【正文】 模塊EVA、EVB）。（8）TMS320F2812 DSP芯片具有豐富的中斷及外圍接口。此外，其還具有工作方式靈活，保密性好的特征。 電動輪自卸車傳動系統(tǒng)比較分析 自卸車交一交傳動系統(tǒng)與交一直傳動系統(tǒng)的比較電傳動礦用車按其電力性質(zhì)分為三種:首先是采用直流發(fā)電機(jī)驅(qū)動直流電動機(jī)，簡稱直一直方式，早期的電傳動方式主要采用該方式，現(xiàn)已淘汰。第三種就是交流發(fā)電機(jī)，交流電動機(jī)，簡稱為交一交方式。直流電機(jī)是系統(tǒng)主要的控制對象，如車輛在牽引工況下，控制其作直流電動機(jī)方式運(yùn)行，且確保車輛有適當(dāng)?shù)臓恳?。由于直流電動機(jī)具有電刷與換向器，因而必須對其經(jīng)常進(jìn)行維修檢查，加之電動機(jī)受安裝環(huán)境的限制，還特別存在以下問題:直流電機(jī)的最大單機(jī)容量相對于交流電機(jī)小得多。轉(zhuǎn)速在極大程度上受到制約。另外，礦用車的使用環(huán)境較為惡劣，而換向問題是直流電機(jī)的主要弱點(diǎn)，其單機(jī)容量、超載能力、最高轉(zhuǎn)速和電壓等重要指針都受到換向和由它引起的機(jī)械強(qiáng)度等問題的限制，時常出現(xiàn)電機(jī)拉弧甚至環(huán)火障礙。隨著礦用車向大型化發(fā)展，輪電機(jī)又面臨熱負(fù)荷的問題，由于電動輪裝于車輪的中心，留給電機(jī)的空間有限，直流電機(jī)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上自卸車噸位的增長要求。交流變頻調(diào)速系統(tǒng)中控制對象通常為交流異步電動機(jī)。同時，若控制適當(dāng)，使用了交流變頻調(diào)速裝置后的電動輪自卸車應(yīng)該更具有優(yōu)越性能[7]:①可以使大功率的異步電動機(jī)驅(qū)動電動輪實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，且節(jié)電效果較好。③啟動平滑，能消除機(jī)械的沖擊力。由于交流變頻調(diào)速技術(shù)具有上述特點(diǎn)，因此開始取代直流調(diào)速裝置，成為電動輪自卸車傳動控制的發(fā)展方向。但是，相對于直流電機(jī)而言，交流感應(yīng)電動機(jī)的控制要復(fù)雜的多。(2)電動輪自卸車交流傳動裝置的組成如圖2. 1所示，大型電動輪自卸車傳動裝置的整體結(jié)構(gòu)中包含的主要部分有:柴油動力源，同步發(fā)電機(jī)組，三相全橋和逆變電路，以及異步電動機(jī)與電動輪組合機(jī)組。 大功率同步發(fā)電機(jī)組 三相全橋 不可控整 流器與三相全橋逆變器傳動裝置控制機(jī)構(gòu)異步電動機(jī)與電動輪組合機(jī)組康明斯柴油動力機(jī)組 電動輪自卸車交流傳動裝置的組成結(jié)構(gòu)圖(3)交流傳動策略比較①變壓變頻標(biāo)量控制技術(shù)早期的異步電機(jī)變壓變頻的基本控制方式是采用恒壓頻比控制(V/F控制)[9]。在基頻以上則用恒壓升頻控制，相當(dāng)于直流電動機(jī)的弱磁控制。尤其在低速時由于定子電阻壓降和逆變器互鎖時間的影響加劇，使得控制性能更差，并可能產(chǎn)生振蕩和不穩(wěn)定現(xiàn)象。0 fmin frate frequencyVrate VminVoltage rate VVVF標(biāo)量控制原理圖②矢量控制技術(shù)如果能使控制感應(yīng)電動機(jī)像直流電動機(jī)控制轉(zhuǎn)矩電流和勵磁電流那樣，那么就可以很好的控制其轉(zhuǎn)矩[10]。向量控制實(shí)現(xiàn)的基本原理是通過測量和控制異步電動機(jī)定子電流向量，根據(jù)磁場定向原理分別對異步電動機(jī)的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制異步電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。簡單的說，向量控制就是將磁鏈與轉(zhuǎn)矩解耦，然后分別設(shè)計兩者的調(diào)節(jié)器，以實(shí)現(xiàn)對交流電機(jī)的高性能調(diào)速。它是在1985年由德國學(xué)者首次提出的，隨后日本學(xué)者I, Takahashi也提出了類似的控制方案。 () 式()中代表電磁轉(zhuǎn)矩，和分別代表定子磁鏈向量和轉(zhuǎn)子磁鏈量，為以上各式中各種電感合成的結(jié)果，表示定子磁鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈空間電角度。在動態(tài)控制中，只要控制的響應(yīng)時間比轉(zhuǎn)子時間常數(shù)快得多，那么在短暫的過程當(dāng)中，就可以認(rèn)為轉(zhuǎn)子磁鏈向量是不變的，進(jìn)而只要保持定子磁鏈向量的幅值不變，通過改變，就可以迅速地改變和控制電磁轉(zhuǎn)矩，這就是感應(yīng)電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的實(shí)質(zhì)。但對于兩者的優(yōu)缺點(diǎn)以及應(yīng)用的局限性目前還有許多不同的認(rèn)識，現(xiàn)將二者在控制性能上的比較總結(jié)歸納如下[12]： 向量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制的性能比較控制性能 向量控制(VC) 直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC) 動態(tài)響應(yīng) 好 好轉(zhuǎn)矩脈動 小 大平均轉(zhuǎn)矩可控性 可控 不可控 電流可控性 可控 不可控電流諧波 中等 多固定的開關(guān)頻率 有 無磁鏈控制效果 好 低速差調(diào)速范圍 寬 寬 參數(shù)敏感性 中等 低速敏感 通過對VVVF控制技術(shù)，向量控制技術(shù)和直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的模擬分析，可以知道相對于VVVF控制技術(shù)而言，向量控制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對轉(zhuǎn)矩的單獨(dú)控制，并且相對于直接轉(zhuǎn)矩控制而言，該技術(shù)還能使控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩輸出脈動較小。第三章 系統(tǒng)構(gòu)成 系統(tǒng)組成，電動輪自卸車傳動控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主要：有DSP數(shù)字調(diào)節(jié)控制電路，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的接收、處理和控制量的輸出。輸入的數(shù)據(jù)采用向量控制算法由DSP的CPU運(yùn)算處理后，在其六個PWM口得到可用于電初控制的PWM脈沖信號。主電路，包含三相全橋整流電路、IGBT逆變電路和制動電路。電壓、電流傳感和采樣調(diào)理電路，負(fù)責(zé)將系統(tǒng)中的電壓和電流信號處理成為能被DSP所接受的電壓信號(0～+3V)。DSP數(shù)字控制電路PWM脈沖驅(qū)動及系統(tǒng)保護(hù)電路三相橋式整流和IGBT逆變電路M光電編碼器速度檢測電路控制量給定電路電壓和電流采樣電路 電動輪自卸車矢量控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)主電路組成，系統(tǒng)的主電路結(jié)構(gòu)主要有：三相全橋不可控整流電路，其功能是將三相交流（220V/50Hz）整成直流輸出。IGBT逆變電路，其功能是將直流逆變成電壓和頻率都可調(diào)的三相交流，達(dá)到對原三相交流電源頻率的改變。保護(hù)電路，其中包括電源和整流電路之間的短路、過載和漏電保護(hù)以及逆變電路和三相交流電動機(jī)之間的過載保護(hù)。三相交流電源（220V/50Hz）短路、過載和漏電保護(hù)三相不可控整流電路電壓和電流檢測IGB逆變電路及保護(hù)電路過載保護(hù)三相交流異步電動機(jī)測速電機(jī) 控制系統(tǒng)主電路框圖 系統(tǒng)控制電路組成。輸出有經(jīng)光電隔離及電平轉(zhuǎn)換后的28路開關(guān)量和2路PWM方式的模擬量輸出模塊?？刂破髟O(shè)有2個RS485串行通訊口，可保證它與上位機(jī)（故障診斷機(jī)）進(jìn)行可靠通信。電動輪自卸車的硬件控制系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成，分別是DSP及外圍模塊（電源模塊、模擬量采集模塊、開關(guān)量輸入輸出模塊和同步信號處理模塊）。作為DSP的工作電源；20MHz的外部頻率經(jīng)PLL倍頻后為100MHz和150MHz作為DSP的工作頻率。模擬量采集模塊主要是讀入外部的電壓電流模擬量，然后再轉(zhuǎn)換為基準(zhǔn)電壓，輸入DSP。同步信號模塊主要是檢測發(fā)電機(jī)發(fā)出的三次諧波頻率，實(shí)現(xiàn)PWM波輸出與工作電壓同步。TPS2PI3AO1DO28AO2TMS320F2812電源管理模塊日歷時鐘電路帶掉電保護(hù)FMRAM兩路RS485A同步信號處理模擬量輸入模塊模擬量輸出模塊開關(guān)量輸入模塊開關(guān)量輸出模塊脈沖計數(shù)模塊DI1DI2DO2DO1TPS1PI2PI1DI34AI14AI2AI1 控制器硬件系統(tǒng)方框圖第四章 系統(tǒng)主電路設(shè)計 系統(tǒng)主電路的工作原理，主要包含:三相橋式不可控整流電路、制動電路和IGBT全橋逆變電路。TAX，如TA1，表示霍爾電流傳感器；PVX，如PV1，表示模擬電壓表裝置。QF為快速熔斷器；KM1為交流接觸器的常開觸點(diǎn)；FR為熱繼電器；H1為白熾燈。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個部分組成。系統(tǒng)首先將市電(220V/50Hz)通過三相不可控整流電路整流后，得到220V=；再通過電阻和電容組成的濾波網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行濾波，除去整流不徹底帶來的諧波，從而得到更加好的直流，避免諧波對后面電路的影響；然后將無諧波或諧波盡量少的直流通過三相IGBT逆變，其中通過主控器TMS320F2812 DSP所構(gòu)成的控制電路來控制IGBT的控制角的大小，從而來控制輸出的電壓，最后將其提供給電動機(jī)使用。而檢測電路有整流后的電壓和電流檢測，使用并聯(lián)的電壓傳感器TV1和串聯(lián)的霍爾電流傳感器TA4以及模擬電壓表PV1和模擬電流表PA4進(jìn)行檢測和測量都反饋給主控制器DSP進(jìn)行控制，以達(dá)到閉環(huán)控制；其中還有白熾燈顯示其是否在工作；逆變后使用TATA2和TA3的電流傳感器分別對其每相進(jìn)行電流檢測，同時使用電壓傳感器TV2和TV3并聯(lián)三相中的任意兩相進(jìn)行電壓檢測都反饋到DSP進(jìn)行控制，達(dá)到電壓電流的閉環(huán)控制，其中也包括模擬電壓電流表進(jìn)行測量和顯示；電動機(jī)的測速檢測，使用測速發(fā)電機(jī)TG對三相異步電動機(jī)的速度進(jìn)行檢測，將其檢測值反饋給DSP進(jìn)行控制，達(dá)到轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制。則熔體額定電流可用下式（）選擇： （）式中：為可能使用的最大整流電流；是與整流電路的形式及導(dǎo)電情況有關(guān)的系數(shù)，而對于保護(hù)三相全波硅整流元件。因此硅整流元件或晶閘管的反向峰值電壓必須大于此電壓值才能安全工作，即由下式（）可知： ()式中：是硅整流元件或晶閘管的反向峰值電壓；是快速熔斷器額定電壓；是安全系數(shù)，～[14]。（2）交流接觸器，其中KM為交流接觸器的主觸點(diǎn)，根據(jù)以下基本原則來選取接觸器：①接觸器的額定電壓應(yīng)大于或等于負(fù)載額定電壓。③接觸器主、輔觸點(diǎn)數(shù)應(yīng)能滿足被控電路的需要。（3）熱繼電器，其中FR為熱繼電器，選用時熱繼電器的額定電流原則上應(yīng)按電動機(jī)的額定電流選擇。而電動機(jī)的額定電流為217A,涌過比較系統(tǒng)中采用貝恩斯特電氣公司的LR2D3363C型號，該器件正常工作的環(huán)境溫度25～+55℃工作極限的環(huán)境溫度40～+70℃額定絕緣電壓690V。高標(biāo)準(zhǔn)符合IEC6094741,可以在濕熱的環(huán)境中使用。適合于電動機(jī)的過載，缺相保護(hù)?？捎糜跍y量直流、交流及脈沖電流，原、副邊之間高度絕緣。該型號電流傳感器適用AC，DC，脈沖等復(fù)雜電流信號的隔離轉(zhuǎn)換，廣泛應(yīng)用于變頻器，UPS，伺服控制等系統(tǒng)電流信號的采集和反饋控制，響應(yīng)時間快，抗干擾能力強(qiáng)。正確選擇電動機(jī)功率的原則，應(yīng)當(dāng)是在電動機(jī)能夠勝任生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載要求的前提下，最經(jīng)濟(jì)最合理地決定電動機(jī)功率。選擇電動機(jī)功率時，除考慮發(fā)熱外，有時還要考慮電動機(jī)的過載能力是否足夠，因?yàn)楦鞣N電動機(jī)的短時過載能力都是有限的。對于異步電動機(jī)，取決于,其關(guān)系為 =(～)～—考慮電網(wǎng)電壓下降引起及下降的系數(shù)。一般Z2型與Z型直流電動機(jī)，在額定磁通下，可選為 =～2 （）對于專為起重機(jī)、軋鋼機(jī)、冶金輔助機(jī)械等設(shè)計的ZZ型和ZZY型電動機(jī)，以及同步電動機(jī)，為 =～3 （）當(dāng)過載校驗(yàn)不能通過時，則另選過載能力較大的電動機(jī)或選功率較大的電動機(jī)，來滿足過載條件的要求。（7）測速電機(jī)，TG為測速電機(jī)，系統(tǒng)采用杰韋弗公司的永久勵磁型的測速電機(jī)TYP型號，該測速電機(jī)符合IEC國際標(biāo)準(zhǔn)，并且簡單可靠。（8）整流電路，其中VD1～VD6為六個二極管組成了三相全橋不可控整流電路。正向峰值電壓。( 9) IGBT全橋逆變電路，V1～V6為六個IGBT組成的全橋結(jié)構(gòu)為系統(tǒng)中使用的電壓源逆變器。 ( 10) IGBT驅(qū)動電路本裝置中選擇Concept公司的2sd315A芯片作為IGBT的驅(qū)動器件。因此，1個2sd315芯片完全可以用來作為上下橋臂中1對IGBT的驅(qū)動。②該驅(qū)動模塊的接口非常簡單，能處理所有從5V～，它對輸入端信號無特殊的邊沿陡度要求，而且狀態(tài)回饋輸出端設(shè)計為集電極開路，因此，該電路可以適應(yīng)任何電平邏輯。負(fù)偏置的使用使得電路的抗干擾能力大大增強(qiáng)，這樣就很容易實(shí)現(xiàn)IGBT模塊的并聯(lián)。⑤過流保護(hù)能準(zhǔn)確無誤的動作，且簡單易調(diào)，同時具有欠壓保護(hù)功能，并采取與過流保護(hù)同樣的措施。隨之而來的制動問題越來越受到人們的關(guān)注，在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，異步電機(jī)的減速或停止是通過逐漸降低變頻器的輸出頻率來實(shí)現(xiàn)的，隨著變頻器輸出頻率的降低，電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速降低，但是由于機(jī)械慣性的存在，電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不會突變。 變頻器再生運(yùn)行，當(dāng)其運(yùn)行在II , IV象限時，其轉(zhuǎn)矩方向與旋轉(zhuǎn)方向相反，為再生運(yùn)轉(zhuǎn)[17]。再生能耗制動單元配合制動電阻可以很好地實(shí)現(xiàn)對能量的消耗，達(dá)到變頻器制動的日的。 變頻器再生運(yùn)行狀態(tài) 能耗制動工作方式能耗制動是利用制動電阻將再生能量轉(zhuǎn)換為熱量消耗掉的制動方式，制動電阻連接在制動回