基于开关磁阻电机的调速型阀门电动装置设计

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当前,我国核电建设已经呈现出加快发展的态势,管道阀门的应用日益广泛,相应的对核电站阀门电动装置的安全性和稳定性也有了较高要求。由于核电厂1E级阀门电动装置以进口为主,国内相关企业产品设计能力与国外厂家存在较大差距,相应的核电站阀门电动装置还不能实现国产化。因此研发结构简单、工作可靠以及具备故障保护等功能的智能型阀门电动装置具有十分重要的意义。本文设计的阀门电动装置控制系统选取开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor)作为执行电机,以DSP+CPLD芯片作为控制芯片,保证系统的安全可靠和控制精度。最终实验结果表明,该电动装置控制系统在实现基本功能的同时,可以安全可靠稳定运行。本文主要内容如下:  (1)根据项目具体考核指标,结合开关磁阻电机的特点,确定了以SRM为执行电机的阀门电动装置的方案,对SRM的基本原理、数学模型及其控制方式进行理论分析,给出了主控制系统的整体方案。  (2)针对阀门电动装置控制系统整体设计方案,对其中硬件部分进行了设计,主要有控制器设计、通讯电路设计、功率拓扑电路设计、检测电路设计、保护电路设计、辅助电源电路设计、交流母线整流电路设计等。在硬件电路完成的基础上,对主控制器中CPLD和DSP进行了软件开发。CPLD主要有位置信号综合、电流斩波延时给定、控制信号选择、电机驱动保护等相应程序组成。DSP主要有系统初始化、上位机通讯、捕获中断服务、转速计算等相应程序设计。  (3)对开关磁阻电机的无传感器位置检测进行了研究,分析了高频脉冲注入,电感位置分区的基本原理,给出了电机静止和低速运行时的位置区间判断方法,针对电机不同转速提出了可变阈值的控制方法。最后,分析了无传感器位置检测的误差来源,并对本文的控制方法进行了部分实验验证。  (4)在实验室环境下,搭建了阀门电动装置的测试平台,对本文设计的阀门电动装置进行了相应测试与分析。测试结果表明,该控制系统能够较好的满足项目考核各项技术指标,具有实际生产意义。
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