专利名称：智能双控斩波式中压电动机调速装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及交流电动机调速控制技术领域，特别涉及一种智能双控斩波式 中压电动机调速装置。
背景技术：
中高压电动机广泛使用于风机和水泵的拖动，若能利用调速来实现风量和水压 调节，则可以节约大量的电能，所以市场对性能优良、成本适中的中髙压调速系统
的需求非常旺盛。以DSP、单片机等为代表的数字控制芯片的普及应用和中、高档 PLC控制系统的的深入开发应用以及模糊逻辑智能控制策略的日益完善，为中压交 流异步电动机调速的数字化智能化控制打下了基础。
在交流电动机调速控制系统中，現有大功率^200KW)中压(3 IOKV)交流异步 电动机调速系统主要分为定子侧变频调速和转子侧串级调速两大类，它们各自都存 在不足之处。
定子侧变频调速在电动机定子侧接中压变频器，通过改变定子电压和频率来调 节转速。中压变频器容量大，为电动机额定功率iV的1.2倍左右，变换电压高，需 要许多电力电子器件串联，系统庞大、复杂、价高，可靠性受影响。
在传统的转子侧串级调速系统中，电动机转子侧接不可控整流器及晶闸管逆变 器，通过改变逆变器触发移相角来改变转子电压，实現调速。转子电压低(一般 〈IOOOV),加之风机和泵类负载要求调速范围小(一般40 50%),调速系统低压(〈500V) 变换电能，且容量小(0.4 0.5 PN ),避免了中压调速的困难。它的主要缺点是， 逆变器的移相控制导致运行功率因数低，谐波大。
近年来开发出斩波式串级调速系统，电机转子侧也是接不可控整流器及晶闸管 逆变器，但在整流器和逆变器之间加入一级升压斩波器，工作时晶闸管逆变器的触 发移相超前角固定在最小值(3(T左右)不变，直流逆变电压固定，通过改变斩波器 的占空比来改变转子电压，实现调速。和传统串级调速相比，斩波式串级调速以较 小功率的低压控制设备调节全功率中压电机转速，功率因数提高，谐波减小。如果电机负载为风机和泵类之二次型负载，逆变器容量还可进一步减至(0.2 0.3PN ), 但是，通过使用发現，現有的斩波式串级调速系统仍然存在两个问题
在电网故障，供电电压突然大幅度降低或消失時，晶闸管逆变器将逆变颠覆， 损坏设备；
在转速闭环控制中，升压斩波器的控制由速度外环和电流内环两部分构成，由 于升压斩波器控制特性的非线性，使得电流内环的响应在不同转速下不同，电流调 节器参数调整很困难。
为了克服串级调速上述的缺陷，新一代的转子变频调速系统采用电流峰值两点 式的限流控制脉冲，控制升压斩波器的开关管，根据调速的要求调节占空比，从而 改变直流逆变电压，克服升压斩波器控制特性的非线性的问题；利用绝缘门基晶体 管的关断能力，在晶闸管逆变器逆变颠覆时切断其直流主电路，实現了逆变颠覆保 护，解决現有系统存在的晶闸管逆变器在电网故障時损坏设备的问题。最近为了彻 底消除逆变颠覆问题，在上述新一代转子变频调速系统基础上，提出了一种不产生 逆变颠覆的IGBT逆变器中压电动机斩波式双PLC数字调速系统。
通过用户的实际使用，有用户希望IGBT逆变器中压电动机斩波式双PLC数 字调速系统具有更强大的的功能，具体是
1当数字调速系统发生故障时，电动机仍能调速运行，而不是只能切换到全速
运行；
2电动机从起动到调速或从调速到全速，或是故障切换均能无扰动地进行， 而不是出现短暂的电动机速度波动过程；
3调速控制系统硬件结构更简单、性能更可靠、维护更方便。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种在全速与调速的双向切换时实现无扰动，在数字 调速系统故障时仍可调速，同时结构简单、性能可靠、操作维护方便的智能双控斩 波式中压电动机调速装置。
本实用新型的智能双控斩波式中压电动机调速装置，包括电动机系统和调速系 统，所述调速系统包括依次连接的不可控整流器、过压保护控制器、升压斩波器、 逆变器和逆变变压器，所述逆变器采用全可控绝缘门双极开关管IGBT，在所述不可 控整流器和升压斩波器之间接有第一电流电压采集系统，所述第一电流电压采集系 统的输出和所述过压保护控制器连接第一可编程控制器以及与其连接的第一内环电流控制器，所述第一可编程控制器以及与其连接的第一内环电流控制器的PWM输 出连接所述升压斩波器的输入端，在所述升压斩波器和逆变器之间接有第二电流电 压采集系统，所述第二电流电压采集系统的输出连接第二可编程控制器以及与其连 接的第二内环电流控制器，所述第二可编程控制器以及与其连接的第二内环电流控 制器的PWM输出连接所述逆变器的输入，所述第二可编程控制器以及与其相连的内 环电流控制器实施对所述逆变器的内环电流进行控制，所述第二可编程控制器实施 对所述逆变器的电压进行控制，所述第一可编程控制器连接所述调速系统中的过流 过压过热检测，以及连接所述电动机系统和调速系统，所述第一可编程控制器和第 二可编程控制器互联；所述第一可编程控制器以及与其相连的第一内环电流控制器 实施对所述升压斩波器的内环电流进行控制，所述第一可编程控制器实施对所述调 速系统的外环速度控制，同时实施对所述调速系统和电动机系统的程序控制以及对 所述的可调水阻器控制，其中第一可编程控制器和第二可编程控制器用于
(1) 调速系统开机上电后，对自身进行初始化，使控制系统处于准备工作状
态；
(2) 读入系统参数；
(3) 触摸屏显示开始工作，用户输入操作信息，如工艺类型、工艺参数等， 决定逆变电压给定值；
(4) 由可调水电阻启动器FR进行启动电机；
(5) 电动机启动未转换至调速前，斩波器BC脉宽跟踪实际转速，以实现全速 至调速的无扰动切换；
(6) 检测电机转数达到额定值否，如果未达到，则返回步骤(5);
(7) 从第一电流电压采集系统(UIM1)获取信号来判断检测调速系统是否处 于正常工作状态，如果不正常，进入步骤(13);
(8) IGBT逆变器(Tl)投入工作，为升压斩波器(BC)建立直流母线电压；
(9) 当电动机速度上升到调速预置值时，则调速系统无扰动地由水阻启动器 (FR)切换到数字调速系统，升压斩波器(BC)的脉宽给定切换至预置值；
(10) 在进入调速状态后，内环电流控制和外环速度控制系统工作，采用电流 环和速度环的双闭环反馈控制系统和模糊PID的控制算法，保持电动机的速度恒定 和有良好的动、静态品质；(11) 在调速过程中，第一可编程控制器(PLC1)同时对水阻器的阻值进行控 制，使之实时跟踪当前的调速值；
(12) 从第二电流电压采集系统(UIM2)获取信号检测逆变回路是否存在过流、 过压等故障，若无则跳至步骤(10);
(13) 系统保护，转入可调水阻器的调速状态。 本实用新型的智能双控斩波式中压电动机调速装置，所述第一可编程控制器存
储有输入输出子程序，通过触摸屏可实现人机交互，进行工艺参数的设定、控制器 类型选择、工艺参数的保存和修改若干操作的输入输出子程序。
本实用新型的智能双控斩波式中压电动机调速装置，所述第一可编程控制器存 储有处理所述调速系统过流、过压、过热和缺相故障，以及所述电动机系统及环境 配套设备故障的报警子程序。
本实用新型的智能双控斩波式中压电动机调速装置，所述第二可编程控制器设 置有RS232/RS485通信接口、 CAN现场总线、IP接口，并存储有远程通讯管理子程 序，通过RS232/RS485通信接口和/或CAN现场总线和/或IP接口与监控中心计算 机实施远程通讯，所述监控中心计算机直接对所述调速系统的状态进行远程监控。
本实用新型的智能双控斩波式中压电动机调速装置，所述的中压电动机起动 时，所述升压斩波器的脉宽跟随电动机速度变化，在所述调速系统投入运行后，所 述可调水阻器的阻值跟随电动机速度变化。
本实用新型的智能双控斩波式中压电动机调速装置，所述调速系统发生故障 时，立即进行故障保护，电动机系统由所述调速系统切换到所述可调水阻器，维持 调速运行。
本实用新型的智能双控斩波式中压电动机调速装置，所述IGBT逆变器替换为 SCR逆变器。
本实用新型的智能双控斩波式中压电动机调速装置，所述系统外环电压控制可 采用模糊控制、PID控制和自调整参数模糊PID控制器。
本实用新型的智能双控斩波式中压电动机调速装置，所述的内环电流控制中， 逆变器的控制脉冲信号的产生选用一片FPGA来实现，其包括数模转换器，减计 数器，线性运算放大器,其中FPGA部分连接可编程控制器，数模转换器部分连 接第一电流电压采集系统的输出，其一路输出连接到另一个可编程控制器，另一路输出连接到斩波器或逆变器。
本实用新型的智能双控斩波式中压电动机调速装置，所述的可编程控制器芯片 釆用SIMATIC S7-200或SIMATIC S7-300系列芯片。
本实用新型提供的智能双控斩波式中压电动机调速装置，其有益的技术效果 是在保留现有的和最新的IGBT逆变器中压电动机斩波式双DSP数字调速系统全部 优点的同时，采用中高档PLC取代DSP,使系统硬件结构大为简化，维护十分方便, 可靠性大大提高，同时为用户自行拓展系统功能提供了可能性。由于采用可调水阻 器，水阻器的调节与斩波器的电压调节同步，使得调速器的投入和切除均为无扰动, 并在调速器故障时也能实现电动机变转子电阻调速。
下面将结合实施例参照附图进行详细说明，以对本实用新型的目的、特征和优 点有深入的理解。
图1是本实用新型智能双控斩波式中压电动机调速装置的电路图一(用于中压
普通绕线式异步电动机)；
图2是本实用新型调速系统中IGBT逆变器的主电路图3是本实用新型调速系统中数字化智能控制系统硬件的两层结构图4是本实用新型调速系统中IGBT逆变器电流电压环控制器的结构图5是本实用新型调速系统中IGBT逆变器双闭环控制的原理图6是本实用新型调速系统中IGBT逆变器的主程序流程图7是本实用新型调速系统IGBT逆变器外环电压的模糊PID控制原理图8是本实用新型调速系统IGBT逆变器外环电压的模糊PID控制程序流程图9是本实用新型IGBT逆变器中压电动机斩波式双DSP数字调速系统电路图
二 (用于中压内反馈绕线式异步电动机)；
图10是本实用新型IGBT逆变器中压电动机斩波式双DSP数字调速系统电路图
三(用于中压绕笼式无刷双馈电动机)；
图11是本实用新型IGBT逆变器中压电动机斩波式双DSP数字调速系统电路图
四(用于中压绕笼型内反馈无刷电动机)。
具体实施方式
本实用新型智能双控斩波式中压电动机调速装置，参照图1, MD为电动机系统，包括电动机M及其可调水阻器FR、控制开关和配电等附属设备。调速系统FC包括 采用IGBT逆变器的斩波式调速主电路和双PLC的数字智能控制部分。在主电路中， 调速系统FC中的不可控整流器DR通过电机的电刷和滑环接转子绕组(正常工作時 KM1、 KM2断开，KM3闭合)，IGBT逆变器TI通过变压器TAW接电网。调速系统FC 中的BC为升压斩波器(由电感LS、 二极管SD、场效应管CS、电容C、快速二极管 BOD和可控硅SCR组成)，FR为可调水阻器，KMl、 KM2和KM3为三相接触器。快速 二极管BOD和可控硅晶闸管SCR为转子回路过电压保护环节。数字控制部分包括两 个可编程控制器PLC (Programmable Logic Controller)、两个内环电流控制器， 其中第一内环电流控制器NFC1和第二内环电流控制器NFC2，由D/A转换和现场可 编程门阵列FPGA (Field Programmable Gate Array)组成。
在不可控整流器DR和升压斩波器BC之间接有第一电流电压采集系统UIM1,第 一电流电压采集系统uim的输出和所述过压保护控制器BOD连接第一可编程控制 器PLC1以及与其连接的第一内环电流控制器NFC1,第一可编程控制器PLC1以及与 其连接的第一内环电流控制器NFC1的PWM输出连接所述斩波器BC的输入端，在所 述升压斩波器BC和逆变器Tl之间接有第二电流电压采集系统UIM2,第二电流电压 釆集系统UIM2的输出连接第二可编程控制器PLC2以及与其连接的第二内环电流控 制器NFC2实施对逆变器Tl的内环电流进行控制，第二可编程控制器PLC2以及与 其连接的第二内环电流控制器NFC2的PWM输出连接逆变器T1的输入，第二可编程 控制器PLC2以及与其相连的内环电流控制器NFC2实施对逆变器Tl的内环电流进 行控制，第二可编程控制器PLC2实施对逆变器T1的电压进行控制，第一可编程控 制器PLC1连接调速系统FC中的过流过压过热检测，以及连接电动机系统MD和调 速系统FC，第一可编程控制器PLC1和第二可编程控制器PLC2互联；第一可编程控 制器PLC1以及与其相连的第一内环电流控制器NFC1实施对所述升压斩波器BC的 内环电流进行控制，第一可编程控制器PLC1实施对调速系统FC的外环速度控制， 同时实施对调速系统FC和电动机系统MD的程序控制，第二可编程控制器以及与其 相连的内环电流控制器NFC2实施对逆变器T1的内环电流进行控制，同时实施对逆 变器的电压进行控制。
第一可编程控制器PLC1设有输入输出子程序模块和进行工艺参数的显示设定、 控制器类型选择的人机交互界面触摸屏。第一可编程控制PLC1设有处理调速系统FC过流、过压、过热和缺相故障以及 电动机系统MD及环境配套设备故障的报警子程序模块。
第二可编程控制器PLC2设置有RS232/RS485通信接口 、 CAN现场总线、IP接 口，并存储有远程通讯管理子程序，通过RS232/RS485通信接口和或CAN现场总线 和或IP接口与监控中心计算机实施远程通信，监控中心计算机直接对调速系统FC 的状态进行远程监控。
在本实用新型中，采用IGBT逆变器取代可控硅晶闸管逆变器，第二内环电流 控制器NFC2中FPGA的结构主要分为三部分可配置逻辑块CLB(Configurable Logic Blocks)、可编程I/0模块和可编程内部连线。FPGA时钟频率高，内部时延 小；全部控制逻辑由硬件完成，速度快，效率高；组成形式灵活，可集成外围控制、 译码和接口电路。本IGBT逆变器采用双闭环控制，即电流内环和电压外环。其中 电流内环是通过控制逆变器T1的六个IGBT占空比来实现的，它对控制电路的速度 和可靠性要求都较高。此外，逆变器开关管开通也都要求控制电路有良好的抗干扰 能力。因此本调速系统的低层控制电路选择高速的FPGA电路来加以实现。FPGA 可采用该领域领先的Xilinx公司的系列产品，如XC3000、 XC4000到Spartan-II E 和VirtexII Pro等，FPGA可根据控制功能的要求现场编程将逻辑阵列连接起来， FPGA所包含的逻辑阵列规模可灵活选择。
参照照图1， PLC1及与其连接的第一内环电流控制器NFC1的PWM输出连接所 述斩波器的输入端，第二电流电压釆集系统的输出连接PLC2以及与其连接的第二 内环电流控制器NFC2， NFC2的PWM输出连接IGBT逆变器的输入，PLC1还连接调速 系统中的过流过压过热检测，以及连接电动机系统和调速系统，实施对调速系统和 电动机系统的程序控制以及对可调水阻器实施控制。
可编程控制器是一种能直接应用于工业环境的数字电子装置，是一种以微处理 器为基础，结合计算机技术、自动控制技术和通信技术，用面向控制过程、面向用 户的"自然语言"编程的工业控制装置，它可靠性高、操作方便、使用简单，采用 PLC取代DSP或单片机，可大大简化硬件结构、提高可靠性，使操作更简单方便， 在调速过程中需要实施电动机速度调节，保持逆变器输出电压不变，并有过压过流 故障保护和报警，这些场合对控制策略和控制算法要求较高，故采用德国西门子公 司的中高档的SIMATIC S7-200或SIMATIC S7-300系列的PLC,它提供了多种性能递增的CPU和丰富的且带有许多方便功能的1/0扩展模块，可以进行复杂的数学运 算，内有8路PID运算模块，有多个最髙30KHz速率的高速计数器输入端口，两个 最高30KHz速率的PWM脉冲输出端口，因此，为简化电路，也可利用该输出端口直 接控制IGBT的输入。利用SIMATIC S7系列的优异性能配合巧妙编程可实施对系统 故障的有效保护和报警。
参照图2，三相逆变器采用全可控开关管IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), IGBT为绝缘门双极晶体管，由于在转子侧进行低压调速，对开关器 件的耐压要求低，可采用价格低品种规格齐全的开关器件。
参照图3，在本实用新型中，数字化智能控制系统硬件为两层结构，上层为PLC, 下层主要由FPGA和D/A高速电路组成。PLC主要完成外环电压控制，为FPGA内环 电流控制提供给定值数据。由FPGA直接向IGBT斩波器和IGBT逆变器的IGBT门极 提供触发脉冲。FPGA时钟频率搞，内部时延小；全部控制逻辑由硬件完成，速度快， 效率高；组成形式灵活，可集成外围控制、译码和接口电路。因此系统的低层控制 电路选择告诉的FPGA电路来加以实现。
参照图4，图4是内环电流控制器的具体电路示意图，在内环电流控制中，逆 变IGBT的控制脉沖信号的产生选用适当规模的一片F P G A来实现。其中D/A为 数模转换器，MC为减计数器，DA1、 DA2为线性运算放大器。其中FPGA 部分连接PLC, A/D部分连接UIM1的输出，其一路输出连接到另一个PLC， 另一路输出连接到斩波器(BC)(或逆变器T1)。
参照图1及图3,第二电流电压采集系统UIM2中用莱姆传感器采集逆变器电 流Io和采集逆变器电压U。，上述信号通过运算放大器DA1、 DA2、模数转换器A/D 转换成数字量的信号C/;、 ，并送到第二可编程控制器PLC2;第二可编程控制 器为FPGA提供时钟，由第二可编程控制器PLC2根据模糊PID的控制算法得到所 需逆变器IGBT控制信号，送至FPGA的脉冲发生器FF，；由PLC提供逆变器的最 小开通时间ton和最小关断时间toff,通过脉冲发生器产生与这两个时间相对应的脉 冲，并与正常的脉冲信号进行逻辑运算，从而获得逆变器开关管IGBT的PWM控 制信号，根据运行状况调节占空比，以保持逆变器输出电压U。的恒定，满足升压 斩波器的要求。在调速过程中，逆变器回馈电功率。当逆变回路发生过电流时,FPGA 向斩波侧PLC1送出故障脉冲。参照图5，在IGBT逆变器双闭环控制原理中，内环为电流控制，外环为电压 控制，均由第二可编程控制器PLC2采用模糊PID控制算法实现。其中，模糊PID 控制算法预先存储在第二可编程控制器PLC2中，控制过程的步骤如下(1)由给 定电压与检测的反馈电压比较，得到电压偏差。(2) AVR为自动电压调节器，采用 模糊PID控制算法，使逆变器输出电压稳定在所需的给定值，并送出逆变电流给定 值到ACR。 (3) ACR为自动电流调节器，采用模糊PID控制算法，输出逆变器的 控制脉冲。(4)由FPGA输出PWM信号，控制逆变器的开关IGBT，以保证在各 种运行状态下逆变电流的稳定。(5)三相逆变器TI，通过逆变变压器TAW向电网 回馈电功率。
参照图6，智能双控斩波式中压电动机调速装置的实施中，第一可编程控制器 PLC1通过第一内环电流控制器NFC1实施对IGBT斩波器BC控制，通过PLC1实施对 电动机速度的控制，同时控制可调水阻器，使可调水阻器的电阻(对应于速度)设 定值同步跟踪电动机当前速度，工作步骤详细说明如下
(1) 调速系统开机上电后，可编程控制器PLC1、 PLC2启动初始化对自身进行 初始化，使控制系统处于准备工作状态；
(2) 调参数输入子程序；
(3) 触摸屏显示开始工作，用户输入操作信息，如工艺类型、工艺参数等， 决定逆变电压给定值；
(4) 由可调水电阻启动器FR进行启动电机；
(5) 电动机启动未转换至调速前，斩波器BC脉宽跟踪实际转速，以实现全速 至调速的无扰动切换；
(6) 检测电机转数达到额定值否，如果未达到，则返回步骤(5);
(7) 从第一电流电压采集系统UIM1获取信号来判断检测调速系统是否处于正 常工作状态，如果不正常，进入步骤(13);
(8) IGBT逆变器Tl投入工作，为升压斩波器BC建立直流母线电压；
(9) 当电动机速度上升到调速预置值时，则调速系统无扰动地由水阻启动器 FR切换到数字调速系统，升压斩波器BC的脉宽给定切换至预置值；
(10) 在进入调速状态后，内环电流控制和外环速度控制系统工作，采用电流 环和速度环的双闭环反馈控制系统和模糊PID的控制算法，保持电动机的速度恒定和有良好的动、静态品质；
(11) 在调速过程中，第一可编程控制器PLC1同时对水阻器的阻值进行控制， 使之实时跟踪当前的调速值；
(12) 从第二电流电压采集系统UIM2获取信号检测逆变回路是否存在过流、 过压等故障，若无则跳至步骤(10);
(13) 系统保护，转入可调水阻器的调速状态(由于水阻器的阻值等价于切换 前的速度值，故能实施由数字调速无扰动地切换到水阻器调速)。
参照图7和图8,在本实用新型IGBT逆变器中压电动机斩波式双PLC数字调 速系统的实施例中，系统外环电压控制可采用模糊控制、PID控制和自调整参数模 糊PID控制器。模糊PID控制器是将动态响应特性好的模糊控制与稳态响应特性好 的PID控制相结合，可以充分发挥各自的优势。利用Fuzzy参数优化技术，对PID 控制器的比例增益kp、积分时间常数ki和微分时间常数kd进行在线调整，从而实 现运行过程的最佳控制。以自调整参数模糊PID控制水泵上的应用为例，说明了本 调速系统控制原理及软件流程。通过触摸屏可以输入工艺参数和选择模糊PID控制 器，通过传感器测得逆变器的实际电压和电流，与给定值比较得到它们的误差，并 计算误差的微分。这里主要利用模糊控制器来在线调整PID的参数，可充分发挥模 糊控制和PID控制各自的优势。
在本系统的参数输入输出，同样通过触摸屏实现人机交互，进行参数的设定、 保存和修改，逆变器的参量也可在触摸屏上显示，信息的交互是通过第一可编程控 制器PLC1和第二可编程控制器PLC2进行的。
适合于本实用新型用调速系统的驱动电动机有四类中压普通绕线式异步电动 机(图1)、中压内反馈绕线式异步电动机(图9)、中压绕笼式无刷双馈电动机(图 10)和中压绕笼型内反馈无刷电动机(图ll)。
权利要求1.智能双控斩波式中压电动机调速装置，包括电动机系统(MD)和调速系统(FC)，所述调速系统(FC)包括依次连接的不可控整流器(DR)、过压保护控制器(BOD)、升压斩波器(BC)、逆变器(T1)和逆变变压器(TAW)，其特征在于所述逆变器(TI)采用全可控绝缘门双极开关管IGBT，在所述不可控整流器(DR)和升压斩波器(BC)之间接有第一电流电压采集系统(UIM1)，所述第一电流电压采集系统(UIM1)的输出和所述过压保护控制器(BOD)连接第一可编程控制器(PLC1)以及与其连接的第一内环电流控制器(NFC1)，所述第一可编程控制器(PLC1)以及与其连接的第一内环电流控制器(NFC1)的PWM输出连接所述升压斩波器(BC)的输入端，在所述升压斩波器(BC)和逆变器(T1)之间接有第二电流电压采集系统(UIM2)，所述第二电流电压采集系统(UIM2)的输出连接第二可编程控制器(PLC2)以及与其连接的第二内环电流控制器(NFC2)，所述第二可编程控制器(PLC2)以及与其连接的第二内环电流控制器(NFC2)的PWM输出连接所述逆变器(T1)的输入，所述第二可编程控制器(PLC2)以及与其相连的内环电流控制器(NFC2)实施对所述逆变器(T1)的内环电流进行控制，所述第二可编程控制器(PLC2)实施对所述逆变器(T1)的电压进行控制，所述第一可编程控制器(PLC1)连接所述调速系统(FC)中的过流过压过热检测，以及连接所述电动机系统(MD)和调速系统(FC)，所述第一可编程控制器(PLC1)和第二可编程控制器(PLC2)互联；所述第一可编程控制器(PLC1)以及与其相连的第一内环电流控制器(NFC1)实施对所述升压斩波器(BC)的内环电流进行控制，所述第一可编程控制器(PLC1)实施对所述调速系统(FC)的外环速度控制，同时实施对所述调速系统(FC)和电动机系统(MD)的程序控制以及对所述的可调水阻器(FR)控制，其中第一可编程控制器(PLC1)和第二可编程控制器(PLC2)用于(1)调速系统开机上电后，对自身进行初始化，使控制系统处于准备工作状态；(2)读入系统参数；(3)触摸屏显示开始工作，用户输入操作信息，如工艺类型、工艺参数等，决定逆变电压给定值；(4)由可调水电阻启动器FR进行启动电机；(5)电动机启动未转换至调速前，斩波器BC脉宽跟踪实际转速，以实现全速至调速的无扰动切换；(6)检测电机转数达到额定值否，如果未达到，则返回步骤(5)；(7)从第一电流电压采集系统(UIM1)获取信号来判断检测调速系统是否处于正常工作状态，如果不正常，进入步骤(13)；(8)IGBT逆变器(T1)投入工作，为升压斩波器(BC)建立直流母线电压；(9)当电动机速度上升到调速预置值时，则调速系统无扰动地由水阻启动器(FR)切换到数字调速系统，升压斩波器(BC)的脉宽给定切换至预置值；(10)在进入调速状态后，内环电流控制和外环速度控制系统工作，采用电流环和速度环的双闭环反馈控制系统和模糊PID的控制算法，保持电动机的速度恒定和有良好的动、静态品质；(11)在调速过程中，第一可编程控制器(PLC1)同时对水阻器的阻值进行控制，使之实时跟踪当前的调速值；(12)从第二电流电压采集系统(UIM2)获取信号检测逆变回路是否存在过流、过压等故障，若无则跳至步骤(10)；(13)系统保护，转入可调水阻器的调速状态。
2、 据权利要求1所述的智能双控斩波式中压电动机调速装置，其特征在于 所述第一可编程控制器(PLC1)存储有输入输出子程序，通过触摸屏可实现人机交 互，进行工艺参数的设定、控制器类型选择、工艺参数的保存和修改若干操作的输 入输出子程序。
3、 根据权利要求2所述的智能双控斩波式中压电动机调速装置，其特征在于 所述第一可编程控制器(PLC1)存储有处理所述调速系统(FC)过流、过压、过热 和缺相故障，以及所述电动机系统(MD)及环境配套设备故障的报警子程序。
4、 根据权利要求3所述的智能双控斩波式中压电动机调速装置，其特征在于 所述第二可编程控制器(PLC2)设置有RS232/RS485通信接口、 CAN现场总线、IP 接口，并存储有远程通讯管理子程序，通过RS232/RS485通信接口和/或CAN现场 总线和/或IP接口与监控中心计算机实施远程通讯，所述监控中心计算机直接对所 述调速系统(FC)的状态进行远程监控。
5、 根据权利要求4所述的智能双控斩波式中压电动机调速装置，其特征在于 所述的中压电动机起动时，所述升压斩波器(BC)的脉宽跟随电动机速度变化，在 所述调速系统(FC)投入运行后，所述可调水阻器(FR)的阻值跟随电动机速度变化。
6、 根据权利要求5所述的智能双控斩波式中压电动机调速装置，其特征在于所述调速系统(FC)发生故障时，立即进行故障保护，电动机系统(MD)由所述调 速系统(FC)切换到所述可调水阻器(FR)，维持调速运行。
7、 根据权利要求6所述的智能双控斩波式中压电动机调速装置，其特征在于 所述IGBT逆变器(TI)替换为SCR逆变器。
8、 根据权利要求7所述的智能双控斩波式中压电动机调速装置，其特征在于 所述系统外环电压控制可采用模糊控制、PID控制和自调整参数模糊PID控制器。
9、 根据权利要求8所述的智能双控斩波式中压电动机调速装置，其特征在于 所述的内环电流控制中，逆变器(IGBT)的控制脉冲信号的产生选用一片FPGA 来实现，其包括数模转换器(A/D),减计数器(MC)，线性运算放大器(DA1、 D A 2 ),其中F P G A部分连接可编程控制器(PLC),数模转换器(A/D )部 分连接第一电流电压采集系统(UIM1)的输出，其一路输出连接到另一个可编程控 制器(PLC),另一路输出连接到斩波器(BC)(或逆变器T1)。
10、 根据权利要求9所述的智能双控斩波式中压电动机调速装置，其特征在于: 所述的可编程控制器(PLC)芯片采用SIMATIC S7-200或SIMATIC S7-300系列 芯片。
专利摘要智能双控斩波式中压电动机调速装置，包括不可控整流器、升压斩波器和IGBT逆变器，通过两个内环电流控制器分别对升压斩波器、IGBT逆变器进行控制，通过两个PLC对调速系统的外环速度和逆变器的外环电压进行控制，并实施对调速系统和电动机系统的程序控制。本系统适用于普通绕线异步电动机、内反馈绕线异步电动机、绕笼式无刷双馈电动机和绕笼型内反馈无刷电动机，彻底解决了电网故障导致逆变颠覆而损坏设备的问题，具有多种性能递增全速至调速或调速至全速均实施无扰动切换；在调速系统故障时电动机仍能调速运行。系统可靠性高，控制误差小，使用简单方便，具有良好的人机界面，灵活的通讯手段，可实现远程监控和管理，数字化程度高且成本低廉、节能环保。
文档编号H02P1/00GK201222718SQ20082010830
公开日2009年4月15日 申请日期2008年6月3日 优先权日2008年6月3日
发明者梁慧冰, 马小亮 申请人:广东华拿东方能源有限公司