煤矿电动机（精选5篇）
煤矿电动机 篇1
0 引言
随着计算机和电力电子技术的迅速发展,采用变频器控制的电动机调速系统逐渐代替了传统的电动机调速系统。基于电力电子技术的变频器调速控制系统具有快速、稳定的特点,在工业应用中得到了普及,成为主流的调速设备[1,2,3,4]。但是,变频器的主电路是由电力电子开关器件组成,当发生故障时很难在较短的时间内恢复正常运行,所以一旦故障就会导致电动机非正常运行,影响煤矿生产系统的正常运行。针对这一问题,本文设计了一种煤矿电动机应急调速系统。该系统由应急变频装置、PLC主控单元和切换装置等组成,PLC主控单元根据电动机和变频器的故障状态,采用模糊PID算法实时控制应急变频装置的输出[7,8],一旦应急变频装置的输出达到电动机运行条件,切换装置立即动作,从而实现应急变频装置对电动机的稳定控制。
1 系统结构及工作原理
煤矿电动机应急调速系统结构如图1所示,其中应急变频装置参数与原始变频器控制参数相同。PLC主控单元采集并处理电动机和原始变频器的运行信息,用于判断是否出现故障,一旦检测到原始变频器发生故障,即对切换装置和应急变频装置实施控制。切换装置根据PLC主控单元的信号,将应急变频装置与故障变频器进行切换。应急变频装置在PLC的指令下立即启动,并根据PLC的输入信号来控制输出频率,从而控制电动机转速。
煤矿电动机应急调速系统工作原理如图2所示。若电动机在原始变频器故障后处于转动状态,则切换系统中的锁相环同步控制器。当锁相环同步控制器检测到应急变频装置与电动机同频同相时,将应急变频装置与电动机的接触器闭合,从而实现应急变频装置对电动机转速的稳定控制;若电动机在原始变频器故障后处于停止状态,则采用应急变频装置重新启动电动机。
2 系统硬件设计
2.1 应急变频装置
应急变频装置为交-直-交结构,其电路结构如图3所示。该装置主要由主电路和控制电路组成,其中主电路包括整流器、直流侧滤波器、逆变器。整流器用于将三相交流信号转换成直流信号,直流侧滤波器用于吸收整流侧和逆变侧的脉动电压,逆变器则用于将直流信号转换成交流信号。控制电路由转速检测电路、运算电路、驱动电路和保护电路等组成。检测电路主要用于检测系统的电压、频率等信息。运算电路主要负责处理反馈信号,得到输出信号的参考值。驱动电路用于控制开关器件的通断。保护电路用于保护变频器和电动机。
2.2 PLC主控单元
PLC主控单元结构如图4所示[6]。
2.3 切换装置
用应急变频装置替代故障变频器控制电动机转速,需采用切换装置,其电路结构如图5所示。
3 系统软件设计
要使煤矿电动机应急调速系统快速、稳定地投入运行,应急变频装置必须具有较快的启动速度,以便及时代替原故障变频器。
3.1 主程序
煤矿电动机应急调速系统主程序流程如图6所示。当PLC主控单元检测到原变频器发生故障时,实时启动应急变频装置。应急变频装置导入原变频器的参数和工作频率参数,然后将模糊PID子程序导入其控制系统。
3.2 PLC主控单元切换程序
PLC主控单元切换程序流程如图7所示。首先判断原变频器故障后电动机是否停机,若电动机处于停机状态,则切换程序重新启动电动机;若电动机没有停机,在故障变频器停止工作后,延时2s,启动应急变频装置并封锁其输出,通过锁相环同步控制器检测应急变频装置相位和频率是否与电动机一致,一旦检测到同频同相,则切换程序通过控制接触开关控制电动机继续工作。
4 仿真验证
为验证煤矿电动机应急变频调速系统的快速响应能力,在Matlab/Simulink环境下建立系统模型,如图8所示。具体参数如下:额定功率PN=200kW,额定电压UN=380V,频率f=50 Hz,定子电感L=20mH,定子电阻R=0.03Ω,转子电感Lr=19mH,转子电阻Rr=0.026Ω,转动惯量J=2.56kg·m2,直流电压Udc=900 V,电磁常数T=0.016。
原变频器在0.5s时发生故障情况下的电动机输出电流i和转速n曲线如图9所示。从图9可看出,原变频器故障前,电动机的电流和转速都处于稳定运行状态;发生故障时,电动机电流降为0,转速也逐渐下降,直至电动机处于停机状态。
以图9所示的电动机停机状态为例,在该状态下投入应急变频装置后的电动机输出电流和转速曲线如图10所示。从图10可看出,应急变频装置开始时处于封锁状态,电动机处于停机状态,输出电流为0;0.5s时开始启动电动机并接入应急变频装置,电动机转速缓慢上升,直至达到额定转速;电动机输出电流由开始较大的启动电流过渡到稳定运行状态下的电流,说明煤矿电动机应急变频调速系统具有快速响应能力。
5 结语
介绍了一种煤矿电动机应急调速系统的整体设计,在Matlab/Simulink平台对系统可行性进行了验证。仿真结果表明,该系统在原始变频器故障的情况下,能够快速接入应急变频装置,具有较好的调速性能。
参考文献
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煤矿电动机 篇2
【关键词】地面运输环线；道口；封闭管理
孙疃煤矿地面运输环线道口较多，人员、机动车辆过往较为频繁，是事故的多发地点，也是安全管理的难点和重点，为实现地面运输环线封闭式管理，孙疃矿根据地面运输环线与机车行人道口交叉通行的需求，从实用性、可靠性、安全性出发，根据各个道口不同的通行状况，在地面运输道口共设计并安装7组电动封闭装置，其中2个道口为自动控制，其余为手动控制，手动控制方式通过控制箱按钮实现对电动封闭装置的启闭；自动控制方式通过自动控制箱，采集轨道与机车信号，通过PLC控制器，实现对道口的智能化管理。
下面重点介绍自动控制电动封闭装置的一些主要组成、工作原理、功能及应用效果。
一、系统组成
该自动控制系统主要由电动封闭装置、PLC控制器、轨道车辆地磁监测线圈（该线圈埋于轨面以下100MM左右）、红外传感监测装置、电动风螺警报器、红绿通行指示灯组成。
其中电动封闭装置主要由门扇部分、开门机组件、安全保护等部分组成。
（1）电动封闭装置设计参数
工作电压（V）/频率（HZ） 380V±10V 50HZ
门体单扇尺寸（高） 1500mm
每扇门电机功率（KW） 0.55
开门速度（m/min） 6m/min
（2）电动封闭装置设计说明
1、门扇部分
门扇部分主要由包括导向组件、门体、传动组件、预埋组件等。
导向轮采用55钢材质制造，材料进行调质处理，整体采用一体化设计。
门体材料主要采用特制型材，其中四周边框材料主要采用80*60*3，内部主要采用60*60*3。
传动组件主要由传动齿条组件和硅钢感应板组成。传动齿条组件采用55钢材质，材料进行调质处理，确保较强的耐磨性能。
根据门体大小，地轨采用8公斤轻轨。地轨支承于钢筋混凝土地轨预埋件上。预埋件间隔1米均布。
2、开门机组件
开门机组件主要包括驱动装置和控制器。
驱动装置主要采用意大利技术机电一体化电机，停电时可脱开离合器，实现手动开启门扇。
控制器也可采用单片机技术，具有过载过流延时保护功能。
3、安全部分
电动封闭装置设置机械限位及电子限位装置。
4、机械限位
电动门在门体启闭停止位置设置机械限位装置，在极限位置设置防撞块，确保电动门启闭到位无冲击。
5、电子限位
控制部分设置行程限位接近开关，保证门扇之间的相对位置。
二、工作原理
通过采集轨道电机车信号与道口机动车通道信号，通过中央处理器，实现对通道的自動化、智能化管理。既确保轨道交通的高效性，又确保机动车人行通道的安全。
自动控制系统主要包括PLC、传感器变送器、安全扫描仪、轨道车辆地磁监测线圈、声光报警器、自动控制箱等。
轨道内部设有轨道车辆地磁监测线圈，实现对电机车的检测及确认，通道道口设有全方位不间断安全扫描仪，实现对机动车车辆及行人的检测及确认。所有测得的信号数据经变送器传至自动控制箱。自动控制箱内的高品质CPU通过处理来自变送器信号，发出相应的动作指令。
电动门为常开方式，正常情况下，如果道口轨道40米内没有机车，封闭装置保持常开，汽车和行人可随意通行，同时轨道信号灯为红色。
如果轨道车辆地磁监测线圈检测到道口轨道两旁40米内有机车通行，在安全扫描仪检测通道无行人或车辆的前提下，通道指示灯转换为红色并发出“机车通行，注意避让”声音，提示可能快到道口的驾驶员，同时轨道两侧电动门自动关闭，电机车可安全通行，待机车驶离35秒后，轨道检测区域无电机车，电动封闭装置自动开启，通道指示灯转换为绿色，停止报警。
如果轨道车辆地磁监测线圈检测到道口轨道40米内有机车通行，同时此时安全扫描仪检测到交叉口通道内有汽车或行人，这时电动门不能关闭，道口两侧架线停电，轨道信号等为红色，并发出“有汽车通行，请稍候”的提示音。必须行人或汽车离开道口后，电动门才能关闭，实现安全闭锁功能。
取消自动控制功能，只需自动控制箱置于手动模式，通过K2控制箱，可实现人工手动控制功能。
三、主要功能
1、实现电动封闭门的自动打开和关闭；电动封闭门的开启和关闭设定时间为35秒。
2、实现人员、车辆与机车通行区域之间的闭锁：为了防止当人员或车辆进入道口区域时，机车也在轨道车辆地磁监测线圈或红外传感监测区域内，造成机车与人员、车辆发生碰撞事故，根据电动封闭装置的工作原理自行设计并安装了人员、车辆与机车通行区域之间的闭锁系统，该系统主要特点：
A：当红外线传感器监测到有人员或车辆比机车提前进入道口区域时，该道口架线自动断电，架线机车无法通过道口，实现了人员和车辆的安全通行。（该方案主要是参照井下架线自动停送电开关原理进行设计）
B：当红外线传感器监测到有人员或车辆比机车提前进入道口区域时，该道口电动封闭装置无法动作，实现了人员和车辆的安全通行。防止电动封闭装置动作挤伤人员或车辆撞坏电动封闭装置。
C：如发生以上2中特殊情况时，当人员和车辆安全通过时，触发红外传感监测装置进行解锁，使架线通电，机车通行。
四、结语
煤矿电动机 篇3
煤矿井下环境极端恶劣,阴暗潮湿,在设备运行过程中充满煤尘与各种冲击性振动,因此,电动机的故障特征难以提取。提取煤矿电动机故障特征的关键在于如何消除信号中的噪声,提高信号的信噪比。参考文献[1]将Kalman滤波应用到机械系统的故障诊断中,有效地消除了机械振动信号中的噪声,并检测出振动信号中的微弱信号特征。参考文献[2]将Kalman滤波应用于液压电动机的故障诊断中,取得了较好的效果。但是Kalman滤波需要确定并建立系统模型,模型的精确程度决定了Kalman滤波的效果。 经验模式 分解 (EmpiricalModeDecomposition,EMD)[3]滤波是一种基于信号自身特点的滤波方法,避免了系统模型的建立以及低通滤波器截止频率的选择。参考文献[4]将EMD滤波与分形维数相结合,对转子系统的不对中、碰磨等故障进行识别。参考文献[5]利用EMD滤波对低频振动信号进行自适应滤波。参考文献[6]将EMD滤波与数字滤波、Kalman滤波、小波滤波等方法进行了对比。本文将EMD滤波应用于煤矿电动机的振动分析,通过分析电动机故障特征频率的分布特征,并对电动机振动信号采取不同方式的EMD滤波,来去除信号中的噪声,提高信号的信噪比。
1EMD滤波方法
EMD滤波方法假设:任何一个信号都可以被分解为若干 个基本模 式分量 (IntrinsicModeFunction,IMF)与一个趋势项之和。基本模式分量必须满足以下2个条件:
(1)在信号中,极值点(包括极大值点和极小值点)的数量Ne与过零点的数量Nz必须相等,或最多相差一个,即
(2)在任一时间点上,信号局部极大值确定的上包络线fmax(t)和局部极 小值确定 的下包络 线fmin(t)的均值为零,即
式中:ta,tb分别为信号的时间范围的下限和上限。
EMD分解过程:1确定时间序列x(t)的所有局部极值点,然后将所有极大值点和所有极小值点分别用一条曲线连接起来,得到x(t)的上、下包络线,记上、下包络线的均值为m(t)。2用原始时间序列x(t)减去包络 线的均值m(t),令h1(t)=x(t)-m(t),检测h1(t)是否满足基本模式分量的2个条件。如果不满足,将h1(t)作为待处理数据,重复步骤(1),直至h1(t)是一个基本模式分量,记f1(t)=h1(t)。3用原始时 间序列x(t)分解出第1个基本模式分量f1(t)之后,用x(t)减去f1(t),得到剩余值序列x1(t)=x(t)-f1(t);将x1(t)当作一个新的“原始序列”,重复上述步骤,依次提取出第2、第3个IMF,直至第n个IMF;最后剩下原始信号的余项rn(t)。
EMD分解从滤波的角度看就是一个滤波的过程,输出的滤波信号为
式中:IMFj(t)为本征模式分量;l,h∈[1,N],N为本征模式分量个数。
式(3)中,根据l,h取值不同,可分别实现带通滤波、高通滤波和低通滤波。
2应用案例
以电动机联轴器不对 中故障为 例,说明EMD滤波方法在煤矿电动机故障诊断中的应用。某矿主斜井带式输送机进行在线监测与故障诊断系统调试与试运行期间(2013-06-04—08),发现3号电动机输出轴的振动比1号电动机输出轴的振动剧烈。该电动机的测点分布如图1所示。电动机振动幅值变化趋势如图2所示。从图2可以看出,1号电动机的振动相对比较平稳,3号电动机的振动幅值波动较大,且其幅值约为相邻电动机的2倍。为确定该电动机是否存在故障隐患以及存在何种故障隐患,对在线监测与故障诊断系统采集到的数据进行分析。电动机振动信号的时域波形及信号频谱分别如图3、图4所示。
从图3、图4可以看出,信号中设备有效信息被噪声淹没,所以需要对得到的信号进行降噪处理,下面采用EMD滤波方法对信号进行滤波处理。鉴于电动机故障特征频率都集中在低频段,因此,采用低通滤波的方式对信号进行滤波处理,滤波处理后得到的信号频谱如图5所示。
从滤波后的频谱可以看出,滤波以后信号的低频特征突显出来。在频谱中可以找到电动机的转频25.5Hz及其倍频成分,符合电动机联轴器不对中的频谱特征。因此,该电动机存在不对中故障特征。在当月的停产检修中,对该电动机的联轴器进行检查,发现联轴器磨损严重,从而导致不对中现象的出现。更换联轴器后,该电动机振动幅值恢复正常。
3结语
将EMD滤波方法用于煤矿电动机故障诊断,现场电动机振动信号分析结果表明,EMD滤波方法可以有效去除信号中的噪声,提高信号信噪比。同时,EMD滤波方法也可以作为处理煤矿电动机信号的预处理方法,用于提高信号处理速度和效率。
摘要：针对煤矿电动机信号故障特征难以提取的问题,提出将EMD滤波方法应用于煤矿电动机的振动信号分析,通过分析电动机故障特征频率的分布特征,采取不同的EMD滤波方法来去除振动信号中的噪声。现场应用结果表明,该方法可以有效降低噪声,提高信号的信噪比。
煤矿电动机 篇4
关键词：煤矿,提运,电动机,监测
一、前言
近年来, 我国煤炭行业安全生产形势逐年好转, 但事故总量和事故死亡率仍然很高, 煤矿安全生产形势依然严峻, 尤其是井下开采深度、强度的增加及开采主体的多元化增加了煤矿安全生产的事故隐患。井下电气设备种类繁多, 所起的作用各不相同, 提运系统作为井下运输设备、物料和人员的主要设备, 素有煤矿井下“咽喉”之称。井下提运系统的安全运行和科学有效管理直接关系到煤矿企业的生产能力及经济技术指标。电动机是煤矿井下提运系统的主要动力来源, 开展对提运系统用电动机监测系统研究对于保证煤矿安全生产和推动现代化矿井技术的实现具有重要理论和现实意义。
二、井下提运系统
煤矿立井提运系统用于矿井上下人员、材料、设备和煤炭的提升运输, 满足煤矿井下安全生产人员和物资的需要, 保证井下开采工作高效、稳定的进行。煤矿立井提升系统主要由电动机及其控制系统、提升容器、制动系统、提运钢丝绳、天轮和井塔等组成, 其中电动机及其控制系统为整个提升体统提供动力, 并对提运速度、高度等进行合理控制;提升容器分为箕斗和罐笼两种, 根据提运习惯和分工区别, 箕斗用于提升煤炭, 罐笼用于运输人员、材料和设备等;制动系统用于保证制动的平稳性和紧急制动时的可靠性。
三、电动机监测系统设计
电动机是整个立井提运系统的核心, 本文以数字信号处理器 (DSP) 和CAN总线技术为核心设计矿井提运系统电动机检测系统, 如图1所示。监测系统包括DSP最小系统、信号调理电路、高精度传感器、CAN通讯电路、上位机和电动机, 其中DSP最小系统用于接收、处理信号, 并将信号通过CAN通讯电路反馈给上位机;高精度传感器用于采集电动机的运行参数, 主要包括电压传感器、电流传感器、温度传感器、转矩传感器和速度传感器;信号调理电路用于将传感器输出的原始信号进行隔离、降幅转换成DSP可接收的信号;CAN通讯电路用于信号传输;电动机为本文的监测对象。监测系统工作过程:传感器的输出信号经过信号调理电路转换成处理器可接收的信号发送给DSP, DSP对信号进行分析处理后经过CAN通讯电路传递给上位机。 (图1)
3.1信号调理电路设计
DSP芯片输入信号引脚可直接接受电压信号的范围在0-3.3V, 传感器的输出信号幅值高于DSP接收的电压范围。传感器输出信号需要先经过以高线性模拟光电耦合器HCNR201为核心组成的信号隔离电路和电阻分压电路后转换成DSP可接收的信号, 再传送给DSP的输入引脚。HCNR201由三个光电元件组成, 具有线性误差低、带宽高和耐压能力强等特点, 广泛运用在数据通讯、变量检测和工业控制等场合。在DSP的输入端设置稳压电路, 限制芯片引脚的输入电压, 保证DSP的输入电压不超过3.3伏。
3.2 CAN通讯电路设计
现场总线技术是当今自动化领域研究的热点之一, 为分布式控制系统各个节点之间实时、可靠通讯提供强有力的技术支持。CAN是控制局域网络 (Control Area Network, CAN) 的简称, 是一种能够支持分布式控制或实时通讯的串行通讯总线。DSP内部已经集成支持CAN2.0通讯协议的CAN通信模块, 通讯电路设计时只需通过一个CAN收发器即可实现DSP与CAN通信网络的数据传送。CAN总线在数据传输时采用一种“载波监测, 多主掌控/冲突避免”的通信模式。该仲裁方式允许总线上任何一台设备都具有机会取得总线的控制权并向外发送数据。假设在同一时刻有2个或两个以上设备要求发送数据, 就会产生总线冲突, CAN总线能够实时检测这些冲突并进行仲裁, 从而使具有更高优先级的数据不受损坏的实时传输。
电路设计时为了避免单独设计电平转换电路, 简化监测系统硬件电路, 选用3.3V系列CAN收发器SN65HVD230实现数据在DSP和上位机之间的可靠双向传输, DSP与CAN总线接口电路如图2所示。。SN65HVD230支持传输速率高达1 Mbit/s的差分信令, 还可以兼容现有信令体系, 并且其输出转换时间是可以编程控制, 有助于提高抗电磁干扰能力。
四、结束语
煤矿立井提运系统的安全性是当今煤矿安全领域关注的热点之一, 电动机是煤矿立井提运系统的核心元件。本文设计煤矿立井提运系统用电动机监测系统, 重点对监测电动机运行状态的变量测量传感器输出信号调理电路和DSP与上位机之间的CAN通讯电路进行设计, 利用DSP和CAN通讯技术实现电动机运行状态信息的实时采集和数据传输, 为煤矿井下提运系统的安全性能研究奠定基础。
参考文献
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煤矿电动机 篇5
随着现代煤矿高效率、高安全性、高产值的要求,国家对煤矿井下辅助运输的要求也越来越高,小绞车、柴油机车等有轨运输方式已经逐渐显示出效率低、污染大、占用人员多等劣势。目前,国内相关科研制造单位和一些先进的大型煤矿进行合作,通过引进国外先进技术和设备,已经研制出符合我国煤矿实际的生产环境和设备所需的无轨辅助运输设备,如防爆柴油无轨胶轮车、蓄电池矿用无轨胶轮车,基本可以满足煤矿井下辅助运输的规范和要求,但性能还不够稳定,不能完全取代进口产品。为克服有轨胶轮车和防爆柴油机车的缺点,本文把电动汽车的概念引入煤矿井下无轨胶轮车中,以充分发挥其节能、低污染、机动灵活、安全高效等优势。电动汽车非常适合煤矿井下材料、设备、人员的辅助运输,特别是在整体运送和安装支架过程中,更凸显出其优越性[1],也是各大科研单位研究的重点。
现在,无轨胶轮电动车驱动系统中的防爆异步电动机、防爆电池组在技术上相对成熟,关键问题是控制器的设计。控制器主要使用防爆设计,控制方法上采用矢量控制技术,具有高效、高可靠性的特点。本文基于三相异步电动机矢量控制理论,在Matlab/Simulink环境下建立无轨胶轮电动车用异步电动机矢量控制系统模型,通过对给定参数的不断调整,完成了对系统的仿真,作为进一步实验研究的理论依据。
1 异步电动机矢量控制技术
本文以三相交流异步电动机为研究对象,对煤矿井下无轨胶轮电动车驱动系统进行分析。三相交流异步电动机是一个高阶次、强耦合、非线性的多变量系统,其数学模型的建立基于以下假设:① 转子参数归算到定子侧,等效成三相绕组;② 三相定子合成磁势在空间上按正弦规律分布;③ 忽略定、转子磁路饱和及铁损;④ 假设系统定常。
矢量控制技术可以实现交流电动机定子电流的励磁分量和转矩分量的解耦。以磁场等效原则,进行坐标系的变换。首先通过三相-两相坐标变换,将三相静止坐标系下定子交流电流ia,ib,ic等效成两相静止坐标系下的交流电流iα,iβ,然后通过由转子磁场定向的旋转坐标系变换,将其等效成两相旋转坐标系下的电流iM1,iT1。此时,交流电动机就等效成一台直流电动机,并且该直流电动机的总磁通量等效于原交流电动机的磁通量。通过分别控制参考磁链和参考转矩,相当于分别控制直流电动机的励磁电流和电枢电流的方法,就可以直观地控制交流电动机的运行。图1为矢量控制的基本流程[2]。
本文研究的异步电动机在两相同步旋转坐标系下按转子磁场定向的数学模型为[3]
式中:uM1、uT1分别为异步电动机定子电压的2个正交分量(定子电压励磁分量和转矩分量);Ls、Lr分别为电动机定子电感和转子电感;p为微分算子;ω1为异步电动机定子角频率;Lm为等效定转子绕组间的互感;ωs为转差角频率;r1、r2分别为折算后电动机定子和转子绕组电阻;iM1、iT1分别为定子电流解耦后的励磁分量和电流转矩分量;iM2、iT2分别为转子电流励磁分量和转矩分量。
电磁转矩方程:
转子磁链方程:
式中:Te为电磁转矩;ψ2为转子磁链;np为电动机极对数;
由此可以看出,矢量控制技术实现了对三相异步电动机定子电流的励磁分量和转矩分量的解耦。定子电流被分解成与直流电动机等效的2个相互垂直的分量iM1和iT1。其中,磁链分量iM1通过坐标转换之后控制异步电动机转子磁链;转矩分量iT1用作电动机转矩的调节,从而达到对转子磁链和电磁转矩进行解耦控制的最终目的。
2 矢量控制系统仿真模型
无轨胶轮电动车矢量控制系统由蓄电池组、交流电动机、功率模块、控制器、减速器和离合器等部分构成。矢量控制系统中的控制器主要接收加速踏板、刹车和“P,D,R,N”(停车、前进、倒车、空档)等开关的输出信号,控制功率模块的输出量,再经过机械传动装置控制电动机的开关和加减速[4],实现对驱动电动机转速和转矩的解耦控制。
异步电动机矢量控制系统仿真模型如图2所示。采用实时计算磁链幅值和空间位置的直接磁场定向,以及精度更高的双闭环控制方案。外环的转速闭环控制由PI调节器构成,提供转矩参考值。内环包括电流闭环控制以及转矩闭环控制实现及时跟踪反馈。其中矢量控制器模块实现定子电流的解耦;坐标变换及其反变换模块将三相静止坐标与两相旋转坐标相互转换;磁链观测模块实时监测磁链的幅值和方位。由此,在Matlab/Simulink环境下搭建出了交流异步电动机矢量控制系统仿真模型,实现双闭环控制。
3 矢量控制系统仿真结果分析
仿真中假设无轨胶轮电动车在水平面上直线行驶,即坡度角为零,由电动汽车行驶方程式[5]选定电动车参数见表1,异步电动机参数见表2。
根据无轨胶轮车的实际运行状态,需要对其进行频繁空载启动、制动及带负载启动、制动,并且使其在低速下运行。因此,在此仿真系统中,对电动机空载启动及负载启动2种工况进行仿真测试。给定参考磁链ψ*2=8;转速PI调节器中P=100,I=1。
在给定初始参考转速ω*=50 rad/s,0.5 s后,转速变为100 rad/s的情况下,电动机空载启动曲线如图3所示。
由图3可看出,电动机在初始启动过程中,电磁转矩突然增大,但又迅速恢复到0,电动机转速逐渐达到给定值,并保持稳定运行,加速时间小于0.05 s。0.5 s时,ω*=100 rad/s,电磁转矩瞬时跳变为极大值,但又迅速恢复到平衡状态,电动机再一次加速,直至转速达到指令值。
在电动机空载稳定运行0.2 s后,加载20 N·m负载的情况下,负载仿真曲线如图4所示。
此时转矩迅速跳变为给定负载值,电动机转速略有下降,但迅速恢复平衡,恢复时间小于0.03 s,电流也相应增大并保持稳定,系统抗负载扰动能力良好。
仿真结果表明,当无轨胶轮电动车在空载启动和负载变化时,实际车速都能迅速跟踪给定车速,电动机转速和电磁转矩瞬时响应快而平稳,波动较小。
同时,定子电流与电磁转矩波形变化一致,电流的稳态跟踪性好,充分说明采用矢量控制方法控制定子电流实现了对电动机转矩的有效控制,从而进一步控制电动机转速,系统反馈跟踪能力强,实现了高性能的转速双闭环控制,同时也论证了该模型的正确性和控制算法的有效性。
4 结语
在分析异步电动机矢量控制理论基础上,建立了无轨胶轮电动车用异步电动机矢量控制系统的仿真模型,并进行了仿真分析。通过对无轨胶轮电动车在不同驾驶工况下的模拟测试表明,该矢量控制系统具有良好的动态和静态特性,能够满足无轨胶轮电动车在煤矿井下辅助运输中的高性能要求。
参考文献
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