專利名稱：Igbt逆變器中壓電動機斬波式雙dsp數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及交流電動機調(diào)速控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種IGBT逆變器中壓電 動機斬波式雙DSP數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
中高壓電動機廣泛使用于風(fēng)機和水泵的拖動，若能利用調(diào)速來實現(xiàn)風(fēng)量和水壓 調(diào)節(jié)，則可以節(jié)約大量的電能，所以市場對性能優(yōu)良、成本適中的中高壓調(diào)速系統(tǒng) 的需求非常旺盛。以DSP、單片機等為代表的數(shù)字控制芯片的普及應(yīng)用和模糊邏輯 智能控制策略的推廣使用，為中壓交流異步電動機調(diào)速的數(shù)字化智能化控制打下了基礎(chǔ)。
在交流電動機調(diào)速控制系統(tǒng)中，現(xiàn)有大功率(〉200KW)中壓(3 10KV)交流異步 電動機調(diào)速系統(tǒng)主要分為定子側(cè)變頻調(diào)速和轉(zhuǎn)子側(cè)串級調(diào)速兩大類，它們各自都存 在不足之處。
定子側(cè)變頻調(diào)速在電動機定子側(cè)接中壓變頻器，通過改變定子電壓和頻率來調(diào) 節(jié)轉(zhuǎn)速。中壓變頻器容量大，為電動機額定功率PN的1.2倍左右，變換電壓高，需 要許多電力電子器件串聯(lián)，系統(tǒng)龐大、復(fù)雜、價高，可靠性受影響。
在傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子側(cè)串級調(diào)速系統(tǒng)中，電機轉(zhuǎn)子側(cè)接不可控整流器及晶閘管逆變 器，通過改變逆變器觸發(fā)移相角來改變轉(zhuǎn)子電壓，實現(xiàn)調(diào)速。轉(zhuǎn)子電壓低(一般 <1000V)，加之風(fēng)機和泵類負(fù)載要求調(diào)速范圍小(一般40 50%),調(diào)速系統(tǒng)低壓 (〈500V)變換電能，且容量小(0.4 0.5PN)，避免了中壓調(diào)速的困難。它的主要缺點 是，逆變器的移相控制導(dǎo)致運行功率因數(shù)低，諧波大。
近年來開發(fā)出斬波式串級調(diào)速系統(tǒng)，電機轉(zhuǎn)子側(cè)也是接不可控整流器及晶閘管逆變器，但在整流器和逆變器之間加入一級升壓斬波器，工作時晶閘管逆變器的觸 發(fā)移相超前角β固定在最小值(30°左右)不變，直流逆變電壓固定，通過改變斬波器 的占空比來改變轉(zhuǎn)子電壓，實現(xiàn)調(diào)速。和傳統(tǒng)串級調(diào)速相比，斬波式串級調(diào)速以較 小功率的低壓控制設(shè)備調(diào)節(jié)全功率中壓電機轉(zhuǎn)速，功率因數(shù)提高，諧波減小。如果電機負(fù)載為風(fēng)機和泵類之二次型負(fù)載，逆變器容量還可進一步減至(0.2 0.3戶;v)但 是，通過使用發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的斬波式串級調(diào)速系統(tǒng)仍然存在兩個問題*在電網(wǎng)故障，供電電壓突然大幅度降低或消失時，晶閘管逆變器將逆變顛覆，損壞設(shè)備；*在轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制中，升壓斬波器的控制由速度外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)兩部分構(gòu)成， 由于升壓斬波器控制特性的非線性，使得電流內(nèi)環(huán)的響應(yīng)在不同轉(zhuǎn)速下不同， 電流調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)整很困難。為了克服串級調(diào)速上述的缺陷，最新的轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)采用電流峰值兩點式 的限流控制脈沖，控制升壓斬波器的開關(guān)管，根據(jù)調(diào)速的要求調(diào)節(jié)占空比，從而改 變直流逆變電壓，克服升壓斬波器控制特性的非線性的問題；利用絕緣門基晶體管 的關(guān)斷能力，在晶閘管逆變器逆變顛覆時切斷其直流主電路，實現(xiàn)了逆變顛覆保護， 解決現(xiàn)有系統(tǒng)存在的晶閘管逆變器在電網(wǎng)故障時損壞設(shè)備的問題。但使用中發(fā)現(xiàn)，設(shè)置了顛覆保護又帶來一些新的問題在晶閘管逆變器發(fā)生逆 變顛覆切斷其直流主電路時，會造成轉(zhuǎn)子回路瞬時開路而產(chǎn)生高壓，必須設(shè)置過壓 保護電路；過壓保護電路動作快速性要求很高，否則升壓斬波器首先損壞。結(jié)果增 加了系統(tǒng)復(fù)雜性，可靠性降低，影響了斬波式串級調(diào)速技術(shù)的廣泛應(yīng)用。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服帶顛覆保護的斬波式串級調(diào)速上述的缺陷，提供一種不產(chǎn) 生逆變顛覆、使用簡單方便、數(shù)字化程度高且成本低廉的中壓電動機斬波式數(shù)字化 智能調(diào)速控制系統(tǒng)。本發(fā)明用IGBT逆變器的中壓電動機斬波式雙DSP數(shù)字智能調(diào)速控制系統(tǒng)，包 括電動機系統(tǒng)和調(diào)速系統(tǒng)，所述調(diào)速系統(tǒng)包括依次連接的不可控整流器、過壓保護 控制器、升壓斬波器、逆變器和逆變變壓器，其中所述逆變器采用全可控絕緣門 雙極開關(guān)管IGBT逆變器，在所述不可控整流器和升壓斬波器之間接有第一電流電 壓采集系統(tǒng)，所述第一電流電壓采集系統(tǒng)的輸出和所述過壓保護控制器連接第一數(shù) 字信號處理器以及與其連接的第一內(nèi)環(huán)電流控制器，所述第一數(shù)字信號處理器以及 與其連接的第一內(nèi)環(huán)電流控制器的PWM輸出連接所述斬波器的輸入端，在所述升 壓斬波器和逆變器之間接有第二電流電壓采集系統(tǒng)，所述第二電流電壓采集系統(tǒng)的 輸出連接第二數(shù)字信號處理器以及與其連接的第二內(nèi)環(huán)電流控制器，所述第二數(shù)字
信號處理器以及與其連接的第二內(nèi)環(huán)電流控制器的PWM輸出連接所述逆變器的輸 入，所述第一數(shù)字信號處理器還連接所述調(diào)速系統(tǒng)中的過流過壓過熱檢測和可編程 序控制器，所述可編程控制器連接所述電動機系統(tǒng)和調(diào)速系統(tǒng)，所述第一數(shù)字信號 處理器和第二數(shù)字信號處理器互聯(lián)；所述第一數(shù)字信號處理器以及與其相連的第一 內(nèi)環(huán)電流控制器實施對所述升壓斬波器的內(nèi)環(huán)電流進行控制，所述第一數(shù)字信號處 理器實施對調(diào)速系統(tǒng)的外環(huán)速度控制，并通過所述可編程序控制器實施對調(diào)速系統(tǒng) 和電動機系統(tǒng)的程序控制，所述第二數(shù)字信號處理器以及與其相連的內(nèi)環(huán)電流控制 器實施對所述逆變器的內(nèi)環(huán)電流進行控制，所述第二數(shù)字信號處理器實施對所述逆 變器的電壓進行控制，其步驟是(1) 速系統(tǒng)開機上電后，第二數(shù)字信號處理器啟動初始化子程序?qū)ψ陨磉M行 初始化，使控制系統(tǒng)處于準(zhǔn)備工作狀態(tài)；(2) 觸摸屏顯示開始工作，用戶可以輸入操作信息；(3) 系統(tǒng)程序調(diào)參數(shù)輸入子程序，輸入工藝類型、工藝參數(shù)等，系統(tǒng)通過綜 合處理決定逆變電壓給定值；(4) 從第二數(shù)字信號處理器獲取信號來判斷調(diào)速系統(tǒng)是否處于正常工作狀 態(tài)，正常繼續(xù)；若不正常則跳至步驟16;(5) 在進入調(diào)速狀態(tài)后，內(nèi)環(huán)電流控制和外環(huán)電壓控制系統(tǒng)工作，電流電壓 采集系統(tǒng)UIM2的傳感器采集電流、電壓值；(6) 對反饋電壓值與給定電壓值進行比較，得到它們的差值；(7) 調(diào)模糊PE)調(diào)節(jié)器AVR;(8) 由電流調(diào)節(jié)器ACR給出逆變器的電流值；(9) 對反饋電流值和給定電流值進行比較，得到它們的差值；(10) 調(diào)模糊PID電流調(diào)節(jié)器ACR;(11) 給出逆變器的PWM脈寬調(diào)制脈沖；(12) 保持逆變器輸出電壓恒定；(13) 逆變器TI回饋功率；(14) 看逆變回路是否存在過流、過壓、等故障，若無則跳至步驟5;若有則 繼續(xù)；(15) 對逆變器過流、過壓進行保護；(16) 系統(tǒng)保護，轉(zhuǎn)入非調(diào)速狀態(tài)。本發(fā)明IGBT逆變器中壓電動機斬波式雙DSP數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)，其中第二內(nèi)環(huán)電 流控制器包括線性放大器、D/A變換器、減計數(shù)器、比較器和輸出觸發(fā)器；第二電 壓電流采集系統(tǒng)中萊姆傳感器采集直流逆變電壓和電流；所述第二數(shù)字信號處理器 提供時鐘、模糊/PID控制算法給定、IGBT逆變器的最小開通時間和最小關(guān)斷時間， 根據(jù)采集信號通過所述逆變器內(nèi)環(huán)電流控制器進行邏輯運算后控制逆變器的電流， 通過所述逆變器外環(huán)電壓控制器進行邏輯運算后控制逆變器的電壓，并保持為一恒 值，以滿足升壓斬波式調(diào)速系統(tǒng)對逆變器的要求。
本發(fā)明IGBT逆變器中壓電動機斬波式雙DSP數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)，其中所述第一數(shù) 字信號處理器存儲有輸入輸出子程序，通過觸摸屏等界面可實現(xiàn)人機交互，進行工 藝參數(shù)的設(shè)定、控制器類型選擇、工藝參數(shù)的保存和修改若干操作。
本發(fā)明具IGBT逆變器中壓電動機斬波式雙DSP數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)，其中所述第一 數(shù)字信號處理器存儲有處理所述調(diào)速系統(tǒng)過流、過壓、過熱、缺相故障和逆變顛覆 故障，以及所述電動機系統(tǒng)及環(huán)境配套設(shè)備故障的報警子程序。
本發(fā)明IGBT逆變器中壓電動機斬波式雙DSP數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)，其中所述第一數(shù) 字信號處理器存儲有遠(yuǎn)程管理子程序，通過RS232/RS485通信接口和/或CAN現(xiàn)場 總線和/或IP接口與監(jiān)控中心計算機實施遠(yuǎn)程管理，所述監(jiān)控中心計算機直接對所 述調(diào)速系統(tǒng)的狀態(tài)進行遠(yuǎn)程監(jiān)控。
本發(fā)明IGBT逆變器中壓電動機斬波式雙DSP數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)，其中所述第一數(shù) 字信號處理器替換為單片機。
本發(fā)明提供的IGBT逆變器中壓電動機斬波式雙DSP數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)，其有益的 技術(shù)效果是在保留現(xiàn)有的和最新的斬波式串級調(diào)速系統(tǒng)全部優(yōu)點的同時，采用 IGBT逆變器，它不存在逆變顛覆的問題，徹底解決了現(xiàn)有系統(tǒng)存在的晶閘管逆變 器在電網(wǎng)故障時損壞設(shè)備的難題，系統(tǒng)簡單，使用方便可靠。由于采用雙DSP，使 斬波控制與逆變器控制獨立進行，避免了控制的干涉和耦合，大大地提高可靠性。


圖1是本發(fā)明IGBT逆變器中壓電動機斬波式雙DSP數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)的電路圖 一 (用于中壓普通繞線式異步電動機)；圖2是本發(fā)明調(diào)速系統(tǒng)中IGBT逆變器的主電路圖；圖3是本發(fā)明調(diào)速系統(tǒng)中IGBT逆變器數(shù)字化智能控制系統(tǒng)硬件的兩層結(jié)構(gòu)圖； 圖4是本發(fā)明調(diào)速系統(tǒng)中IGBT逆變器電流電壓環(huán)控制器的結(jié)構(gòu)圖5是本發(fā)明調(diào)速系統(tǒng)中IGBT逆變器雙閉環(huán)控制的原理圖；圖6是本發(fā)明調(diào)速系統(tǒng)中IGBT逆變器的主程序流程圖；圖7是本發(fā)明調(diào)速系統(tǒng)IGBT逆變器外環(huán)電壓的模糊PID控制原理圖；圖8是本發(fā)明調(diào)速系統(tǒng)IGBT逆變器外環(huán)電壓的模糊PID控制程序流程圖；圖9是本發(fā)明IGBT逆變器中壓電動機斬波式雙DSP數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)電路圖二(用于中壓內(nèi)反饋繞線式異步電動機)；圖10是本發(fā)明IGBT逆變器中壓電動機斬波式雙DSP數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)電路圖三(用于中壓繞籠式無刷雙饋電動機)；圖11是本發(fā)明IGBT逆變器中壓電動機斬波式雙DSP數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)電路圖四(用于中壓繞籠型內(nèi)反饋無刷電動機)。
具體實施方式
本發(fā)明IGBT逆變器中壓電動機斬波式雙DSP數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)，參照圖1， MD 為電動機系統(tǒng)，包括電動機M及其啟動器、控制開關(guān)和配電等附屬設(shè)備。調(diào)速系 統(tǒng)FC包括采用IGBT逆變器的斬波式調(diào)速主電路和雙DSP的數(shù)字智能控制部分。 在主電路中，調(diào)速系統(tǒng)FC中的不可控整流器DR通過電機的電刷和滑環(huán)接轉(zhuǎn)子繞 組(正常工作時KM1、 KM2斷開，KM3閉合)，IGBT逆變器TI通過變壓器TAW接 電網(wǎng)。調(diào)速系統(tǒng)FC中的BC為升壓斬波器(由LS、 SD、 CS、 C、 BOD、和SCR組 成)，F(xiàn)R為頻敏變阻起動器(或可變水阻起動器)，KM1、 KM2和KM3為三相接觸 器?？焖俣O管BOD和晶閘管SCR為轉(zhuǎn)子回路過電壓保護環(huán)節(jié)。數(shù)字控制部分包 括兩個數(shù)字信號處理器DSP (Digital Signal Processor)、兩個內(nèi)環(huán)電流控制器、可編 程序控制器PLC (Programmable Logic Controller),其中第一內(nèi)環(huán)電流控制器NFC1 和第二內(nèi)環(huán)電流控制器NFC2，由D/A轉(zhuǎn)換和現(xiàn)場可編程門陣列FPGA (Field Programmable Gate Array)組成。本發(fā)明中由于直流升壓斬波側(cè)與采用晶閘管逆變器的斬波式數(shù)字智能調(diào)速控 制系統(tǒng)的相同，故只著重說明IGBT逆變器及其控制的發(fā)明和實施。在本發(fā)明中，采用IGBT逆變器取代晶閘管逆變器，第二內(nèi)環(huán)電流控制器NFC2 中FPGA的結(jié)構(gòu)主要分為三部分可配置邏輯塊CLB(Configurable Logic Blocks)、 可編程I/O模塊和可編程內(nèi)部連線。FPGA時鐘頻率高，內(nèi)部時延?。蝗靠刂七?輯由硬件完成，速度快，效率高；組成形式靈活，可集成外圍控制、譯碼和接口電 路。本IGBT逆變器采用雙閉環(huán)控制，即電流內(nèi)環(huán)和電壓外環(huán)。其中電流內(nèi)環(huán)是通
過控制逆變器T1的六個IGBT占空比來實現(xiàn)的，它對控制電路的速度和可靠性要 求都較高。此外，逆變器開關(guān)管開通也都要求控制電路有良好的抗干擾能力。因 此本調(diào)速系統(tǒng)的低層控制電路選擇高速的FPGA電路來加以實現(xiàn)。FPGA可采用該 領(lǐng)域領(lǐng)先的Xilinx公司的系列產(chǎn)品，如XC3000、 XC4000到Spartan-II E和VirtexII Pro等，F(xiàn)PGA可根據(jù)控制功能的要求現(xiàn)場編程將邏輯陣列連接起來，F(xiàn)PGA所包含 的邏輯陣列規(guī)?？伸`活選擇。DSP屬于精簡指令系統(tǒng)計算機(RISC)，大多數(shù)指令都能在一個周期內(nèi)完成， 并可通過并行處理技術(shù)，在一個指令周期內(nèi)完成多條指令；同時，DSP采用改進的 哈佛結(jié)構(gòu)，具有分離的程序和數(shù)據(jù)總線，允許同時存儲程序和數(shù)據(jù)；采用多級流水 線和內(nèi)置高速硬件乘法器，使其具有高速的數(shù)據(jù)運算能力，代表的芯片有 TMS320LF24x系列。在調(diào)速過程中需要保持逆變器輸出電壓不變，并有逆變器過 壓過流故障保護和報警，這些場合對控制策略和控制算法要求較高，所以逆變器雙 閉環(huán)控制系統(tǒng)采用DSP配合軟件編程技術(shù)實現(xiàn)。使用的DSP可選擇美國TI公司的 電動機控制專用芯片TMS320C24xx或高端的TMS320C28xx。參照圖2，三相逆變器采用全可控開關(guān)管IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), IGBT為絕緣門雙極晶體管，由于在轉(zhuǎn)子側(cè)進行低壓調(diào)速，對開關(guān)器件 的耐壓要求低，可采用價格低品種規(guī)格齊全的開關(guān)器件。參照圖3，在本發(fā)明中，數(shù)字化智能控制系統(tǒng)硬件為兩層結(jié)構(gòu)，上層為DSP， 下層主要由FPGA和D/A高速電路組成。DSP主要完成外環(huán)電壓控制，為FPGA 內(nèi)環(huán)電流控制提供給定值數(shù)據(jù)。由FPGA直接向IGBT逆變器IGBT門極提供觸發(fā) 脈沖。參照圖4，在內(nèi)環(huán)電流控制中，逆變IGBT的控制脈沖信號的產(chǎn)生選用適當(dāng)規(guī) 模的一片F(xiàn)PGA來實現(xiàn)。其中D/A為數(shù)模轉(zhuǎn)換器，MC為減計數(shù)器，DA1、 DA2為線性運算放大器。第二電流電壓采集系統(tǒng)UM2中用萊姆傳感器采集逆變器電流Io和采集逆變器 電壓U。，上述信號通過運算放大器DA1、 DA2、模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的信 號C/> 、 ，并送到第二數(shù)字信號處理器DSP2;第二數(shù)字信號處理器DSP2為FPGA 提供時鐘，由第二數(shù)字信號處理器DSP2根據(jù)模糊PID的控制算法得到所需逆變器 IGBT控制信號，送至FPGA的脈沖發(fā)生器FF，；由DSP提供逆變器的最小開通時 間W和最小關(guān)斷時間t。ff，通過脈沖發(fā)生器產(chǎn)生與這兩個時間相對應(yīng)的脈沖，并與正常的脈沖信號進行邏輯運算，從而獲得逆變器開關(guān)管IGBT的PWM控制信號， 根據(jù)運行狀況調(diào)節(jié)占空比，以保持逆變器輸出電壓U。的恒定，滿足升壓斬波器的 要求。在調(diào)速過程中，逆變器回饋電功率。當(dāng)逆變回路發(fā)生過電流時，F(xiàn)PGA向斬 波側(cè)DSP1送出故障脈沖。參照圖5，在IGBT逆變器雙閉環(huán)控制原理中，內(nèi)環(huán)為電流控制，外環(huán)為電壓 控帝U，均由第二數(shù)字信號處理器DSP2采用模糊PID控制算法實現(xiàn)。其中，模糊PID 控制算法預(yù)先存儲在第二數(shù)字信號處理器DSP2中，控制過程的步驟如下(1)由 給定電壓與檢測的反饋電壓比較，得到電壓偏差。(2) AVR為自動電壓調(diào)節(jié)器，采 用模糊PID控制算法，使逆變器輸出電壓穩(wěn)定在所需的給定值，并送出逆變電流給 定值到ACR。 (3) ACR為自動電流調(diào)節(jié)器，采用模糊PID控制算法，輸出逆變器 的控制脈沖。(4)由FPGA輸出PWM信號，控制逆變器的開關(guān)IGBT，以保證在 各種運行狀態(tài)下逆變電流的穩(wěn)定。(5)三相逆變器TI,通過逆變變壓器TAW向電 網(wǎng)回饋電功率。參照圖6， IGBT逆變器中壓電動機斬波式雙DSP數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)的實施中，逆 變器側(cè)通過第二內(nèi)環(huán)電流控制器NFC2實施對IGBT逆變器TI的內(nèi)環(huán)電流控制，通 過第二數(shù)字信號處理器DSP2實施對逆變電壓的控制，工作歩驟詳細(xì)說明如下(1) 速系統(tǒng)開機上電后，DSP2啟動初始化子程序?qū)ψ陨磉M行初始化，使控 制系統(tǒng)處于準(zhǔn)備工作狀態(tài)；(2) 觸摸屏顯示開始工作，用戶可以輸入操作信息；(3) 系統(tǒng)程序調(diào)參數(shù)輸入子程序，輸入工藝類型、工藝參數(shù)等，系統(tǒng)通過綜 合處理決定逆變電壓給定值；(4) 從第二數(shù)字信號處理器獲取信號來判斷調(diào)速系統(tǒng)是否處于正常工作狀 態(tài)，正常繼續(xù)；若不正常則跳至步驟16;(5) 在進入調(diào)速狀態(tài)后，內(nèi)環(huán)電流控制和外環(huán)電壓控制系統(tǒng)工作，電流電壓 采集系統(tǒng)UIM2的傳感器采集電流、電壓值；(6) 對反饋電壓值與給定電壓值進行比較，得到它們的差值；(7) 調(diào)模糊PID調(diào)節(jié)器AVR;(8) 由電流調(diào)節(jié)器ACR給出逆變器的電流值；(9) 對反饋電流值和給定電流值進行比較，得到它們的差值；(10) 調(diào)模糊PID電流調(diào)節(jié)器ACR;
(11) 給出逆變器的PWM脈寬調(diào)制脈沖；
(12) 保持逆變器輸出電壓恒定；
(13) 逆變器TI回饋功率；
(14) 看逆變回路是否存在過流、過壓、等故障，若無則跳至步驟5;若有則 繼續(xù)；
(15) 對逆變器過流、過壓進行保護；
(16) 系統(tǒng)保護，轉(zhuǎn)入非調(diào)速狀態(tài)。
參照圖7和圖8，在本發(fā)明IGBT逆變器中壓電動機斬波式雙DSP數(shù)字調(diào)速系 統(tǒng)的實施例中，系統(tǒng)外環(huán)電壓控制可采用模糊控制、PID控制和自調(diào)整參數(shù)模糊PID 控制器。模糊PID控制器是將動態(tài)響應(yīng)特性好的模糊控制與穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性好的PID 控制相結(jié)合，可以充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢。利用Fuzzy參數(shù)優(yōu)化技術(shù)，對PID控制器 的比例增益kp、積分時間常數(shù)ki和微分時間常數(shù)kd進行在線調(diào)整，從而實現(xiàn)運行 過程的最佳控制。以自調(diào)整參數(shù)模糊PID控制水泵上的應(yīng)用為例，說明了本調(diào)速系 統(tǒng)控制原理及軟件流程。通過觸摸屏可以輸入工藝參數(shù)和選擇模糊PID控制器，通 過傳感器測得逆變器的實際電壓和電流，與給定值比較得到它們的誤差，并計算誤 差的微分。這里主要利用模糊控制器來在線調(diào)整PID的參數(shù)，可充分發(fā)揮模糊控制 和PID控制各自的優(yōu)勢。
在本系統(tǒng)的參數(shù)輸入輸出，同樣通過觸摸屏實現(xiàn)人機交互，進行參數(shù)的設(shè)定、 保存和修改，逆變器的參量也可在觸摸屏上顯示，信息的交互是通過第一數(shù)字信號 處理器DSP1和第二數(shù)字信號處理器DSP2進行的。
適合于本發(fā)明用調(diào)速系統(tǒng)的驅(qū)動電動機有四類中壓普通繞線式異步電動機(圖 1)、中壓內(nèi)反饋繞線式異步電動機(圖9)、中壓繞籠式無刷雙饋電動機(圖IO) 和中壓繞籠型內(nèi)反饋無刷電動機(圖11)。
權(quán)利要求
1、 IGBT逆變器的中壓電動機斬波式雙DSP數(shù)字智能調(diào)速控制系統(tǒng)，包括電 動機系統(tǒng)(MD)和調(diào)速系統(tǒng)(FC)，所述調(diào)速系統(tǒng)(FC)包括依次連接的不可控 整流器(DR)、過壓保護控制器(BOD)、升壓斬波器(BC)、逆變器(Tl)和逆 變變壓器(TAW)，其特征在于所述逆變器(TI)采用全可控絕緣門雙極開關(guān)管 IGBT，在所述不可控整流器(DR)和升壓斬波器(BC)之間接有第一電流電壓 采集系統(tǒng)(UIM1),所述第一電流電壓采集系統(tǒng)(UIM1)的輸出和所述過壓保護 控制器(BOD)連接第一數(shù)字信號處理器(DSP1)以及與其連接的第一內(nèi)環(huán)電流 控制器(NFC1)，所述第一數(shù)字信號處理器(DSP1)以及與其連接的第一內(nèi)環(huán)電 流控制器(NFC1)的PWM輸出連接所述斬波器(BC)的輸入端，在所述升壓斬 波器(BC)和逆變器(Tl)之間接有第二電流電壓采集系統(tǒng)(UIM2)，所述第二 電流電壓采集系統(tǒng)(UIM2)的輸出連接第二數(shù)字信號處理器(DSP2)以及與其連 接的第二內(nèi)環(huán)電流控制器(NFC2),所述第二數(shù)字信號處理器(DSP2)以及與其 連接的第二內(nèi)環(huán)電流控制器(NFC2)的PWM輸出連接所述逆變器(Tl)的輸入， 所述第一數(shù)字信號處理器(DSP1)還連接所述調(diào)速系統(tǒng)(FC)中的過流過壓過熱 檢測和可編程序控制器(PLC)，所述可編程控制器(PLC)連接所述電動機系統(tǒng) (MD)和調(diào)速系統(tǒng)(FC)，所述第一數(shù)字信號處理器(DSP1)和第二數(shù)字信號處 理器(DSP2)互聯(lián)；所述第一數(shù)字信號處理器(DSP1)以及與其相連的第一內(nèi)環(huán) 電流控制器(NFC1)實施對所述升壓斬波器(BC)的內(nèi)環(huán)電流進行控制，所述第 一數(shù)字信號處理器(DSP1)實施對調(diào)速系統(tǒng)(FC)的外環(huán)速度控制，并通過所述 可編程序控制器(PLC)實施對調(diào)速系統(tǒng)(FC)和電動機系統(tǒng)(MD)的程序控制， 所述第二數(shù)字信號處理器(DSP2)以及與其相連的內(nèi)環(huán)電流控制器(NFC2)實施 對所述逆變器(Tl)的內(nèi)環(huán)電流進行控制，所述第二數(shù)字信號處理器(DSP2)實 施對所述逆變器(Tl)的電壓進行控制，其步驟是(1) 調(diào)速系統(tǒng)開機上電后，DSP2啟動初始化子程序?qū)ψ陨磉M行初始化， 使控制系統(tǒng)處于準(zhǔn)備工作狀態(tài)；(2) 觸摸屏顯示開始工作，用戶可以輸入操作信息；(3) 系統(tǒng)程序調(diào)參數(shù)輸入子程序，輸入工藝類型、工藝參數(shù)等，系統(tǒng)通 過綜合處理決定逆變電壓給定值；(4) 從第二數(shù)字信號處理器獲取信號來判斷調(diào)速系統(tǒng)是否處于正常工作 狀態(tài)，正常繼續(xù)；若不正常則跳至步驟16;(5) 在進入調(diào)速狀態(tài)后，內(nèi)環(huán)電流控制和外環(huán)電壓控制系統(tǒng)工作，電流 電壓采集系統(tǒng)UM2的傳感器采集電流、電壓值；(6) 對反饋電壓值與給定電壓值進行比較，得到它們的差值； (7 )調(diào)模糊PID調(diào)節(jié)器AVR;(8) 由電流調(diào)節(jié)器ACR給出逆變器的電流值；(9) 對反饋電流值和給定電流值進行比較，得到它們的差值；(10) 調(diào)模糊PID電流調(diào)節(jié)器ACR;(11) 給出逆變器的PWM脈寬調(diào)制脈沖；(12) 保持逆變器輸出電壓恒定；(13) 逆變器TI回饋功率；(14) 看逆變回路是否存在過流、過壓、等故障，若無則跳至步驟5;若有 則繼續(xù)；(15) 對逆變器過流、過壓進行保護；(16) 系統(tǒng)保護，轉(zhuǎn)入非調(diào)速狀態(tài)。
2、 據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT逆變器中壓電動機斬波式雙DSP數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)， 其特征在于所述第二內(nèi)環(huán)電流控制器(NFC2)包括線性放大器、D/A變換器、減 計數(shù)器、比較器和輸出觸發(fā)電路；在逆變系統(tǒng)中設(shè)有采集系統(tǒng)(UIM2)，其中的萊 姆傳感器(LEM)采集直流逆變電壓(U。)和電流(1。)；在所述第六步驟(6)中， 所述第二數(shù)字信號處理器(DSP2)提供時鐘、模糊/PID控制算法給定(《)、逆 變器(Tl)的最小開通時間(U)和最小關(guān)斷時間(t。ff)，上述采集信號通過所述 第二內(nèi)環(huán)電流控制器(NFC2)進行邏輯運算后控制逆變器的電流(Ia )和電壓(V aJ，并保持為一恒值。
3、 據(jù)權(quán)利要求2所述的IGBT逆變器中壓電動機斬波式雙DSP數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)， 其特征在于所述第一數(shù)字信號處理器(DSP1)存儲有輸入輸出子程序，通過觸 摸屏可實現(xiàn)人機交互，進行工藝參數(shù)的設(shè)定、控制器類型選擇、工藝參數(shù)的保存和修改若干操作的輸入輸出子程序。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的IGBT逆變器中壓電動機斬波式雙DSP數(shù)字調(diào)速系 統(tǒng)，其特征在于所述第一數(shù)字信號處理器(DSP1)存儲有處理所述調(diào)速系統(tǒng)(FC) 過流、過壓、過熱和缺相故障，以及所述電動機系統(tǒng)(MD)及環(huán)境配套設(shè)備故障 的報警子程序。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的IGBT逆變器中壓電動機斬波式雙DSP數(shù)字調(diào)速系 統(tǒng)，其特征在于所述第一數(shù)字信號處理器(DSP1)設(shè)置有RS232/RS485通信接 口、 CAN現(xiàn)場總線、IP接口，并存儲有遠(yuǎn)程通訊管理子程序，通過RS232/RS485 通信接口和/或C緒現(xiàn)場總線和/或IP接口與監(jiān)控中心計算機實施遠(yuǎn)程通訊，所述 監(jiān)控中心計算機直接對所述調(diào)速系統(tǒng)(FC)的狀態(tài)進行遠(yuǎn)程監(jiān)控。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的IGBT逆變器中壓電動機斬波式雙DSP數(shù)字調(diào)速系 統(tǒng)，其特征在于所述第一數(shù)字信號處理器(DSP1)替換為單片機。
全文摘要
IGBT逆變器中壓電動機斬波式雙DSP數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)，包括不可控整流器、升壓斬波器和IGBT逆變器，通過兩個內(nèi)環(huán)電流控制器分別對升壓斬波器、IGBT逆變器進行控制，通過兩個DSP對調(diào)速系統(tǒng)的外環(huán)速度和逆變器的外環(huán)電壓進行控制，通過可編程序控制器實施對調(diào)速系統(tǒng)和電動機系統(tǒng)的程序控制。本系統(tǒng)適用于普通繞線異步電動機、內(nèi)反饋繞線異步電動機、繞籠式無刷雙饋電動機和繞籠型內(nèi)反饋無刷電動機，徹底解決了電網(wǎng)故障導(dǎo)致逆變顛覆而損壞設(shè)備的問題，可靠性高，控制誤差小，使用簡單方便，具有良好的人機界面，靈活的通訊手段，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理，數(shù)字化程度高且成本低廉、節(jié)能環(huán)保。
文檔編號H02P27/06GK101123415SQ20071012257
公開日2008年2月13日 申請日期2007年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月27日
發(fā)明者梁惠冰, 馬小亮 申請人:廣東華拿東方能源有限公司