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解決方案

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解決方案

SOLUTION

YXMBD-YP5K基于半實物原型開發(fā)三相交流異步電機驅動控制系統(tǒng)

關鍵詞：

基于半實物原型開發(fā)

三相交流異步電機驅動控制系統(tǒng)

所屬分類：

電機驅動測試與實驗

機電測控臺架

聯(lián)系我們

方案介紹

1、設備組成

2、技術參數(shù)

2.1 三相交流異步對拖平臺

技術參數(shù)如下：

1)平臺由驅動電機（三相交流異步電機）、高速精密聯(lián)軸器、轉速/扭矩傳感器、加載電機（永磁同步電機）及中央監(jiān)控系統(tǒng)組成，用于實現(xiàn)電機對拖實驗；

2)可以實現(xiàn)速度控制和扭矩控制，驅動電機和加載電機以聯(lián)軸器相連，監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)人機交互、系統(tǒng)監(jiān)控功能；

3)驅動電機：三相異步電動機，額定電壓（V）3*380，額定功率（kW）7.5kW，額定頻率（Hz）50，額定轉速（r/min）1500，額定電流15.3A，額定轉矩47NM，恒轉矩變頻范圍5-50Hz，重量70Kg。

4)負載電機：永磁同步電機，額定功率5.5KW，額定線電壓380V，額定線電流12A，額定轉矩 35 NM，額定轉速1500 r/min，峰值轉矩 70NM，轉子慣量8.6，重量 30KG，轉矩常數(shù)2.9，反電勢181，編碼器線數(shù)2500

5)扭矩/轉速傳感器（選配）：轉速范圍：0-2000rpm，扭矩測量范圍：0-200NM；

6)槽鋼底座帶橡膠墊，電機拖動組總尺寸1250*30*40（長*寬*高）

圖1 電機對拖臺架實物圖

2.2 電機驅動背靠背變流柜

兩個PWM變換器各司其職，根據(jù)控制算法的不同其功能略有不同。無論哪種算法，定子PWM變換器一般是采用轉子磁鏈定向，控制PMSG的定子電流呈正弦波形實現(xiàn)轉速和功率因數(shù)調節(jié)；并網(wǎng)PWM變換器采用電網(wǎng)電壓矢量定向，將直流電逆變?yōu)榱己玫恼也ㄐ螌崿F(xiàn)并網(wǎng)和有功/無功解耦。直流母線電壓可以由定子PWM變換器控制也可以由并網(wǎng)PWM變換器控制，保持為比電網(wǎng)幅值高的穩(wěn)定值（這樣才能保證能量流動的方向，PWM整流可以升壓）以便往電網(wǎng)輸送能量。

圖2 背靠背驅動變流器構架

主控CPU采用目前流行的DSP，型號為TI公司的TMS320F28335，其32位浮點處理能力，非常適用于變流器控制場合。通過傳感器分別采集三相交流電流、三相交流電壓、直流側電壓、電流以及溫度等信息送給DSP，然后DSP經(jīng)過特定的算法，輸出PWM調制波控制開關器件，從而可以實現(xiàn)直流變交流或者交流變直流能量雙向流動。除此之外，信號處理電路還預留的外部控制器接口，方便對接RCP控制器。

1、可提供直流輸入和交流輸入兩種方式，交流輸入：380V電網(wǎng)，直流輸入：電壓400V。

2、運行方式，滿足三種工作模式：電機驅動模式、變流并網(wǎng)模式、RCP外接控制模式。

3、開放硬件原理圖，PCB圖（PDF），DSP控制板完整CCS工程源代碼（選配）。 4、將Simulink模型與快速原型控制器硬件結合在一起，下載到控制器中執(zhí)行，控制器運行過程中，此軟件可以將Simulink模型中想要查看的各類控制量直觀顯示，也可以隨時修改各類控制參數(shù)，讓控制器實時響應，從而實現(xiàn)了真正的在線仿真。

5、在線仿真運行界面，采用組態(tài)方式，科研者根據(jù)自己需求，可以隨意添加控件，讓科研者將精力放到Simulink建模上面。

6、軟件具備三類設置，包括通信IP、板卡的數(shù)量設置；PWM設置，主要指示PWM的頻率值，死區(qū)值，以及動作有效值，編碼器精度值等；顯示界面設置，用于最終的數(shù)據(jù)查看以及設置。顯示界面中包括遙控、遙調、遙信、遙測、示波器控件。

7、提供電機控制側的simulink算法模型，控制模型完全開放且可修改，用戶可直接使用。

8、具備DSP輔助控制器，配合外圍信號采集調理電路、IO驅動電路等組成。

完成以下功能：

各類信號的采集調理，送給主控制器以及自身使用。送給主控制器目的是實現(xiàn)算法控制，自身采集主要用于對系統(tǒng)的實時保護。

對IO信號的驅動管理，將主控制器輸出信號管理后輸出給功率變換電路，實現(xiàn)控制，同時檢測系統(tǒng)運行情況，一旦發(fā)生錯誤，通過對IO管理，就可以封閉主控制器的控制信號，從而達到保護系統(tǒng)的作用。這可以保證科研者在建立模型時，即使發(fā)生錯誤控制，也可以保證設備不受損壞。這樣可以保證科研者不用顧慮錯誤而導致設備損壞。

配合監(jiān)控軟件，可以直觀設備查看運行參數(shù)。

本身就可以實現(xiàn)算法控制，用于對比仿真效果

2.3 電機回饋負載變流柜

1、可提供直流輸出和交流輸入兩種方式，交流輸入：380V電網(wǎng)，直流輸入：電壓500V。

2、PWM變換器可以運行，可以根據(jù)需要工作在整流狀態(tài)或逆變狀態(tài)，能量可以雙向流動，定子側電流和網(wǎng)側電流的大小和功率因數(shù)都是可調的，整個雙PWM變換器可以工作在狀態(tài)。

3、在具體運行中，兩個PWM變換器各司其職，根據(jù)控制算法的不同其功能略有不同。無論哪種算法，定子PWM變換器一般是采用轉子磁鏈定向，控制PMSG的定子電流呈正弦波形實現(xiàn)轉速和功率因數(shù)調節(jié)；并網(wǎng)PWM變換器采用電網(wǎng)電壓矢量定向，將直流電逆變?yōu)榱己玫恼也ㄐ螌崿F(xiàn)并網(wǎng)和有功/無功解耦。

4、通過人機界面或者外部通訊可控制變流器進行轉矩控制和速度控制，從而模擬負載端電機的運行狀態(tài)。

5、具備19寸觸控一體機，運行研旭電機負載模擬監(jiān)控系統(tǒng)，具備功能：驅動電機轉速/轉矩控制、加載電機轉速/轉矩控制的功率控制、轉速、轉矩、功率數(shù)據(jù)和曲線顯示、實驗數(shù)據(jù)存儲。

6、變流柜功率5kw，配備工頻變壓器。

電機負載模擬監(jiān)控系統(tǒng)

實現(xiàn)功能如下：

a.驅動電機轉速/轉矩控制；

b.加載電機轉速/轉矩控制的功率控制；

c.轉速、轉矩、功率數(shù)據(jù)和曲線顯示；

d.實驗數(shù)據(jù)存儲。

監(jiān)控區(qū)

軟件監(jiān)控區(qū)的數(shù)據(jù)來源主要有變頻器、扭矩傳感器采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

變頻器數(shù)據(jù)

1)輸出電壓：變頻器交流輸出電壓

2)輸出電流：變頻器交流輸出電流

3)有功功率：變頻器輸出的交流電功率

4)實際轉速：絕對值編碼器經(jīng)變頻器模塊采集計算后的電機轉速

5)當前扭矩：變頻器估算的扭矩

6)電機頻率：變頻器計算的當前頻率

7）轉速：扭矩傳感器采集系統(tǒng)計算后的轉速。

8）扭矩：扭矩傳感器采集系統(tǒng)計算后的扭矩。

3.4 快速原型控制器——YXSPACE

研旭公司推出的YXSPACE產品系列，能夠將用戶設計的圖形化的高級語言編寫的控制算法（Simulink）轉換成DIDO、AIAO量，完成實際硬件控制。其基本控制框圖如下所示：

控制算法模型一般采用Matlab中的Simulink工具搭建，將模型中的接口與硬件驅動接口綁定后，再結合TI公司的CCS編譯工具產生可執(zhí)行文件，下載至YXSPACE控制器中運行。

研旭YXSPACE-VIEW2000軟件主要用于配置YXSPACE控制器工作模式，同時可以實時監(jiān)測控制過程中的各類運行量，包括采集量、中間控制變量等。YXSPACE-VIEW2000包括了6類組態(tài)控件，分別為遙控控件、遙信控件、遙調控件、遙測控件、示波器控件以及文字編輯控件等。用戶可以借助這些控件，直觀、方便的搭建監(jiān)控界面，監(jiān)控控制器內部運行的詳細信息。