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1、控制技术机车车辆工艺第3期2004年6月文章编号:10076034(2004)03005604基于DSP的中压软起动器控制系统王卫安(中国南车集团株洲电力机车研究所,湖南株洲412001)摘要:介绍了中压软起动器的工作原理,阐述了基于DSP的控制系统硬件结构的特点、模块化的软件设计及故障保护。关键词:软起动器;晶闸管;中压;数字信号处理器;可编程逻辑器件中图分类号:TM301.2文献标识码:B器,TRQ由3组相同的晶闸管串并联组成,EZP为基引
2、言于DSP+CPLD(DigitalSignalProcessorandComplex异步电机因其结构简单,运行可靠而在工业和ProgrammableLogicDevice)的控制系统。交通运输中获得广泛应用。据统计,其用电量占全国用电总量的30%以上。然而,其直接起动会产生5~7倍额定电流,造成网压骤降,影响网上其他设备的正常工作;同时强大的电磁力将冲击电机本身及其拖动负载,造成电气和机械磨损。对于泵类负载,突然停机会产生水锤效应,严重时将导致法兰盘损坏和管道破裂。因此,采用软起动器,设法降低起动时的电流和实
3、现软停车,是异步电机应用方面的一大课题。作为软起动的一种,基于晶闸管的固态软起动器在低压(如380V)电机领域已得到广泛应用。而对于中压系列(如6kV、10kV),由于技术上的原因,我国以前则是全部依赖进口。2002年4月,受有关单位委托,株洲电力机车研究所研制中压软起动器,并于当年应用于某油田注水机用电机(6kV/2000kW),一次性起动成功,现已安全运行近1a。图1中压软起动器典型系统电路1中压软起动器工作原理软起动开始前,1QS、1QF、2QF均处于断开状软起动器主电路由反并联的晶闸管组成,实质态。起
4、动开始后,1QS闭合,电子控制屏接收到软起为典型的三相交流调压电路[1]。其工作原理与交流动指令,合上1QF,三相中压电源接至TRQ。控制系调压电路基本相同,只是用来作为控制异步电机及统检测开关状态、光纤触发部分和晶闸管组件正常其拖动负载,有其特殊性。后,根据用户设定的工作特性,按一定函数和严格典型的中压软起动器系统电路见图1。其中逻辑关系,给出移相脉冲,经光纤传输至TRQ,控1QS是隔离开关或断路器,1QF、2QF是真空接触制晶闸管触发角,平滑调节输出电压,见图2。平稳起动电机M,并在液晶屏上实时显示电压、电流
5、等参收稿日期:2003-12-10数和主要器件的工作状态。当软起动器已输出满电作者简介:王卫安(1975-),男,湖南双峰人,工程师,1996年毕业于压时,闭合2QF,TRQ停止工作。TRQ停止工作后,华东交通大学电力牵引与传动控制专业,工程硕士在读,现主要从事断开1QF,于是电源电压直接加到电机端子上,电机电网谐波和无功综合治理、电机软起动等方面的研发工作。56基于DSP的中压软起动器控制系统M进入正常运行。起动方式的要求。当为恒流软起动时,控制系统动态软停车则是其逆过程。结构见图3,采用了电流外环、电压内环的
6、双闭环调节。其中IREF为恒流设定值,在使用中,用户可根据工况需要,通过键盘输入电机额定电流和起动倍数。(1)ACR为电流调节器环节。为改善系统的静、动态性能,采用PID控制,传递函数为:[k1(s1+1)!(s2+1)]/。在数字系统中,一般采用增量算法,以去除累积误差;(2)TVR为调压电路,包括移相触发器和晶闸管,可近似为一阶惯性模型,传递函数为:k2/(s3+1);2控制系统工作原理(3)MCA为异步电机定子电流相对于定子电压的特性传递函数。由于在不同负载下的电机动态过由软起动器的工作原理可知,
7、控制系统需具有[2]程为非线性方程组,往往用解析法求解困难,故本的基本功能是:接受软起动、软停车指令;按照设定系统采用了基于稳态特性基础上的小偏差线性化的电流或电压曲线给出触发脉冲;监视各重要部件法。此方法在实现上不至于太复杂,同时较为有效工作状态,且具有友好的人机交互界面;能对相关过地模拟了实际工作状况;程特别是故障进行记录。理想状况是在调节过程(4)反馈环节a1、a2在实际应用中,一般有由硬中,具有自学习和自适应功能,达到初级智能化的目件或软件形成的比例和滤波环节,传递函数视为:标。kf1/(sf1+1)、
8、kf2/(sf2+1)。为了与外界接线尽量简单,软起动器的主电路和控制电路设计为一体化结构。对于中压系统,控2.2控制系统硬件结构制部分对外接口较多,但空间有限,故采用子母板结中压软起动器的控制、显示、保护功能由基于构。其中子板完成脉冲输出光纤接口功能,其余控DSP+CPLD的控制系统完成。控制系统的框图见制功能由母板完成。又由于主电路上交流电压较图4。其中DSP选用
