2250kW高壓大功率轉子調(diào)速控制與故障診斷技術研究及應用.pdf

1、大多數(shù)風機、水泵需要根據(jù)生產(chǎn)工況對流量進行調(diào)節(jié)，目前此類大功率拖動設備大多采用風門、擋板的方式進行調(diào)節(jié)，這種方式結構簡單，但是調(diào)節(jié)效果不佳，同時造成了巨大的能量浪費。積極探索與推廣大功率風機、水泵的節(jié)能與高性能的調(diào)速技術具有重要意義。
　　論文提出了一種針對高壓大功率轉子繞線電機的轉子斬波調(diào)速系統(tǒng)，在電機的轉子側采用調(diào)整主回路中升壓斬波占空比的方法來進行調(diào)速。論文分析了轉子斬波調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理，建立了動態(tài)數(shù)學模型;針對系統(tǒng)非線性

2、問題采用基于Laguerre函數(shù)序列的非線性系統(tǒng)的預測控制;針對強噪音干擾的電流信號采用混合濾波算法進行預處理;針對交錯并聯(lián)斬波主回路的開路故障問題采用基于確定學習理論的動態(tài)模式快速故障診斷方法;實際系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)。論文主要研究內(nèi)容及研究成果如下:
　　1.分析了轉子斬波調(diào)速的原理、建立了轉子斬波調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學模型，得到調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結構圖。動態(tài)系統(tǒng)模型的建立，為控制提供了理論基礎。
　　2.為了改善繞線轉子異步電動機轉子

3、斬波調(diào)速系統(tǒng)的性能，以適應大功率風機在不同工況時對速度控制的需求，引入了基于Laguerre函數(shù)的自適應預測控制策略。提出了多步預測、多步控制的全量式控制算法和增量式控制算法。將Laguerre函數(shù)模型與Volterra泛函級數(shù)相結合，推導了N階Laguerre函數(shù)序列表達的非線性系統(tǒng)的近似模型，把基于線性Laguerre函數(shù)模型的預測控制策略拓展到非線性控制領域，并且改進了參數(shù)辨識算法，推導了基于Laguerre函數(shù)序列的非線性預測控

4、制律。仿真結果表明該控制策略降低了轉子斬波調(diào)速系統(tǒng)的超調(diào)量，使得整個調(diào)速過程平穩(wěn)且迅速，有效改善了動態(tài)系統(tǒng)的瞬態(tài)響應和穩(wěn)態(tài)響應性能。
　　3.建立了多相升壓斬波電路的動態(tài)控制模型，分析了多相升壓斬波電路正常狀態(tài)及開路故障狀態(tài)下的總輸入電流紋波的特征及斜率變化規(guī)律，為后續(xù)的故障診斷提供了理論基礎。
　　4.針對由嚴重的電磁干擾造成的電流信號包含較多的沖擊噪音和高斯噪音的問題，提出了基于中值濾波與平均濾波相結合的混合數(shù)字濾波器的

5、方法，能有效濾除原始信號中的沖擊和高斯噪音，為后續(xù)的信號處理提供了先決條件。
　　5.針對基于單電流信號的多相交錯并聯(lián)升壓斬波轉換器的某相開路故障難以在線診斷的問題，本文研究了基于確定學習理論的動態(tài)模式快速識別方法，實現(xiàn)了利用總輸入電流信號對多相升壓斬波轉換器的開路故障作出快速診斷。運用確定學習理論，可以提取多相升壓斬波電路的開路信號的動態(tài)信息，所提取的動態(tài)信息以常值神經(jīng)網(wǎng)絡權值的方式存儲，運用這些動態(tài)信息構造動態(tài)估計器，并采用動

6、態(tài)模式快速識別方法對系統(tǒng)進行故障診斷。仿真及實驗結果表明了采用確定學習的故障跟蹤及診斷方法對多相交錯并聯(lián)升壓斬波器的開路故障診斷是迅速有效的。
　　6.多相交錯并聯(lián)升壓斬波變換器需要的驅(qū)動信號是多路且相移均分的IGBT驅(qū)動信號。針對控制器PLC高速數(shù)字輸出口不足的問題，設計了脈沖分配適配器，采用晶振分頻結合串聯(lián)移位寄存器的方法對單路高速PWM信號進行等分移相及分發(fā)，并利用光纖傳送IGBT驅(qū)動信號，滿足了升壓斬波變換器的驅(qū)動要求，增

7、強了IGBT驅(qū)動的抗干擾能力，從而提高了調(diào)速系統(tǒng)的電路穩(wěn)定性。
　　7.針對PLC對高壓大電流IGBT驅(qū)動故障信號處理速度慢的問題，設計了ns級處理速度的光纖故障信號判別電路，能對多路IGBT光纖故障信號進行并行高速判別，發(fā)現(xiàn)故障后可立即關閉IGBT驅(qū)動信號，有效解決了PLC故障信號處理速度慢的問題，降低了大功率IGBT損壞概率。
　　8.針對大功率直流母排雜散電感過大的問題，利用有限元軟件仿真分析了疊層母排的層間距、布局等