韩春红-开题报告.docVIP

2004 级硕士研究生学位论文 开 题 报 告 论文题目 基于DSP的交流变频调速系统的研究 学科、专业 仪器科学与技术 测试计量技术及仪器 研究方向 油田节能技术与信息处理 研究生姓名 韩春红 导师姓名 牟海维 大 庆 石 油 学 院 2005年 11 月 10 日 一、选题科学依据 1、研究内容所属领域、研究范围： 研究内容所属领域： 仪器仪表、 电气传动控制 研究范围： 数字信号处理技术、电力电子技术、计算机技术、自动控制技术 2、研究题目的理论意义及应用价值： 在我国60%的发电是通过电动机消耗掉的，因此调速传动是一个重要行业，一直得到国家重视，目前己有一定规模。三相交流异步电动机，由于转子侧的电流不从外部引入，而由电磁感应产生，故而具有结构简单牢固、体积小、重量轻、价格低廉、便于维护等优点，一经问世，就备受人们的青睐。与其他电动机相比，它在工农业生产设备中的占有率一直处于绝对领先的地位。另一方面，随着工农业生产的不断发展和进步，人们对调速的要求越来越高，而异步电动机在调速方面一直处于性能不佳的状态。然而，变频技术的出现改善了交流电机的调速性能。随着电力电子技术、微电子技术以及控制技术的不断发展，诸多新型电机控制技术不断被提出，使变频调速能很好地实现对交流电机的调速。 作为高新技术之一的变频技术是重要的节能和环保技术，在各种工业生产、交通运输和家用电器中应用十分广泛。变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果好等许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式，有着十分广阔的发展空间。经过调研发现，在目前的石油系统中所使用的变频器大多是基于单片机研制的，虽然结构简单，但计算精度不高，而且很难做到实时检测，长期在恶劣环境下使用会因冷却装置出现故障而导致大功率晶体管的损坏。由于输入电源为三相高压强电，维修人员不容易检测。因此，开发和研制高性能的交流变频调速系统是十分必要的。本课题是以TI公司的TMS320LF2407型DSP为核心构成交流变频调速系统，采用电压空间矢量脉宽调制（SVPWM）变频技术，利用DSP芯片的高速运算能力，实现用很小的存储空间产生输出频率和调制比可任意改变的SVPWM波，方便了变频系统的在线调试，从而可以改善调速系统的性能。本课题的研究涉及电力电子技术、微电子技术、数字信号处理技术等多门新兴学科的交叉与融合，能够节约能源及提高产品质量，获得较好的经济效益和社会效益，因而该课题的研究具有一定的理论意义和实际应用价值。 3、目前国内外研究概况、水平及发展趋势： 从60年代起，国外已开始了对交流调速的研究，特别是70年代初席卷世界先进工业国家的石油危机迫使他们投入了大量的人力和财力研究高效节能的交流调速系统，从而最终定位在变频调速这一热点上。起初，变频调速多采用电压频率协调控制的开环变频调速系统，但是其机械特性远逊于直流电机变压后的机械特性。70年代末期，SPWM技术的出现，以及矢量控制技术的提出和实现，使得异步电机变频后的机械特性可以达到和直流电机变压后的机械特性相媲美的程度，从而促进了交流调速技术的迅速发展。 目前，国外对变频调速的研究主要集中在日本、欧洲以及美国，其中中、小容量以日本富士、三垦产品为主；大容量变频器则以德国SIEMENS、英国(法国)CEGELEC公司产品为主。在器件的选择上，大容量仍以可关断晶体管（GTO），电流控制的大功率晶体管（GTR）为主；中、小容量以电压控制的绝缘栅双极性晶体管（IGBT）为主；为追求高可靠性、缩短研制周期，数字信号处理器（DSP）和智能功率模块（IPM）的应用将更为普及。研究最多的仍是按磁场定向的矢量控制，技术上已经很成熟，且己经产品化，无速度传感器的矢量控制，在运行过程中能够进行参数自检测的通用变频器也有产品出现。而一些新的理论算法(如直接转矩控制DTC)多处于理论研究阶段，产品并不多见。 在大功率交一交变频调速技术方面，法国阿尔斯通己能提供单机容量达3万kw的电气传动设备用于船舶推进系统。在大功率无换向器电机变频调速技术方面，意大利ABB公司提供了单机容量6万kw的设备用于抽水蓄能电站。在中功率变频调速技术方面，德国西门子公司Simovert A电流型晶闸管变频调速设备单机容量为10-2600kVA和SImovert P GTOPWM变频调速设备单机容量为100-900kVA，其控制系统己实现全数字化，用于电力机车、风机、水泵传动。在小功率交流调速技术方面，日本富士BJT变频器最大单机容量可达700kVA。IGBT变频器己形成系列产品，其控制系统也己实现全数字化。 国内与国外相比，则有相当大的差距。在大功率交一交、无换向器电机等变频技术方面，国内只有少数科研单位有能力制造，但在