【正文】 ............................................................ 38 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ................................................................................................... 40 DSP 簡(jiǎn)介 ................................................................................................................ 40 程序模塊組成 ....................................................................................................... 42 4 變頻器的設(shè)計(jì)及原理 .......................................................................................................... 49 4. 1 元件參數(shù)計(jì)算及選擇 ................................................................................................. 49 4. 1. 1 原始參數(shù) ......................................................................................................... 49 4. 1. 2 主電路圖 ........................................................................................................... 49 4. 1. 3 開關(guān)器件的選擇 ............................................................................................. 49 4. 2 IGBT 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) ................................................................................................... 50 礦井提升機(jī)異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ........................................................... 51 轉(zhuǎn)子電流調(diào)節(jié)器 ACR 的設(shè)計(jì) ............................................................................... 51 磁鏈調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) ............................................................................................... 53 控制電路設(shè)計(jì) ............................................................................................................. 54 基于 DSP 處理器的控制電路圖 ........................................................................... 55 電信號(hào)檢測(cè)電路 ................................................................................................... 56 控制電源 ............................................................................................................... 58 結(jié) 論 ........................................................................................................................................ 60 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 61 致 謝 ........................................................................................................................................ 62 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 1 1 緒論 前言 礦 井提升機(jī)是煤礦的關(guān)鍵設(shè)備，它肩負(fù)著井上井下的物體運(yùn)輸?shù)闹厝?。副井提升?主要作用是沿井筒提升矸石、下放材料、升降人員或設(shè)備等。因此，要求礦井提升機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)具有安全可靠，運(yùn)行高效且定位準(zhǔn)確的能力。因此礦井提升機(jī)的電控系統(tǒng)的技術(shù)性能和可靠性直接影響煤礦的安全生產(chǎn) 。為確保提升機(jī)能夠達(dá)到高效、安全、可靠地連續(xù)工作，其必須具備良好的機(jī)械性能，良好的電氣控制設(shè)備和完善的保護(hù)裝置。 圖 11是礦井提升機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。 U * nMT1223圖 11 礦井提升機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 2 礦井提升的整個(gè)過程可以分為 5 個(gè)階段：加速階段、等速階段、減速階段、爬行階段、停車抱閘階段。根據(jù)礦井生產(chǎn)安全規(guī)程的要求，要限制提升過程的加速度以及爬行速度。其中圖 2（ b）為靜 負(fù)載力矩比較大的情況 。圖 （ d） 為下放重物的情況。 為滿足提升機(jī)速度圖的要求，提升機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)必須保證電動(dòng)機(jī)在 1:25的調(diào)速范圍內(nèi)有 %以上的特性硬度。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 及發(fā)展 礦井提升機(jī)對(duì)安全性、可靠性和調(diào)速性能的特殊要求，使得提升機(jī)電控系統(tǒng)的技術(shù)水平在一定程度上代表一個(gè)廠或國(guó)家的傳動(dòng)控制技術(shù)水平 ,因此世界各大公司紛紛將新的、成熟的技術(shù)應(yīng)用于提升機(jī)電控系統(tǒng)。 一 、國(guó)外礦井提升機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀 從 70年代開始，隨著微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)控制技術(shù)己逐步應(yīng)用于礦井提 升機(jī) 中。 其應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾方面 : 1) 提升工藝過程微機(jī)控制 在交流變頻裝置中，提升工藝過程大都采用微機(jī)控制。 2) 提升行程控制 提升機(jī)的控制從本質(zhì)上說是一個(gè)位置控制，要保證提升容器在預(yù)定地點(diǎn)準(zhǔn)確 停車，要求準(zhǔn)確度高，目前可達(dá)到 誤差 2cm左右 。在罐籠提升時(shí)可實(shí)現(xiàn)無爬行提升，大大提高了提升能力。除此之外還提供性能不盡相同的機(jī)械行程控制器。 3) 提升過程監(jiān)視 由于近代提升機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特別強(qiáng)調(diào)安全可靠性，所以提升過程監(jiān)視與安全回路一樣，是現(xiàn)代提升機(jī)控制的重要環(huán)節(jié)。b、各 主要設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視 。使各種故障在出現(xiàn)之前就得以處理，防止事故的發(fā)生，并對(duì)各被監(jiān)視參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)、保留或打印輸出。 4) 安全回路 安全回路是指提升機(jī)在出現(xiàn)機(jī)械、電氣故障時(shí)控制提升機(jī)進(jìn)入安全保護(hù)狀態(tài)極為重要的環(huán)節(jié)。安全回路極為重要，它是保護(hù)的最后環(huán)節(jié)之一，英、德幾家公司都采用兩臺(tái) PC微機(jī)構(gòu)成安全回路，安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 4 使安全回路具有完善的故障監(jiān)視功能，無論是提升機(jī)還是安全回路本身出項(xiàng) 故障時(shí)都能準(zhǔn)確地實(shí)施安全制動(dòng)。全數(shù)字化系統(tǒng)具有硬件結(jié)構(gòu)單一、參數(shù)穩(wěn)定且調(diào)整方便、可方便地與上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)。 二、國(guó)內(nèi)提升機(jī)應(yīng)用的現(xiàn)狀 由于種種原因，國(guó)內(nèi)提升機(jī)行程控制的水平還較低，對(duì)速度給定以時(shí)間給定和機(jī)械式行程給定為主，而以計(jì)算機(jī)為核心的礦井提升機(jī)行程監(jiān)控和保護(hù)的研究還 處于嘗試階段鬧。其中我國(guó)研究成功的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全數(shù)字化直流提升機(jī)，其核心部分 ASCS是由雙 CPU構(gòu)成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。由于采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，提升機(jī)的安全保護(hù)系統(tǒng)更為完善。在本系統(tǒng)中我們研制開發(fā)的多功能數(shù)字深度指 示器填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，達(dá)到同類產(chǎn)品同期國(guó)際上的先進(jìn)水平。 由于異步電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)特性曲線軟，在次同步狀態(tài)下無法產(chǎn)生有效的制動(dòng)力矩，因而難于準(zhǔn)確地控制提升機(jī)的停車位置。目前在用的動(dòng)力制動(dòng)及低頻電源大多為采用模擬技術(shù)控制的晶閘管裝置，仍存在調(diào)試?yán)щy、維護(hù)量大的問題。 1986年以來，針對(duì)制約提升安全的主要環(huán)節(jié)，陸續(xù)增設(shè)了經(jīng)常影響提升安全的深度指示器、自動(dòng)減速、限速等安全監(jiān)測(cè)及后備保護(hù)功能，初步實(shí)現(xiàn)了對(duì)提升容器的定點(diǎn)位置監(jiān)測(cè)及幾項(xiàng)重要安全保護(hù)的雙限制，使提升安全狀況有所改善。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 5 方案選擇 變頻電路方案選擇 目前應(yīng)用較多的變頻電路有：交交變頻電路、矩陣式變頻電路和交直交變頻電路。電路有 P 組和 N 組反并聯(lián)的晶閘管交流電路構(gòu)成，和直流電動(dòng)機(jī)可逆調(diào)速用的四象限變流電路相同。讓兩組變流器按一定的頻率 交替工作，負(fù)載就得到該頻率的交流電。改變交流電路工作時(shí)的控制角 ? ，就可以改變交流輸出電壓的幅值。如上圖所示，可以在半個(gè)周期內(nèi)讓正組變流器 p的 ? 角按一定的規(guī)律從 090 逐漸減小到 0o 或某個(gè)值，然后再逐漸增大到 090 。另外半個(gè)周期可對(duì)變流器 N進(jìn)行同樣的控制。缺點(diǎn)是：接線復(fù)雜，受電網(wǎng)頻率和交流脈沖數(shù)的限制，輸出頻率低，輸出功率因數(shù)低；輸入電流諧波大，頻譜復(fù)雜。這種電路也是一種直接變頻電路，電路使用全控型開關(guān)器件，控制方式不是傳統(tǒng)的相控方式，而是斬空方式。這些開關(guān)經(jīng) PWM 控制產(chǎn)生輸出基波電壓，并可以改變基 波電壓的幅值和頻率來控制一臺(tái)交流電機(jī)。 線路 LC 濾波器是必須的，一是為了完成交流開關(guān)的換相，使負(fù)載的感性電流可以在各相之間切換；二是為了濾掉線路電流的諧波。缺點(diǎn)：目前來看，矩陣式開關(guān)電路所用的開關(guān)器件為 18 個(gè)，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，控制方式還不成熟，電路的輸出輸入最大電壓比只有 電機(jī)調(diào)速是輸出電壓偏低。變頻器輸出的交流電的幅值和頻率均可調(diào)節(jié)。電路圖如圖 13 所示。整流電路的 作用是：將三相交流電整流成幅值可調(diào)的直流電 dU ，其中 dU 幅值的調(diào)節(jié)時(shí)通過調(diào)節(jié)晶閘管的控制角 ? 的大小來實(shí)現(xiàn)的， ? 角越小， dU 就越大，兩者的關(guān)系用公式可控整流電路接電感型負(fù)載： cosdUU ?? 。因?yàn)橹绷鳝h(huán)節(jié)中并接大電容，所以這種變頻器屬于電壓型。強(qiáng)迫換流電路由線路中電容和電感構(gòu)成，作用是：當(dāng)某個(gè)晶閘管需要關(guān)斷時(shí)，強(qiáng)迫換流電路會(huì)在此晶閘管兩端形成反壓，迫使其關(guān)斷。 圖 13 交直交變頻電路 簡(jiǎn)圖 交直交變頻電路具有以下特點(diǎn)： （ 1） 此電路采用電壓型變頻方式，這是變頻器中最常用的一種方式。 幅值的調(diào)節(jié)方法在整流環(huán)節(jié)中完成，通過調(diào)節(jié)整流管 1VT 6VT 控制角 ? 的大小來實(shí)現(xiàn)；頻率的調(diào)節(jié)方法在逆變環(huán)節(jié)中完成，通過調(diào)節(jié)逆變管 1VT 6VT 的觸發(fā)脈沖的頻率的大小來實(shí)現(xiàn)。可見，這種變頻器屬于PAM 型變頻器， PAM 方式的特點(diǎn)是：輸出電壓的幅值和頻率的調(diào)節(jié)在不同環(huán)節(jié)中完成。 電機(jī)拖動(dòng) 系統(tǒng) 方案 目前正在應(yīng)用的礦山電力拖動(dòng)系統(tǒng)方案 有 交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、晶閘管供電的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速、晶閘管交一交變頻同步電動(dòng)機(jī)矢量控制方案、交流電動(dòng)機(jī)雙 PWM交 直 交直接轉(zhuǎn)矩 控 制系統(tǒng)等 。 在加 速過 程中 ， 交流接觸器 KM1,KM2,KM3,KM4逐級(jí)吸合，轉(zhuǎn)子回路電阻依次減小，以保證加速力矩的平均值不變。為了解決減速段的負(fù)力要求，通常采用動(dòng)力制動(dòng)方案，即將定子側(cè)的高壓電源切除，施加直流電壓，或在定子繞組上施力 A1低 頻電源，讓電動(dòng)機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)。 2)觸點(diǎn)控制，大量使用大容量開關(guān)，系統(tǒng)維護(hù)工作量大，可靠性差 。 4)電機(jī)的機(jī)械特性偏軟，一般電阻上消耗的功率約為電動(dòng)機(jī)輸出功率的 2030%. K M 4K M 3K M 2K M 1R 1R 2R 3R 4T 圖 14 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速圖 雖然這種調(diào)速方案技術(shù)性能和運(yùn)行效率低， 但控 制方式簡(jiǎn)單、初期設(shè) 備 投資較低，許多中 小礦井 的提升機(jī)仍采用 這種 調(diào)速方 案。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 9 ? —— 磁通， Wb； dI —— 直流電動(dòng)機(jī)的電樞電流， A。二是改變勵(lì)磁電流fI的極性，稱為磁場(chǎng)換向方案。在使用時(shí)通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置 GT的控制電壓 cU 來移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，可改變平均整流電壓 dU ，從而實(shí)現(xiàn)平渭調(diào)速。 G TM=+V TU C+ 圖 15 VM可逆調(diào)速系統(tǒng) 這種拖動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)是調(diào)速性能好 (可實(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)速 )、運(yùn)行效率高 (變流器的效率可達(dá) % 以上 )。所以功率因數(shù)低、諧波電流大、會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成污染，影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量，干擾了其它設(shè)備的正常運(yùn)行。 3. 晶