2250kW高壓大功率轉(zhuǎn)子調(diào)速控制與故障診斷技術(shù)研究及應(yīng)用.pdf

1、大多數(shù)風(fēng)機(jī)、水泵需要根據(jù)生產(chǎn)工況對(duì)流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，目前此類大功率拖動(dòng)設(shè)備大多采用風(fēng)門、擋板的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是調(diào)節(jié)效果不佳，同時(shí)造成了巨大的能量浪費(fèi)。積極探索與推廣大功率風(fēng)機(jī)、水泵的節(jié)能與高性能的調(diào)速技術(shù)具有重要意義。
　　論文提出了一種針對(duì)高壓大功率轉(zhuǎn)子繞線電機(jī)的轉(zhuǎn)子斬波調(diào)速系統(tǒng)，在電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)采用調(diào)整主回路中升壓斬波占空比的方法來(lái)進(jìn)行調(diào)速。論文分析了轉(zhuǎn)子斬波調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理，建立了動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型;針對(duì)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(yù)測(cè)控制;針對(duì)強(qiáng)噪音干擾的電流信號(hào)采用混合濾波算法進(jìn)行預(yù)處理;針對(duì)交錯(cuò)并聯(lián)斬波主回路的開路故障問題采用基于確定學(xué)習(xí)理論的動(dòng)態(tài)模式快速故障診斷方法;實(shí)際系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。論文主要研究?jī)?nèi)容及研究成果如下:
　　1.分析了轉(zhuǎn)子斬波調(diào)速的原理、建立了轉(zhuǎn)子斬波調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，得到調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型的建立，為控制提供了理論基礎(chǔ)。
　　2.為了改善繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子

3、斬波調(diào)速系統(tǒng)的性能，以適應(yīng)大功率風(fēng)機(jī)在不同工況時(shí)對(duì)速度控制的需求，引入了基于Laguerre函數(shù)的自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制策略。提出了多步預(yù)測(cè)、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(jí)數(shù)相結(jié)合，推導(dǎo)了N階Laguerre函數(shù)序列表達(dá)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(yù)測(cè)控制策略拓展到非線性控制領(lǐng)域，并且改進(jìn)了參數(shù)辨識(shí)算法，推導(dǎo)了基于Laguerre函數(shù)序列的非線性預(yù)測(cè)控

4、制律。仿真結(jié)果表明該控制策略降低了轉(zhuǎn)子斬波調(diào)速系統(tǒng)的超調(diào)量，使得整個(gè)調(diào)速過(guò)程平穩(wěn)且迅速，有效改善了動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)性能。
　　3.建立了多相升壓斬波電路的動(dòng)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(chǔ)。
　　4.針對(duì)由嚴(yán)重的電磁干擾造成的電流信號(hào)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(jié)合的混合數(shù)字濾波器的

5、方法，能有效濾除原始信號(hào)中的沖擊和高斯噪音，為后續(xù)的信號(hào)處理提供了先決條件。
　　5.針對(duì)基于單電流信號(hào)的多相交錯(cuò)并聯(lián)升壓斬波轉(zhuǎn)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(xué)習(xí)理論的動(dòng)態(tài)模式快速識(shí)別方法，實(shí)現(xiàn)了利用總輸入電流信號(hào)對(duì)多相升壓斬波轉(zhuǎn)換器的開路故障作出快速診斷。運(yùn)用確定學(xué)習(xí)理論，可以提取多相升壓斬波電路的開路信號(hào)的動(dòng)態(tài)信息，所提取的動(dòng)態(tài)信息以常值神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值的方式存儲(chǔ)，運(yùn)用這些動(dòng)態(tài)信息構(gòu)造動(dòng)態(tài)估計(jì)器，并采用動(dòng)

6、態(tài)模式快速識(shí)別方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷。仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了采用確定學(xué)習(xí)的故障跟蹤及診斷方法對(duì)多相交錯(cuò)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(cuò)并聯(lián)升壓斬波變換器需要的驅(qū)動(dòng)信號(hào)是多路且相移均分的IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)。針對(duì)控制器PLC高速數(shù)字輸出口不足的問題，設(shè)計(jì)了脈沖分配適配器，采用晶振分頻結(jié)合串聯(lián)移位寄存器的方法對(duì)單路高速PWM信號(hào)進(jìn)行等分移相及分發(fā)，并利用光纖傳送IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)，滿足了升壓斬波變換器的驅(qū)動(dòng)要求，增

7、強(qiáng)了IGBT驅(qū)動(dòng)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(duì)PLC對(duì)高壓大電流IGBT驅(qū)動(dòng)故障信號(hào)處理速度慢的問題，設(shè)計(jì)了ns級(jí)處理速度的光纖故障信號(hào)判別電路，能對(duì)多路IGBT光纖故障信號(hào)進(jìn)行并行高速判別，發(fā)現(xiàn)故障后可立即關(guān)閉IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)，有效解決了PLC故障信號(hào)處理速度慢的問題，降低了大功率IGBT損壞概率。
　　8.針對(duì)大功率直流母排雜散電感過(guò)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