整流模块输出调试62
• 5.2.4 液晶显示界面的测试62
• 5.3 系统实验数据分析62-74
• 5.3.1 同步电动机 V 型曲线的测试62-67
• 5.3.2 同步电动机的节能效果分析67-72
• 5.3.3 不同负载下节能控制器的调节效果72-73
• 5.3.4 控制器响应时间73-74
• 5.4 同步电动机节能控制器的性能指标74
• 5.4.1 控制器输出电压可调范围74
• 5.4.2 控制器输出能力74
• 5.5 本章小结74-75
• 6 结论与展望75-76
• 6.1 本文工作的总结75
• 6.2 后续工作及展望75-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-79
• 附录79

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