專利名稱：采用低壓變頻器實現(xiàn)中壓電動機調(diào)速的數(shù)字智能控制系統(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，特別涉及一種采用低壓變頻器實現(xiàn)中壓電動機調(diào)速的數(shù)字智能控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
中高壓電動機廣泛使用于風機和水泵的拖動，若能利用調(diào)速來實現(xiàn)風量和水量調(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)字控制芯片普及應(yīng)用和模糊邏輯智能控制技術(shù)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)。
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。
在交流電動機調(diào)速控制系統(tǒng)中，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。中壓變頻器要求容量大，為電動機額定功率PN的1.2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。轉(zhuǎn)子側(cè)串級調(diào)速在傳統(tǒng)的串級調(diào)速系統(tǒng)中，電機轉(zhuǎn)子側(cè)接不可控整流器及逆變器，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)，加之風機和泵類負載要求調(diào)速范圍小(一般40～50％)，調(diào)速系統(tǒng)低壓(＜600V)變換電能，且容量小(0.4～0.5PN)，避免了中壓調(diào)速的困難。傳統(tǒng)串級調(diào)速系統(tǒng)主電路由不可控整流器、晶閘管、平波電抗器和整流變壓器等4大部件組成，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。
在改進的內(nèi)反饋電機+晶閘管斬波及逆變的串級調(diào)速系統(tǒng)中，通過在電機定子中加裝一套附加電源繞組，把電機和變壓器做在一起，減少了設(shè)備；通過直流斬波，使逆變器容量進一步減少，運行功率因數(shù)提高。在額定時系統(tǒng)總功率因數(shù)略低于電機本身功率因數(shù)，但隨轉(zhuǎn)速下降，受晶閘管逆變器影響，功率因數(shù)下降多。電機經(jīng)常工作在輕載、較低速度下，該缺點使電機運行平均功率因數(shù)低，在中間直流回路中需要2臺龐大的直流電抗器是該改進方案的不足。這使現(xiàn)有的斬波式串級調(diào)速系統(tǒng)因為仍然存在問題，大大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)明的目的是克服串級調(diào)速上述的缺陷，提供一種主回路簡單，設(shè)備少、控制誤差小、具有良好人機界面、靈活通訊手段、使用簡單方便、可實現(xiàn)遠程監(jiān)控和管理，并且數(shù)字化程度高且成本低廉、節(jié)能環(huán)保的采用低壓變頻器實現(xiàn)中壓電動機調(diào)速的數(shù)字智能控制系統(tǒng)。
為達到上述目的，本發(fā)明采用低壓變頻器實現(xiàn)中壓電動機調(diào)速的數(shù)字智能控制系統(tǒng)，包括電動機系統(tǒng)和調(diào)速系統(tǒng)，所述調(diào)速系統(tǒng)包括依次接在主電路中的斬波式整流器、逆變器和電源變壓器，斬波式整流器由三相不可控整流器和斬波器組成，還包括一個數(shù)字信號處理器以及與所述數(shù)字信號處理器相連的內(nèi)環(huán)電流控制器和可編程序控制器，并通過所述內(nèi)環(huán)電流控制器實施對調(diào)速系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)電流控制，通過所述數(shù)字信號處理器實施對調(diào)速系統(tǒng)的外環(huán)速度控制，通過所述可編流程控制器實施對調(diào)速系統(tǒng)和電動機系統(tǒng)的過程控制，其步驟是(1)所述數(shù)字信號處理器啟動初始化子程序并對自身進行初始化，系統(tǒng)處于準備工作狀態(tài)；(2)用戶通過摸屏輸入操作信息；(3)調(diào)用參數(shù)輸入子程序，輸入工藝類型、工藝參數(shù)等，確定采用模糊控制、PID控制和模糊PID控制中的任意一種控制算法；(4)啟動可編程序控制器控制電動機系統(tǒng)運轉(zhuǎn)；所述數(shù)字信號處理器通過采集信號判斷所述調(diào)速系統(tǒng)是否處于正常工作狀態(tài)，若不正常則所述調(diào)速系統(tǒng)不工作，電動機進入全速運行，一旦正常隨時進入調(diào)速控制；(5)啟動內(nèi)環(huán)調(diào)速控制，所述內(nèi)環(huán)電流控制器輸出對所述升壓斬波器的控制信號；(6)啟動外環(huán)調(diào)速控制，由模糊控制或PID控制給定電動機轉(zhuǎn)速，控制電動機速度平穩(wěn)上升或下降；(7)檢測電網(wǎng)的相位，由所述內(nèi)環(huán)電流控制器產(chǎn)生正弦波脈沖控制所述逆變器，使所述逆變器回饋電功率；(8)所述數(shù)字信號處理器巡檢所述調(diào)速系統(tǒng)是否存在過流、過壓、過熱和缺相的故障，若無則可保持調(diào)速運行；若發(fā)生故障，則對所述調(diào)速系統(tǒng)進行保護，顯示相關(guān)故障信息，并由調(diào)速狀態(tài)切換到全速運行；(9)所述數(shù)字信號處理器對所述電動機系統(tǒng)及環(huán)境配套設(shè)備實施保護控制。
本發(fā)明采用低壓變頻器實現(xiàn)中壓電動機調(diào)速的數(shù)字智能控制系統(tǒng)，其中所述內(nèi)環(huán)電流控制器包括差分放大器、D/A變換器、減計數(shù)器、比較器和輸出觸發(fā)器；所述調(diào)速系統(tǒng)設(shè)有轉(zhuǎn)子電流電壓采集系統(tǒng)，其中的萊姆傳感器采集轉(zhuǎn)子整流電流，電阻分壓電路采集轉(zhuǎn)子整流電壓，電壓采樣電路獲得直流逆變電壓；在所述第六步驟中，所述數(shù)字信號處理器提供時鐘、模糊/PID控制算法給定、斬波器的最小開通時間和最小關(guān)斷時間，上述采集信號通過所述內(nèi)環(huán)電流控制器進行邏輯運算后以電流峰值兩點式的控制脈沖，控制所述升壓斬波器的開關(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。
本發(fā)明采用低壓變頻器實現(xiàn)中壓電動機調(diào)速的數(shù)字智能控制系統(tǒng)，其中所述數(shù)字信號處理器存儲有通過觸摸屏可實現(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。
本發(fā)明采用低壓變頻器實現(xiàn)中壓電動機調(diào)速的數(shù)字智能控制系統(tǒng)，其中所述數(shù)字信號處理器存儲有處理所述調(diào)速系統(tǒng)過流、過壓、過熱和缺相故障，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)明采用低壓變頻器實現(xiàn)中壓電動機調(diào)速的數(shù)字智能控制系統(tǒng)，其中所述數(shù)字信號處器存儲有通過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程通訊的管理子程序，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)進行遠程監(jiān)控。
本發(fā)明采用低壓變頻器實現(xiàn)中壓電動機調(diào)速的數(shù)字智能控制系統(tǒng)，其中所述數(shù)字信號處理器替換為單片機。
本發(fā)明提供的采用低壓變頻器實現(xiàn)中壓電動機調(diào)速的數(shù)字智能控制系統(tǒng)，其有益的技術(shù)效果是與現(xiàn)有的定子側(cè)中壓變頻器相比，采用(20％～50％)PN的通用低壓變頻器控制100％PN中壓電動機，實現(xiàn)大功率風機和泵的40％～50％調(diào)速要求，避免了中壓變頻的困難。調(diào)速系統(tǒng)省去了龐大直流電抗器或僅需很小直流電抗器，主回路簡單，設(shè)備少。在全部轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都有好的電流響應(yīng)、功率因數(shù)高、諧波小、調(diào)整方便。從傳統(tǒng)的恒速改為調(diào)速運行，可節(jié)省大量的電能(平均30％～40％)和燃料，改善環(huán)境，優(yōu)化工藝過程，提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，減少維護量并降低了成本，其成本低廉，僅為定子側(cè)中壓變頻器價格的30％～50％。
由于在斬波器內(nèi)環(huán)電流控制上采用電流峯值比較實現(xiàn)兩點式控制，代替電流調(diào)節(jié)器和占空比D發(fā)生器，不受升壓斬波非線性影響，誤差小，無需調(diào)整動態(tài)參數(shù)，使用簡單方便。在輕載電流斷續(xù)時，控制器仍能工作。由于采用模糊邏輯智能控制技術(shù)，以及DSP與FPGA、PLC相結(jié)合的數(shù)字化技術(shù)，數(shù)字化、智能化程度高，很好地解決了電機調(diào)速的非線性或無法建立精確控制模型的問題，并具有良好的人機界面和靈活的通訊手段，可根據(jù)工藝要求及現(xiàn)場條件選擇合適的控制算法及工藝參數(shù)，通過RS232/RS485或CAN現(xiàn)場總線實現(xiàn)調(diào)速系統(tǒng)與上位管理機的通訊，或通過內(nèi)置的IP接口模塊直接與中心監(jiān)控計算機聯(lián)接，進行遠程監(jiān)控和管理，通過豐富的數(shù)據(jù)采集接口，對調(diào)速和電機系統(tǒng)以及風機和泵類等進行現(xiàn)場監(jiān)控和保護。
下面將結(jié)合實施例參照附圖對本發(fā)明進行詳細說明。


圖1是本發(fā)明采用低壓變頻器實現(xiàn)中壓電動機調(diào)速的數(shù)字智能控制系統(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)明采用低壓變頻器實現(xiàn)中壓電動機調(diào)速的數(shù)字智能控制系統(tǒng)的電路圖二(用于中壓內(nèi)反饋繞線式異步電動機)；圖3是本發(fā)明采用低壓變頻器實現(xiàn)中壓電動機調(diào)速的數(shù)字智能控制系統(tǒng)的電路圖三(用于中壓繞籠式無刷雙饋電動機)；圖4是本發(fā)明采用低壓變頻器實現(xiàn)中壓電動機調(diào)速的數(shù)字智能控制系統(tǒng)的電路圖四(用于中壓繞籠型內(nèi)反饋電動機)；圖5a)和圖5b)是本發(fā)明調(diào)速系統(tǒng)中兩種開關(guān)器件的升壓斬波器和逆變器的電路圖；圖6是本發(fā)明調(diào)速系統(tǒng)中數(shù)字化智能控制系統(tǒng)硬件的兩層結(jié)構(gòu)圖；圖7是本發(fā)明調(diào)速系統(tǒng)中內(nèi)環(huán)電流控制器的結(jié)構(gòu)圖；圖8a)和圖8b)是本發(fā)明調(diào)速系統(tǒng)中電流峰值兩點式控制的波形圖；圖9是本發(fā)明調(diào)速系統(tǒng)中逆變器的控制圖；圖10是本發(fā)明調(diào)速系統(tǒng)中雙閉環(huán)控制的原理圖；圖11是本發(fā)明調(diào)速系統(tǒng)中通訊接口示意圖；圖12是本發(fā)明調(diào)速系統(tǒng)中主程序的流程圖；圖13a)和圖13b)是本發(fā)明調(diào)速系統(tǒng)外環(huán)速度的模糊PID控制原理圖和模糊PID控制程序流程圖；圖14是本發(fā)明調(diào)速系統(tǒng)中參數(shù)輸入輸出子程序的流程圖；圖15是本發(fā)明調(diào)速系統(tǒng)中故障處理及報警子程序的流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明采用低壓變頻器實現(xiàn)中壓電動機調(diào)速的數(shù)字智能控制系統(tǒng)，參照圖1，MD為電動機系統(tǒng)，包括電動機M及啟動控制開關(guān)和配電等附屬設(shè)備。調(diào)速系統(tǒng)MSR包括低壓變頻調(diào)速主電路和DSP(或單片機)為主的數(shù)字智能控制部分。在主電路中，CR為斬波式整流器，DR為三相不可控整流器，IC為采用IGBT(或其它可關(guān)斷電力電子器件，如IGCT、GTR等)的斬波器；INV為采用IGBT(或其它可關(guān)斷電力電子器件，如IGCT、GTR等)的逆變器；其中，CD為INV儲能電容，IS為電動機定子電流，IR為電動機轉(zhuǎn)子電流，UR為電動機轉(zhuǎn)子電壓，IDR為DR輸出直流電流，UDR為DR輸出直流電壓，ID為CR輸出電流，UD為CR輸出電壓，Iaw為INV輸出電流，Uaw為INV輸出電壓。數(shù)字控制部分包括數(shù)字信號處理器DSP(Digital Signal Processor)、內(nèi)環(huán)電流控制器NFC和可編程序控制器PLC(Programmable LogicController)，其中內(nèi)環(huán)電流控制器NFC由D/A轉(zhuǎn)換、比較器CP和現(xiàn)場可編程門陣列FPGA(Field Programmable Gate Array)組成。
由于過程控制技術(shù)已由過去的分立元件、簡單集成電路發(fā)展到以DSP、單片機、現(xiàn)場可編程門陣列FPGA、可編程序控制器PLC為核心的數(shù)字化控制電路，即向數(shù)字化方向發(fā)展。
在本發(fā)明中，F(xiàn)PGA的結(jié)構(gòu)主要分為三部分可配置邏輯塊CLB(Configurable LogicBlocks)、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??；全部控制邏輯由硬件完成，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。本調(diào)速系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制，即內(nèi)環(huán)電流和外環(huán)速度。其中內(nèi)環(huán)電流是通過控制斬波開關(guān)器件V1的占空比來實現(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IGBT的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。
單片機如為復(fù)雜指令系統(tǒng)計算機(CISC)，運算中需要占用較多的指令周期，執(zhí)行速度比較慢，但單片機具有很強的外部接口能力。目前發(fā)展的16位單片機，如Intel的80C196KC在速度上有了較大的提高。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)速過程中根據(jù)工藝參數(shù)進行速度的給定調(diào)節(jié)，電機啟動和減速過程中的速度積分運算，調(diào)速系統(tǒng)、電機系統(tǒng)以及控制對象風機和泵類的故障報警等，這些場合對控制策略和控制算法要求較高，所以調(diào)速系統(tǒng)采用DSP配合軟件編程技術(shù)來實現(xiàn)上述控制。調(diào)速系統(tǒng)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，單片機可選Intel公司的16位80C196KC等產(chǎn)品。
PLC具有簡便、可靠、易于使用等優(yōu)點，在調(diào)速系統(tǒng)中，機械和電氣系統(tǒng)的操作需要嚴格按程序配合執(zhí)行，所以控制系統(tǒng)和PLC配合使用十分必要。
參照圖5，在斬波器和逆變器主電路中采用全可控開關(guān)管IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor)或IGCT(Integrated Gate Commutated Thyristor)，IGBT為絕緣門雙極晶體管，IGCT為集成門極換流晶閘管，也可采用其它可關(guān)斷電力電子器件，如大功率晶體管GTR等，使主電路和控制電路更加簡單。由于在轉(zhuǎn)子側(cè)進行低壓變頻調(diào)速，對開關(guān)管的耐壓要求低，可采用價格低品種規(guī)格齊全的普通IGBT開關(guān)管，對于更大調(diào)速功率的場合，可考慮采用電流電壓容量更大的IGCT開關(guān)管。
參照圖6，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PLC組成。DSP主要完成外環(huán)速度的控制，為FPGA內(nèi)環(huán)電流控制提供給定值數(shù)據(jù)。由FPGA和PLC共同對調(diào)速系統(tǒng)和電機系統(tǒng)進行直接控制，其中FPGA完成對斬波器輸出電壓UD的調(diào)整和為逆變器INV提供三相正弦波脈沖SPWM，PLC完成對電動機系統(tǒng)和調(diào)速系統(tǒng)的啟動，以及在調(diào)速系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動切換電動機到全速運行狀態(tài)，在調(diào)速系統(tǒng)正常時，使電動機快速重新投入到調(diào)速運行。
參照圖7，在內(nèi)環(huán)電流控制中，斬波器IC的電流峰值兩點式控制和逆變器INV的SPWM脈沖信號的產(chǎn)生選用適當規(guī)模的一片F(xiàn)PGA來實現(xiàn)。其中D/A為數(shù)模轉(zhuǎn)換器，CP為比較器，MC為減計數(shù)器。
電流峰值兩點式控制的輸入輸出信號的產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流電壓采集系統(tǒng)UIM中的萊姆傳感器LEM采集轉(zhuǎn)子整流電流IDR，由高阻抗差分電路采集轉(zhuǎn)子整流電壓UDR、直流逆變電壓UD；DSP(或單片機)為FPGA提供時鐘，DSP(或單片機)中的模糊/PID控制算法給定IDR*。上述信號通過D/A、CP和FPGA組成的電流峰值兩點式電路處理后，獲得斬波器開關(guān)管IGBT的PWM控制信號，并根據(jù)調(diào)速的要求調(diào)節(jié)占空比，從而改變直流逆變電壓UD。由DSP(或單片機)提供斬波器的最小開通時間ton和最小關(guān)斷時間toff，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后輸出斬波器所需要的限流控制脈沖。
逆變器INV開關(guān)管IGBT控制脈沖的產(chǎn)生通過檢測電網(wǎng)的相位，由FPGA產(chǎn)生三相正弦波脈沖SPWM控制逆變器INV，使逆變器回饋電功率。
參照圖8a)和圖8b)，在電流峰值兩點式控制的波形圖中，當轉(zhuǎn)速低時，IDR的上升斜率小，而ΔUc比較高，Uc下降的斜率高，這樣由IDR和Uc的變化過程中相遇可獲得一清晰的交點；相反轉(zhuǎn)子電壓UDR都比較低高，IDR的上升斜率大，而ΔUc較低，Uc下降的斜率低，這樣由IDR和Uc的變化過程中相遇同樣也可獲得一清晰的交點。這樣就能保證調(diào)速系統(tǒng)無論是處于低速和高速階段都能保證調(diào)速過程可靠地進行。
參照圖9，在逆變器INV控制原理圖中，AUR為直流電壓調(diào)節(jié)器，iP為有功電流、iQ為無功功率，IP*為給定的有功直流，iQ*為給定的無功電流，UD*為給定的斬波后直流電壓，UD為斬波后反饋電壓。逆變器的控制過程是給定斬波后直流電壓UD*，反饋電壓UD，當轉(zhuǎn)子電流IDR增加，UD增加，直流電壓調(diào)節(jié)器AUR的輸出有功電流給定IP*增大。無功電流iQ*給定是根據(jù)需要人為設(shè)定，通過調(diào)節(jié)iP、iQ調(diào)節(jié)器、坐標變換使輸出的有功和無功功率等于給定，IP*增加，輸出有功功率增加，電容CD上的電壓UD又等于設(shè)定值。
參照圖10，以水泵的水壓控制為例，說明電機的調(diào)速控制過程。在調(diào)速系統(tǒng)的雙閉環(huán)控制原理中，內(nèi)環(huán)為電流控制，由FPGA采用電流峰值兩點式控制實現(xiàn)，外環(huán)速度由DSP采用模糊控制/PID控制算法實現(xiàn)。其中，模糊控制/PID控制算法預(yù)先存儲在DSP中，包括模糊控制算法、PID算法和自調(diào)整參數(shù)模糊PID控制算法，系統(tǒng)根據(jù)輸入的工藝類型和工況參數(shù)決定采用何種控制算法。水泵水壓控制過程的步驟如下(1)由給定水壓與反饋的水壓檢測比較，并考慮其它工藝參數(shù)如給水流量、蒸汽流量、汽包水位等參數(shù)，通過模糊邏輯獲得水壓控制量，并由模糊控制/PID控制器得到電動機的給定轉(zhuǎn)速。(2)電動機速度曲線RAMP為斜坡控制，在電動機調(diào)速過程中速度變化采用緩慢上升和緩慢下降的方式，使電動機電流和電壓的變化率di/dt和du/dt都不會太大。(3)ASR為自動速度調(diào)節(jié)器，通過積分環(huán)節(jié)使調(diào)速過程平穩(wěn)進行，并設(shè)定電流上限。(4)ACR為自動電流調(diào)節(jié)器，采用電流峰值兩點式控制方法。(5)由FPGA輸出PWM控制斬波器的開關(guān)管IGBT，調(diào)整斬波器輸出電流和電壓的大小，從而實現(xiàn)調(diào)速。(6)通過檢測電網(wǎng)的相位，由FPGA產(chǎn)生SPWM脈沖控制逆變器INV，使逆變器回饋電功率。
參照圖11，調(diào)速系統(tǒng)的DSP具備通信接口，RS232/RS485為通過專門的工業(yè)控制模塊用于實現(xiàn)由RS-232到RS-485的轉(zhuǎn)換，由工控機可以同時監(jiān)控多臺調(diào)速系統(tǒng)的運行狀況，通過地址碼可以識別各調(diào)速系統(tǒng)。可設(shè)計一個與DSP通訊的IP接口模塊，使本調(diào)速系統(tǒng)具備直接遠程通訊能力。Intranet為企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)，通過光纖和以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部大范圍的通訊，這樣就可在監(jiān)控制中心直接對調(diào)速系統(tǒng)的狀態(tài)進行遠程監(jiān)控。
參照圖12，在本發(fā)明采用低壓變頻器實現(xiàn)中壓電動機調(diào)速的數(shù)字智能控制系統(tǒng)的實施例中，通過內(nèi)環(huán)電流控制器NFC實施對斬波器IC的內(nèi)環(huán)電流控制和逆變器INV的控制，通過數(shù)字信號處理器DSP對調(diào)速系統(tǒng)實施外環(huán)速度控制，通過所述可編程序控制器PLC實施對調(diào)速系統(tǒng)MSR和電動機系統(tǒng)MD的程序控制。調(diào)速系統(tǒng)工作的步驟詳細說明如下(1)調(diào)速系統(tǒng)開機上電后，DSP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)通過綜合決策采用何種控制算法，如模糊控制、PID控制和模糊PID控制。(4)由PLC控制電動機系統(tǒng)開始運轉(zhuǎn)；DSP通過對A/D轉(zhuǎn)換電路采集到模擬信號、PLC獲取的數(shù)字信號及其它開關(guān)器件輸出的數(shù)字信號來判斷調(diào)速系統(tǒng)是否處于正常工作狀態(tài)，若不正常則調(diào)速系統(tǒng)不工作，電動機進入全速運行，一旦正?？呻S時進入調(diào)速狀態(tài)。(5)在進入調(diào)速狀態(tài)后，由模糊控制/PID控制給定電動機轉(zhuǎn)速I*，通過電動機速度曲線RAMP控制電動機速度平穩(wěn)上升或下降。(6)內(nèi)環(huán)電流控制系統(tǒng)工作，電流電壓采集系統(tǒng)UIM中的LEM傳感器采集轉(zhuǎn)子電流IDR，由高阻抗差分電路采集轉(zhuǎn)子電壓UDR(或由脈沖碼盤直接測速)、直流逆變電壓UD，分別將I*與IDR、UDR與UD進行比較，由電流調(diào)節(jié)器ACR通過峰值電流兩點式控制給定斬波器的PWM。(7)通過檢測電網(wǎng)的相位，由FPGA產(chǎn)生SPWM脈沖控制逆變器INV，使逆變器回饋電功率。(8)DSP巡檢調(diào)速系統(tǒng)，看系統(tǒng)是否存在過流、過壓、過熱和缺相等故障，若無則可繼續(xù)進行調(diào)速運行；若發(fā)生故障，則對調(diào)速系統(tǒng)進行保護，并轉(zhuǎn)到全速運行。(9)DSP還可對電機系統(tǒng)及環(huán)境配套設(shè)備提供保護。
在本發(fā)明采用低壓變頻器實現(xiàn)中壓電動機調(diào)速的數(shù)字智能控制系統(tǒng)的實施例中，調(diào)速系統(tǒng)外環(huán)速度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)電機調(diào)速過程的最佳控制。參照圖13a)和圖13b)，以自調(diào)整參數(shù)模糊PID控制在水泵水壓上的應(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；由積分器給定電機速度曲線Ramp，使電機速度緩升或緩降；由脈沖碼盤測定電機的轉(zhuǎn)速或通過轉(zhuǎn)子電壓推斷出電機的轉(zhuǎn)速；將給定轉(zhuǎn)速和實際轉(zhuǎn)速比較后通過速度調(diào)節(jié)器ASR給定轉(zhuǎn)子電流，通過LEM傳感器測得轉(zhuǎn)子的實際電流，通過比較得出轉(zhuǎn)子電流調(diào)節(jié)量。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。
本發(fā)明采用低壓變頻器實現(xiàn)中壓電動機調(diào)速的數(shù)字智能控制系統(tǒng)的實施例充分利用了DSP強大的內(nèi)存擴展能力，將經(jīng)過工藝實驗獲得的有關(guān)被控對象的模糊PID控制器及參數(shù)存儲在ROM程序區(qū)中。如對風機、泵類等按不同規(guī)格容量進行實驗研究，可獲得不同工藝條件下的模糊控制器及參數(shù)，在現(xiàn)場控制中可根據(jù)被控制對象，選擇合適的控制器及參數(shù)，使系統(tǒng)一開始就能進入較平穩(wěn)的運行狀態(tài)。
參照圖14，在本調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)輸入輸出子程序中，通過觸摸屏可實現(xiàn)人機交互，進行工藝參數(shù)的設(shè)定、選擇控制器類型、保存和修改工藝參數(shù)等操作。
參照圖15，在本調(diào)速系統(tǒng)的故障處理及報警子程序中，對調(diào)速系統(tǒng)的過流、過壓、過熱和缺相等故障以及電動機和輔助系統(tǒng)的故障進行處理，并顯示出報警信息。
在本發(fā)明采用低壓變頻器實現(xiàn)中壓電動機調(diào)速的數(shù)字智能控制系統(tǒng)的其它實施例中，其中數(shù)字信號處理器DSP可替換為單片機。
下面對本發(fā)明采用低壓變頻器實現(xiàn)中壓電動機調(diào)速的數(shù)字智能控制系統(tǒng)的實施例做進一步詳細說明。
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；中壓內(nèi)反饋繞線式異步電動機；中壓繞籠式無刷雙饋電動機；中壓繞籠型內(nèi)反饋電動機。
實施例1參照圖1，在本實施例中，電機M為中壓普通繞線式異步電動機。在主電路中，內(nèi)反饋繞線式異步電動機定子中有一套三相附加繞組AW，輸出50Hz固定電壓Uaw，供逆變器INV用，接受回饋電流Iaw，無逆變電源變壓器。內(nèi)反饋繞線式異步電動機不需要電源變壓器T，主回路最簡單，是本發(fā)明推薦優(yōu)選方案。其中，CR為斬波式整流器，DR為三相不可控整流器，IC為采用IGBT(或其它可關(guān)斷電力電子器件，如IGCT、GTR等)的斬波器；INV為采用IGBT(或其它可關(guān)斷電力電子器件，如IGCT、GTR等)的逆變器；其中，CD為INV儲能電容，Is為電動機定子電流，IR為電動機轉(zhuǎn)子電流，UR為電動機轉(zhuǎn)子電壓，IDR為DR輸出直流電流，UDR為DR輸出直流電壓，ID為CR輸出電流，UD為CR輸出電壓，Iaw為INV輸出電流，Uaw為INV輸出電壓。
串級調(diào)速系統(tǒng)接在電機轉(zhuǎn)子側(cè)，轉(zhuǎn)子電壓UR＝sUR0式中s＝(n0-n)/n0----滑差；UR0為電機不轉(zhuǎn)、s＝1時的轉(zhuǎn)子電壓。
現(xiàn)有中壓電機UR0＜1000V，當調(diào)速范圍限制到50％(s≤0.5)時，UR.max≤500V，所以調(diào)速系統(tǒng)是低壓的。
串級調(diào)速系統(tǒng)主電路由一套低壓變頻器，變頻器是由斬波整流器CR和通用的IGBT(或其它可關(guān)斷電力電子器件，如IGCT、GTR等)逆變器INV組成的電壓型正弦波交—直—交變頻器。CR由三相不可控整流模塊DR和一套IGBT(或其它可關(guān)斷電力電子器件，如IGCT、GTR等)斬波模塊IC組成。IC開關(guān)頻率為工業(yè)常用的2kHz左右，可以利用電機轉(zhuǎn)子漏感實現(xiàn)斬波，不需另加或只需加很小的直流電抗。INV為電壓型逆變器，在直流母線上無電抗，故本系統(tǒng)省去了龐大的直流電抗器。電壓型逆變器所需之儲能電能為直流電容，體積小、容量大，裝在通用逆變器中。
逆變器INV用以把直流母線功率PD＝UD·ID回送至電機定子及維持直流母線電壓UD固定，經(jīng)DR整流后轉(zhuǎn)子電壓UDR＝(1-D)UD式中D——斬波占空比，通過改變D就可以改變轉(zhuǎn)子電壓UR，實現(xiàn)調(diào)速。
逆變器及附加繞組容量按PDmax=(UD·ID)≈3(UR·IR)max]]>計算。絕大多數(shù)風機和泵類負載是二次型負載，IR∝n2，轉(zhuǎn)速n高時，IR大，UR小，PD不大；n低時，IR小，UR大，PD也不大；最大PD出現(xiàn)在n=23n0(s=13)]]>時，PDmax＝0.15PN，考慮到負載不是嚴格的二次關(guān)系，設(shè)備留一定裕量，取PINV＝(0.2～0.5)PN，用(20％～50％)PN功率的逆變器控制100％的PN功率電機調(diào)速。
INV是正弦波SPWM逆變器，輸出電流Iaw接近正弦波，加之INV功率小，電機定子電流Is中諧波很小，基本上對電網(wǎng)無影響。INV輸出的無功可以在容量允許條件下從感性到容性間任意調(diào)整(包括零)。在n＝nN時，UR≈0，PD≈0，INV可提供全容量的容性無功電流，部分補償電機勵磁及轉(zhuǎn)子整流換相產(chǎn)生的感性無功，使總功率因數(shù)高于電機本身的功率因數(shù)。在PD＝PDmax時，INV的無功為零，保證運行所需有功。由于INV不產(chǎn)生感性無功，故所有工況下的功率因數(shù)都比用晶閘管逆變高，諧波小。
由于UD與URmax可以通過改變最小占空比Dmin來改變，且UD大小不影響INV容量(UD高、ID小，PD不變)，為電機設(shè)計選取附加繞組電壓和轉(zhuǎn)子電壓提供了方便(這兩繞組匝數(shù)很少，難匹配)。
在實現(xiàn)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IDR內(nèi)環(huán)兩部分構(gòu)成。由于在不同轉(zhuǎn)速(不同UDR)下，升壓斬波器的占空比D與直流逆變電壓UD間的關(guān)系是非線性，通常，采用電流調(diào)節(jié)器來實現(xiàn)內(nèi)環(huán)電流控制，造成不同轉(zhuǎn)速時的電流響應(yīng)不同，調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)整困難。若采用電流滯環(huán)砰-砰控制器實現(xiàn)內(nèi)環(huán)電流控制，可以克服非線性影響，但斬波器開關(guān)頻率將隨轉(zhuǎn)速變化而變化，且在輕載電流斷續(xù)時砰-砰控制器不能正常工作。在本發(fā)明的實施例中，則采用一種新的電流峯值兩點式控制器實現(xiàn)內(nèi)環(huán)電流IDR控制，它既可克服升壓斬波的非線性影響，無需調(diào)整動態(tài)參數(shù)，又使開關(guān)頻率固定，電流斷續(xù)時也能工作。
參照圖7和圖8，在電流峰值兩點式控制第k開關(guān)周期的波形圖中，每個開關(guān)周期開始時刻，R-S觸發(fā)器FF的觸發(fā)輸入端S收到一個脈沖信號，R-S觸發(fā)器FF輸出端Q輸出高電平，斬波管V1導(dǎo)通，整流電流IDR增大，它和控制電壓Uc在比較器CP1中進行比較，Uc＝I*+ΔUcΔUc=T2LDR(UD-UDR)(1-τT)]]>
式中UDR和UD分別為整流電壓和直流逆變電壓LDR是整流濾波電感值(含電機漏感)I*是電流給定值T是開關(guān)周期τ是在第k開關(guān)周期中的時間，當t＝kT時，τ＝0；當t＝(k+1)T時，τ＝T。
當IDR增至IDR＝Uc時，比較器CP輸出高電平，送至R-S觸發(fā)器FF的復(fù)位輸入端R，R-S觸發(fā)器FF復(fù)位，斬波管V1關(guān)斷，直至該開關(guān)周期結(jié)束。按此法控制，在一個開關(guān)周期中電流IDR的平均值等于電流給定值I*。
參照圖7，電壓差信號UD-UDR來自差分放大器DA。時鐘信號clock送至減計數(shù)器MC，則在計數(shù)器中的數(shù)為1-τ/T。當MC中的數(shù)減至零后，其進位端發(fā)出一個進位信號，用它作為R-S觸發(fā)器FF的觸發(fā)輸入信號st，MC同時返回至滿位，準備開始下一個開關(guān)周期的計數(shù)。減計數(shù)器MC中的數(shù)和電壓差模擬信號UD-UDR在D/A變換器中相乘，D/A輸出經(jīng)電位器分壓，若分壓系數(shù)為T/2LDR，則電位器輸出為信號ΔUc。ΔUc和電流給定信號I*相加得控制信號Uc，將Uc送至比較器CP與電流信號IDR比較，比較器CP輸出復(fù)位輸入信號rst至R-S觸發(fā)器FF。
實施例2參照圖2，在本實施例中，電機M為中壓內(nèi)反饋繞線式異步電動機。采用此方案需要一臺電源變壓器T，它的調(diào)速系統(tǒng)與實施例1相同。
實施例3參照圖3，在本實施例中，電機M為中壓繞籠式無刷雙饋電動機。這種電機的轉(zhuǎn)子繞組不引出，無電刷和滑環(huán)，兩套定子繞組，一套接電網(wǎng)，另一套引出電動機的轉(zhuǎn)差功率，接調(diào)速系統(tǒng)的不可控整流器DR，逆變器INV與電網(wǎng)連接，把電動機轉(zhuǎn)差功率反饋給電網(wǎng)。它的調(diào)速系統(tǒng)與實施例1相同。
實施例4參照圖4，在本實施例中，電機M為中壓繞籠型內(nèi)反饋電動機。這種電機的轉(zhuǎn)子繞組不引出，無電刷和滑環(huán)，定子上設(shè)有內(nèi)反饋繞組繞組，有兩套定子繞組，從其中一套繞組引出電動機的轉(zhuǎn)差功率，經(jīng)調(diào)速系統(tǒng)的不可控整流器DR整流成直流，逆變器INV變成交流與電網(wǎng)連接。它的調(diào)速系統(tǒng)與實施例1相同。
本發(fā)明提供的采用低壓變頻器實現(xiàn)中壓電動機調(diào)速的數(shù)字智能控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)點
1)靈活的通信手段充分發(fā)揮DSP數(shù)字控制的通訊能力，通過其RS-232/RS485串行口與上位管理微機進行通訊，或內(nèi)置IP接口實現(xiàn)遠程通訊。在利用RS232/RS-485總線進行的通訊中，一臺上位工控機IPC可以同時與多臺調(diào)速系統(tǒng)進行通訊，工控機IPC可以通過企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)Intranet實現(xiàn)遠程通訊，從而將調(diào)速現(xiàn)場的狀態(tài)信息傳到監(jiān)控中心。此外，考慮到Ipv6技術(shù)在國內(nèi)外的迅速實施，本調(diào)速系統(tǒng)還設(shè)計了IP接口模塊，模塊采用通用工業(yè)以太網(wǎng)芯片，通過Java嵌入式編程技術(shù)使模塊內(nèi)置IP功能，從而可使本調(diào)速系統(tǒng)直接通過Intranet進行遠程通訊。這樣就可對本調(diào)速系統(tǒng)進行遙控、遙信、遙測，無人值守，可在監(jiān)控中心直接監(jiān)視本調(diào)速系統(tǒng)的運行狀態(tài)。
2)良好的人機界面由于DSP具有靈活的人機界面接口，可通過觸摸屏等進行參數(shù)輸入和輸出顯示，如輸入工藝參數(shù)，選擇模糊控制器控制及參數(shù)，修改工藝參數(shù)，保存所選擇和修改的結(jié)果；運行狀態(tài)應(yīng)答，如啟動、運行和到達給定值；運行中參數(shù)曲線圖的動態(tài)顯示，報警和錯誤信息顯示；調(diào)速系統(tǒng)和電機數(shù)據(jù)的查詢。
3)完善的保護功能在調(diào)速系統(tǒng)運行過程中，可能會遇到負載突變，出現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速太低，逆變器輸出缺相和短路，突然停電，逆變器發(fā)熱嚴重等各種故障。在本調(diào)速系統(tǒng)中使用DSP數(shù)字化控制后，可充分利用其強大的信號采集和豐富的數(shù)字I/O口，對調(diào)速系統(tǒng)和電機系統(tǒng)進行全面的監(jiān)測和保護。采用DSP還可充分利用其CAN現(xiàn)場總線來現(xiàn)場設(shè)備進行監(jiān)控。在DSP的故障診斷設(shè)計中，通過定時巡檢系統(tǒng)的運行狀態(tài)來實時監(jiān)控逆變器的過流、過壓和過熱，電機通風、潤滑，環(huán)境狀態(tài)等。當調(diào)速系統(tǒng)發(fā)生故障時，DSP調(diào)用相應(yīng)的故障處理子程序，并調(diào)顯示子程序給出故障信息。
本發(fā)明的有益效果是●與現(xiàn)有的定子側(cè)中壓變頻器串調(diào)系統(tǒng)相比，采用(20％～50％)PN的通用低壓變頻器控制100％PN中壓電動機，實現(xiàn)大功率風機和泵的40％～50％調(diào)速要求，避免了中壓變頻的困難，設(shè)備少，價格便宜，其價格僅為定子側(cè)中壓變頻器價格的30％～50％。
●與現(xiàn)有的轉(zhuǎn)子側(cè)晶閘管逆變串調(diào)系統(tǒng)相比，省去了龐大直流電抗器或僅需很小直流電抗器，主回路簡單，功率因數(shù)高，諧波小。
●我國年發(fā)電量近50％用于風機和泵驅(qū)動，把它們特別是大功率風機和泵的驅(qū)動從傳統(tǒng)的恒速改為調(diào)速運行，可節(jié)省大量的電能(平均30％～40％)和燃料，改善環(huán)境，優(yōu)化工藝過程，提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量及減少維護，產(chǎn)生巨大的社會經(jīng)濟效益。
●斬波器內(nèi)環(huán)電流控制采用新的電流峰值兩點式控制器，其特點是
用電流峰值比較實現(xiàn)兩點式控制，代替電流調(diào)節(jié)器和占空比D發(fā)生器，不受升壓斬波非線性影響，無需調(diào)整動態(tài)參數(shù)，使用簡單方便。在一個開關(guān)周期中電流IDR的平均值等于電流給定值I*。在輕載電流IDR斷續(xù)時，控制器仍能工作。用鋸齒形的控制信號Uc和IDR比較，在全部轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都交點明確，誤差小。
●采用模糊邏輯智能控制技術(shù)，以及DSP與FPGA、PLC相結(jié)合的數(shù)字化技術(shù)，其突出特點是內(nèi)置模糊邏輯智能控制算法，可很好地解決電機調(diào)速的非線性或無法建立精確控制模型的問題；具有良好的人機界面，可根據(jù)工藝要求及現(xiàn)場條件選擇合適的控制算法及工藝參數(shù)；具有靈活的通訊手段，可通過RS232/RS485實現(xiàn)調(diào)速系統(tǒng)與上位管理機的通訊，或通過內(nèi)置的IP接口模塊直接與中心監(jiān)控計算機聯(lián)接，遠程監(jiān)控和管理；具有完善的保護功能，可通過豐富的數(shù)據(jù)采集接口，對調(diào)速和電機系統(tǒng)以及風機和泵類等進行現(xiàn)場監(jiān)控和保護。
權(quán)利要求
1.采用低壓變頻器實現(xiàn)中壓電動機調(diào)速的數(shù)字智能控制系統(tǒng)，包括電動機系統(tǒng)(MD)和調(diào)速系統(tǒng)(MSR)，其特征在于所述調(diào)速系統(tǒng)(MSR)包括依次接在主電路中的斬波式整流器(CR)、逆變器(INV)和電源變壓器(T)，斬波式整流器(CR)由三相不可控整流器(DR)和斬波器(IC)組成，還包括一個數(shù)字信號處理器(DSP)以及與所述數(shù)字信號處理器(DSP)相連的內(nèi)環(huán)電流控制器(NFC)和可編程序控制器(PLC)，并通過所述內(nèi)環(huán)電流控制器(NFC)實施對調(diào)速系統(tǒng)(MSR)的內(nèi)環(huán)電流控制，通過所述數(shù)字信號處理器(DSP)對調(diào)速系統(tǒng)(MSR)的外環(huán)速度控制，通過所述可編程序控制器(PLC)實施對調(diào)速系統(tǒng)(MSR)和電動機系統(tǒng)(MD)的程序控制，其步驟是(1)所述數(shù)字信號處理器(DSP)啟動初始化子程序并對自身進行初始化，系統(tǒng)處于準備工作狀態(tài)；(2)用戶通過觸摸屏輸入操作信息；(3)調(diào)用參數(shù)輸入子程序，輸入工藝類型、工藝參數(shù)等，確定采用模糊控制、PID控制和模糊PID控制中的任意一種控制算法；(4)啟動可編程序控制器(PLC)控制電動機系統(tǒng)(MD)運轉(zhuǎn)；所述數(shù)字信號處理器(DSP)通過采集信號判斷所述調(diào)速系統(tǒng)(MSR)是否處于正常工作狀態(tài)，若不正常則所述調(diào)速系統(tǒng)(MSR)不工作，電動機進入全速運行，一旦正常隨時進入調(diào)速控制；(5)啟動內(nèi)環(huán)電流控制，所述內(nèi)環(huán)電流控制器(NFC)輸出對所述升壓斬波(BC)器的控制信號(PWM)；(6)啟動外環(huán)調(diào)速控制，由模糊控制或PID控制給定電動機轉(zhuǎn)速，控制電動機速度平穩(wěn)上升或下降；(7)檢測電網(wǎng)的相位，由所述內(nèi)環(huán)電流控制器(NFC)產(chǎn)生正弦波脈沖(SPWM)控制所述逆變器(INV)，使所述逆變器(INV)回饋電功率；(8)所述數(shù)字信號處理器(DSP)巡檢所述調(diào)速系統(tǒng)(MSR)是否存在過流、過壓、過熱和缺相的故障，若無則可保持調(diào)速運行；若發(fā)生故障，則對所述調(diào)速系統(tǒng)(MSR)進行保護，顯示相關(guān)故障信息，并由調(diào)速狀態(tài)切換到全速運行；(9)所述數(shù)字信號處理器(DSP)對所述電動機系統(tǒng)(MD)及環(huán)境配套設(shè)備實施保護控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用低壓變頻器實現(xiàn)中壓電動機調(diào)速的數(shù)字智能控制系統(tǒng)，其中所述內(nèi)環(huán)電流控制器(NFC)包括差分放大器(DA)、D/A變換器、減計數(shù)器(MC)、比較器(CP)和輸出觸發(fā)器(FF)；所述調(diào)速系統(tǒng)(MSR)設(shè)有轉(zhuǎn)子電流電壓采集系統(tǒng)(UIM)，其中的萊姆傳感器(LEM)采集轉(zhuǎn)子整流電流(IDR))，電阻分壓電路采集轉(zhuǎn)子整流電壓(UDR)，電壓采樣電路獲得反饋直流逆變電壓(UD)；在所述第六步驟(6)中，所述數(shù)字信號處理器(DSP)提供時鐘、模糊/PID控制算法給定(IDR*)、斬波器的最小開通時間(ton)和最小關(guān)斷時間(toff)，上述采集信號通過所述內(nèi)環(huán)電流控制器(NFC)進行邏輯運算后以電流峰值兩點式的控制脈沖(PWM)，控制所述升壓斬波器(BC)的開關(guān)管(IGBT)，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(UD)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的采用低壓變頻器實現(xiàn)中壓電動機調(diào)速的數(shù)字智能控制系統(tǒng)，其中所述數(shù)字信號處理器(DSP)存儲有通過觸摸屏可實現(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所述的采用低壓變頻器實現(xiàn)中壓電動機調(diào)速的數(shù)字智能控制系統(tǒng)，其中所述數(shù)字信號處理器(DSP)存儲有處理所述調(diào)速系統(tǒng)(MSR)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所述的采用低壓變頻器實現(xiàn)中壓電動機調(diào)速的數(shù)字智能控制系統(tǒng)，其中所述數(shù)字信號處理器(DSP)存儲有通過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程通訊的管理子程序，所述監(jiān)控中心計算機直接對所述調(diào)速系統(tǒng)(MSR)的狀態(tài)進行遠程監(jiān)控。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的采用低壓變頻器實現(xiàn)中壓電動機調(diào)速的數(shù)字智能控制系統(tǒng)，其中所述數(shù)字信號處理器(DSP)替換為單片機。
全文摘要
本發(fā)明采用低壓變頻器實現(xiàn)中壓電動機調(diào)速的數(shù)字智能控制系統(tǒng)，包括斬波式整流器、逆變器和電源變壓器，斬波式整流器由三相不可控整流器和斬波器組成，還包括一個數(shù)字信號處理器以及與其相連的內(nèi)環(huán)電流控制器和可編程序控制器，并通過內(nèi)環(huán)電流控制器實施對調(diào)速系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)電流控制，通過數(shù)字信號處理器對調(diào)速系統(tǒng)的外環(huán)速度控制，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)反饋電動機，主回路簡單，設(shè)備少、控制誤差小、具有良好人機界面、靈活通訊手段、使用簡單方便、可實現(xiàn)遠程監(jiān)控和管理，并且數(shù)字化程度高且成本低廉、節(jié)能環(huán)保。
文檔編號H02P27/04GK1835385SQ200510055210
公開日2006年9月20日 申請日期2005年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月15日
發(fā)明者馬小亮 申請人:北京華拿東方能源科技有限公司