矿井交流主提升机

矿井交流主提升机（共4篇）

矿井交流主提升机 篇1

一系统概况

平煤某煤矿采用多绳摩擦提升机, 由功率2800kW的交流同步电动机驱动, 变频器为交直交三电平拓扑结构并配有水冷系统。随着矿井提升机电控系统对供电网络稳定性的要求不断增加和供电质量的下降, 变频器功率模块被烧坏的可能性也大为增加, 为保证矿井能够高效运转, 决定对提升机的电控系统进行优化, 配置新一套电控系统与老系统互为备用, 引进了某公司生产的全数字提升机电控系统进行改造。

二提升机电控系统的结构优化

新的提升机电控系统包括高低压供电系统、变流装置、定转子切换柜、全数字矢量控制器、操作台、PLC网络控制系统、上位机。采用“交直交主回路+交流同步电机+PLC网络控制+全数字调节控制+上位机诊断监控”的模式。

1.控制系统

控制系统由三个S7300PLC站、Profibus-DP和MPI总线组成, MPI以组态配置保持全局通讯, 所有需要交换的数据均保存于一个配置表中, Profibus-DP根据主从协议调用通讯模块, 进行编程通讯。将保护PLC设为主站, 其余两个PLC设为从站, 由模拟量, 数字量, 编码器计数模块来采集现场信号, 并通过程序编码为指挥提升机运行的操作信号。记录轴编码器所产生的脉冲并进行量化处理, 测算出箕斗的行程与速度, 将其输入调节系统对矿井提升机进行监视和保护。控制系统给予STEP7软件, 通过结构化和模块化的思想完成提升机的自动、手动和检修, 实现加速、等速、爬行、减速和停车的功能, 并可提供各种保护功能。

矿井提升机的去向信号、开车命令及提升类别信号送入PLC的输入端, 经处理输出各种指令或保护信号。主控PLC通过程序控制高压换向器首得电, 使高压信号送入主电动机定子绕组, 主电动机接入全部转子电阻启动, 然后依次切除8段电阻, 实现自动加速, 最后运行在自然机械特性上。

交流提升机运行时, 旋转编码器跟随主电动机转动, 输出2列A/B相脉冲, 分别接到主控PLC的高速计数HSCO的A/B相脉冲输入端, 由主控PLC根据A/B脉冲的相位关系, 自动确定HSCO的加、减计数方式。

2.变频调速系统

全数字变频调速器为DSP+FPGA结构, 采用32为数字信号处理器, 从而实现对单位功率因数的控制、速度闭环控制、矢量控制和电流闭环控制及故障诊断。

系统主回路为二极管箝位双三电平拓扑结构。整流与逆变结构相同, 出线侧、进线侧每相各串联4个功率器件, 二极管起续流与钳位作用, 直流母线能够输出半电压、零电压和正负电压三种电平。与两电平结构功率器件相比, 三电平结构功率器件的电压仅为前者的一般, 能够有效减少变频系统的干扰, 降低电动机与功率器件所承受的电压, 其开关频率仅为两电平结构的1/2, 能够有效减少系统开关损耗, 且拓扑结构对实现系统模块化设计、增强系统可靠性和维护性也有十分明显的作用。

在系统控制方面, 通过高性能矢量控制法将电动机与功率变化装置实现调速, 对网侧谐波、网测功率因数、电动机定子侧等系统指标进行控制, 使系统在较小进线电抗和较低开关频率运行, 实现能量的双向流动, 避免变频器对电网的污染。通过PWM电路的控制能够使输入电流接近正弦波, 功率因数接近1.整流侧的控制目标位保持输入电流与输入电压的同相位、反相位, 保持直流母线电压稳定, 通过有源前端技术能够有效控制有功和无功电流, 是进线侧的功率因数为1.JIANG给定直流母线电压和实际直流母线电压输入控制器, 得出给定有功电流与无功电流, 并在测量进线侧进线电流, 进行三相至两相变化的坐标变换和旋转变换产生实际有功电流与无功电流, 并将其与给定有功电流与无功电流相比。经比例和积分控制器及比较环节后, 在PWM的调制与IGBT的导通、关断后产生需要的直流母线电压。在直流母线电压保持稳定时, 电动机做功后能量将由网侧流向电动机侧, 电动机机制运行后, 直流母线电压升高, 能量有电动机侧流向网侧, 以满足四象限运行工况。

3.上位机监控系统

上位机监控系统为研华工控机+组态软件结构, 组态软件WinCC即Windows Control Center, 能够实现采集现场数据、处理历史数据、过程控制、安全报警、动画显示、打印报表和监控网络等功能。监控系统包括7个子系统, 即高低压供电系统、提升系统、液压制动系统、故障记录系统、速度图系统、电控原理展示系统和欢迎界面。系统启动后, 用户可根据画面选择窗口, 按照提示进行操作。当系统发生故障时, 不管用户当前位于哪个界面, 屏幕都会立即弹出红色警告小窗口, 显示出故障发生位置和时间, 若显示了较多的故障信息, 则可拖住滚动条进行查找, 故障处理结束后, 窗口也会自动消失, 故障未被排除之前也可手动关闭警告窗口。

三总结

将可编程程序控制器引入矿井提升电控系统, 不仅加强了系统对故障的判别能力, 也将极大地提高系统的安全可靠性和生产效率。该煤矿在对矿井提升机的电控系统进行了以上完善并调试后, 矿井主提升机的提升电流、提升速度和提升周期等指标均有了很大的提高, 达到了性能要求, 且监控操作与保护功能也较为完善, 矿井提升机的可靠性大大提高, 有效避免了因控制系统故障、变频驱动系统故障而导致的提升机停车故障, 极大的促进了矿井的持续生产, 使其经济和社会效益大大提高, 故该方案具有良好的推广价值。

参考文献

[1]何万库.矿井提升机交流拖动系统的变频调速改造[J].起重运输机械.2010 (01) .

[2]樊秀芬.高压变频调速系统在矿用多机驱动带式输送机的应用[J].煤矿机电.2010 (04) .

矿井主提升机电气控制系统设计 篇2

目前国内的矿井提升机有交流绕线式异步电动机转子串电阻调速、直流可逆调速、交流变频调速三种传动方式。矿井作业中最重要的生产设备矿井提升机属于高能耗设备。该设备工作结构复杂, 设备型号和技术参数已不符合现代矿井安全生产要求, 且操作时存在一定的危险性, 取而代之的将会是节能环保、安全高效的全数字化生产模式。变频器调速式矿井提升机能够实现启动时软启动和软停车, 可以有效缓冲对电网的冲击;可根据负载的工作需要自动调整输出功率, 有助于降低能耗。另外, 它可以在平稳、高效运行的基础上平滑连续地调速。由此可见, 在矿用提升机专业领域, 变频器也能得到很好的运用。

1 研究内容

通过对电控系统进行局部的修改、完善, 基于可靠性系统工程的原理综合评价现有提升电控系统, 积极推进新技术、新设备在矿井作业过程中的应用, 通过技术改造促进产品更新换代。基于矿井的生产条件, 通过无触点的PLC逻辑控制系统监控TKD-A继电器-接触器部分, 刷新系统的安全级别, 充分运用PLC的功能提高控制性能, 以减小系统内外部的干扰。本设计利用PLC和变频器相结合的控制系统代替原有的转子串电阻调速部分以及对安全回路的部分进行改造。

2 提升机工作原理

矿井提升机的工作原理:单绳缠绕式单滚筒提升机的提升钢丝绳的一端固定在滚筒的一侧, 并缠绕在滚筒上, 钢丝绳的另一端由滚筒上方引出, 绕过天轮与提升容器相连接, 当提升机的滚筒向不同方向转动时, 提升容器相应地作上升或下降运动, 以完成提升任务。工作原理详见图1。

1:卷筒2:钢丝绳3:天轮4:提升容器5:平衡尾绳

3 主提升机电气控制系统硬件设计

3.1 提升机主回路部分设计

主回路由高压供电线路、电动机定子线路和转子线路构成。 (1) 高压供电线路。地面变电所送来的二路6KV电源, 一路工作, 一路备用。高压电源经隔离开关QS控制, 通过高压油断路器QF向提升电动机供电。电流互感器TA1、TA2以不完全星形联结方式连接过电流脱扣线圈AGQ1、AGQ2和三相电流继电器KAC。脱扣线圈AGQ1、AGQ2用于电动机过电流时, 使断路器QF跳闸断电;三相电流继电器KAC用于电动机转子回路电阻切除时的电流控制。电压互感器TV二次侧接有电压表V1和失电压脱扣线圈VSQ。当电网电压低于规定值时, VSQ动作使断路器QF跳闸。失电压脱口线圈VSQ同时受高压装置栅栏门闭锁开关SL和司机脚踏紧急停车开关SF控制。 (2) 电动机定子线路。电动机正常运行时由线路接触器KMX和换向接触器KMZ、KMf的主触头控制;动力制动时, 通过控制电路切断交流电源, 并由接触器KMB主触头接通直流电源进行动力制动。直流电源由KZG型晶闸管可控整流电路提供。整流电路中的电压继电器Ksy用于交流侧的失电压保护, 其触点串接在安全回路中。 (3) 电动机转子回路。电动机转子绕组外接八段附加电阻, 其中两段预备级, 六段加速级, 分别由接触器1KM~8KM控制, 以改变电动机的起动和动力制动特性, 从而满足主提升机工作图的要求。

3.2 变频调速系统的设计

矿井交流提升机TKD电控系统的调速部分采用转子回路串电阻分段控制。该设备陈旧、技术落后, 无法保证系统安全平稳的运行。矿业单位必须加大设备研发和改进力度, 推进矿用提升机系统性能升级。将变频技术与PLC控制技术相结合的变频调速技术应用在提升机控制系统中, 可以实现提升机控制系统升级改造, 从而有效提高系统的稳定性和安全系数。

可编程控制器系一种面向用户和控制过程的通用工业自动控制装置。它基于微处理器, 将计算机技术、数字通信技术、自动控制技术、半导体集成技术整合为一个完整的系统。该系统操作流程简单, 其技术性能稳定可靠, 且与当前的工业环境相适应, 这使得该系统快速成为了现代工业控制的三大支柱 (PLC、机器人和CAD/CAM) 之一。PLC具有程序设计简单、通用性强、抗干扰能力强、可靠性高的技术特点, PLC控制技术代表着当前程序控制的先进水平, PLC装置已成为自动化系统的基本装置。

4 主提升机电气控制系统软件设计

4.1 PLC编程软件的概述

本文拟用一款可兼容三菱各种型号PLC的、有离线仿真功能的编程软件GX Developer进行分析研究。

进入GXDeveloper初始界面后, 在【工程】下拉菜单中, 单击“工程”菜单项, 选择创建一个新工程。在【创建新工程】中填写PLC系列、PLC类型以及程序类型。本设计采用的PLC系列为FXCPU, PLC类型为FX2N (C) , 程序类型为SFC, 单击确定后, 即可进入梯形图编程界面, 开始编程。

程序编写完成后, 下一步就可进行变换和调试了。如果变换没有错误, 就可以进行梯形图逻辑测试启动。在变换过程中, 如果出现错误要进行修改时, 我们既可以在梯形图编程下修改, 也可在助记符方式下修改。

4.2 控制程序流程图

系统控制流程详见图2。PLC控制主程序除了系统初始化、故障自诊断和安全保护以外, 还具有调速控制功能。

系统启动后PLC开始初始化, 基于设计要求对高速计数单元HSC0、HSC1执行定义工作模式、写控制字、写设定值、清零、设置定时中断、连接中断、进入计数功能模块等操作。初始化后进行故障自诊断, 提示提升机初始位置、提升信号、工作手柄和运行模式, 提升下放驱动变频器来对绞车的运行参数进行控制。接收到开车信号后, PLC转入S形速度给定控制。在系统运行过程中, PLC可以接收外部传感器、故障或开关的控制信号, 系统自动转入相应的中断处理程序, 执行过载、过卷、超速保护、松绳等操作, 同时实时监控变频器故障、提升机位置及速度。如果系统突发故障, 会立即转入故障处理程序, 并执行抱闸停车保护, 或进行预警。

5 结束语

本次设计的目的是运用先进的可编程控制器控制提升机电控系统的运行。采用PLC后, 克服了原继电器系统的不足, 系统安全可靠, 性价比提高。变频调速系统在提升机控制中显示出其控制性能优良、操作简便、运行效率高、维护工作量小等诸多优点, 是矿用提升机传动的发展方向。同时还实现了软起动、软停车, 减少了机械冲击, 使运行更加平稳可靠, 适应范围广, 节能效果更加明显。

摘要：本文基于矿井交流提升机安全可靠运行的工作要求, 对矿井交流提升机电控系统进行研究设计, 简单介绍了国内矿井提升机的工作原理。详述了提升机电控系统的硬件设计和软件设计。

关键词：矿井交流主提升机,继电器-接触器控制系统,变频器,PLC

参考文献

[1]乔磊明.矿井交流提升机电控系统研究[D].辽宁工程技术大学, 2007.

[2]李金金.基于PLC控制的变频调速在矿井提升机中的应用[D].太原理工大学, 2007.

矿井交流主提升机 篇3

随着煤炭需求的增长,主井提升系统已成为各煤矿产量提高的瓶颈,且制约程度越来越明显。将原提升信号及装卸载控制系统应用可编程技术进行自动化改造,明显降低设备故障、简化操作、减轻工人劳动强度,一定程度提高生产运行的安全可靠性。

在主井卸载控制子系统中,特别是提升箕斗卸载量的监测,现有的卸载量监测有:1)拉力传感器对箕斗进行称重,称重装置安装在箕斗上,受干扰因素多,精确度差,通过无线发射装置发射箕斗重量,可靠性较差,不能长期有效的工作;2)非接触式核子称重装置,因放射源辐射问题,国家不提倡使用;到目前为止,没有成熟能够实际应用的计量与监测手段。国内现有的主井卸载控制子系统,需要人工监视卸煤及转发信号,部分煤矿取消人工转发信号,没有从根本上采取卸载量的计量与监测,造成提升箕斗滞煤下放安全事故的发生;因此主井定量装卸载控制系统还没有成为真正意义上的自动化安全生产系统。

如果通过巧妙合理的设计解决提升箕斗滞煤问题,将会使主井定重装卸载控制系统实现真正意义上的提升运输系统的自动化,对矿井的综合自动化水平提升具有重要意义。

1 平煤股份八矿卸载系统存在问题

随着煤矿自动化技术水平与监测手段的不断完善和发展,主井卸载控制子系统的计量与监控问题亟待解决,它是整个提升系统实现无人值守的关键问题之一。平煤股份八矿共有丁、戊、己三个煤种,其中丁组煤矸石较多、块大,在主井装卸载过程中对提升箕斗底部冲击力大,造成箕斗底部凸凹不平,加之戊、己组煤种水分含量高、粘性较大,导致主井箕斗卸载时滞煤,并随着箕斗使用年限增多,箕斗底部破坏更加严重,滞煤量越来越多。目前,我们已实现主井装载自动化,但主井卸载没有有效的监测提升箕斗卸载量的手段,经常出现提升箕斗滞煤下放现象、提升箕斗滞煤需要人工清理,导致提升箕斗装煤超载,绞车提升困难等,存在提升安全的隐患,制约着主井提升运输系统的自动化生产。

2 解决思路

依靠雷达料位计测量箕斗距离以及利用轴编码器测箕斗重量两种相互校准的方法测量提升箕斗是否滞煤及滞煤量。依据雷达测距原理,选用一种雷达料位仪,把雷达料位仪安装于卸载平硐的井架上,位于提升箕斗到位时的装载口的上方,检测提升箕斗内的滞煤量。利用轴编码器检测两个提升箕斗的相对位置,通过一系列的运算动态的检测箕斗的重量。

通过这两种方法可以实现对提升箕斗卸煤量的检测,解决检测提升箕斗滞煤量的难题。若发现提升箕斗滞煤,会发出箕斗有滞煤的信号,不需要人工清理,通过平硐信号工手动或控制系统自动开启可伸缩的空气炮,清理滞留提升箕斗内的滞留煤;同时,将处理结果通过信息号系统发送给提升系统,在提升系统接收到清理完毕信号后,正常提升。

3 工作原理及设计方案

雷达探测仪发射能量很低的极短的微波脉冲,通过天线系统发射并接收,雷达波以光速运行,运行时间可以通过电子部件被转换成物位信号,一种特殊的时间延伸方法可以确定极短时间内稳定和精确的测量物位的距离。

现场设备布局示意图如下图1。

雷达式提升箕斗卸载检测装置,包括雷达式物位检测仪、箕斗位置传感器和智能控制卸载操作台。雷达式物位检测仪安装在井架上,调整适当角度,使雷达物位检测仪在提升箕斗卸载时可探测到提升箕斗底部,箕斗位置传感器的磁性部分安装于提升箕斗上,箕斗位置检测开关安装于井架上,两种信号输入到安装于提升箕斗的卸载站智能控制卸载操作台。

提升箕斗的称重所用轴编码器安装于绞车的滚筒轴上,其信号和绞车电机的电流信号、电压信号输入到安装于绞车房智能控制检测柜。轴编码器检测两个提升箕斗的相对位置,与智能控制检测柜检测下降箕斗的重量,当两个提升箕斗在井筒中瞬间交错时,通过检测提升机电机的输入功率,经过一系列的运算,可测得箕斗的重量。

经过数据处理实现检测提升箕斗内煤的滞煤量,在设定的时间内,若检测提升箕斗为空,关闭提升信号通道,否则启动空气炮清理提升箕斗内的滞煤;若检测到提升箕斗内仍有滞煤,此时将滞煤的重量发送给装载系统,装载系统接收到信号后,将减少往定量斗的装煤重量,实现真正意义的定重装载,两种检测方案共同实现提升箕斗的定重装载和提升箕斗的卸载检测,解决提升运输系统中存在的装重斗的安全隐患。

4 关键部位的实施

为解决以上问题首先需要建立一套主井定重自动卸载检测及信号控制子系统,用来完成提升箕斗自动卸煤、箕斗卸煤量的自动检测及自动转发提升信号,以及手动或自动清理提升箕斗滞煤;同时,还需解决在信号传递过程中的运算换算以及使用空气炮的冲击力的问题。在解决问题的同时,必须保障设备的安全正常运转,不对设备造成损坏。

4.1 智能控制卸载操作台

在现场安装一套智能控制卸载操作台,检测卸载煤仓是否满,并且将该信号发送至装载峒室、绞车房,控制绞车的运行;检测曲轨卸载的提升箕斗卸载煤的量,手动或自动转发箕斗的提升信号并且转发装载信息状态和卸载信息状态;调整空气炮的释放角度,达到手动或自动清理提升箕斗滞煤。

4.2 主要技术参数

1)测量范围:0-99.99kN(箕斗称重)0-70m(雷达料位仪)

2)精度等级:1级1.5级

3)供电电源:127V/AC 50Hz

4)输入触点:无源触点。

5)输出触点:0.6A/127V/AC 5A/24V/DC(开关、电铃)

6)与系统连接方式为:总线式,传输方式:基带半双工

7)传输速率:9600BIT/S

8)传输线线型:井筒内铠装信号电缆

9)传输最大距离:1200M

10)显示形式为数码管显示

4.3 主要设备

1)雷达式物位检测仪

2)箕斗位置传感器

3)智能控制卸载操作台

4)风包和可移动空气炮装置

4.4 现场施工

针对平煤股份八矿的具体条件选择德国VEGA公司的雷达式物位检测仪,型号为VEGAPULS68,天线直径为95mm,发射角为8度;每个提升箕斗配置一套雷达式物位检测仪。

雷达式物位检测仪安装在主井平硐箕斗正面第七架罐道梁处加装横梁,在加装横梁的下方安装雷达式物位检测仪,位于提升箕斗到位时的装载口的上方,检测提升箕斗内煤的剩余量,雷达料位计检测装置的误差小于1%,提升箕斗滞煤下放重量小于0.5吨;移动式空气炮安装在主井平硐箕斗正面第六架罐道梁处加装横梁,在加装横梁的上方安装移动式空气炮;若发现提升箕斗滞煤,远程可实现手动或者自动开启可伸缩的空气炮,清理滞留在提升箕斗内的煤,同时自动转发绞车提升信号,实现平硐卸载控制的无人值守。

卸载自动检测流程图如下图2。

卸载控制系统还具有提升箕斗动态称重的功能,若检测到提升箕斗内滞煤,此时将滞煤的重量发送给装载系统,装载系统接收到信号后,将减少向定量斗的装煤重量,实现真正意义的定重装载,解决提升运输系统存在的装重斗的安全隐患。

5 应用效果

由于该系统检测及称重监测稳定、可靠,及时反映箕斗内的余煤量,根据需要可以及时清理,增加了系统的安全可靠性,降低了电耗和生产成本,直接提高了经济效益。

该方案的实施缩短装卸载及信号转发时间14秒/钩,现在每钩提升时间为140秒,提高提升效率10%,大大提高生产效率。主井卸载计量与监控系统达到国内领先的水平,并且实现整个主井自动定量装卸载控制系统自动化,达到无人值守的效果。同时预防和减少重大事故的发生,对矿井安全生产产生良好的经济效益。

摘要：本文针对平煤八矿主井卸载自动化系统存在问题,设计出一套针对性方案,主要解决主井卸载箕斗滞煤问题,保障提升箕斗安全运行,实现自动化生产,最终实现主井定重装卸载自动控制系统的无人值守,提高了运行效率。

关键词：矿井,主提升,卸载,自动化,滞煤

参考文献

[1]杨仲平.自动化控制系统[M].北京:煤炭工业出版社,1993.

矿井交流主提升机 篇4

关键词：制动电源,矿井交流提升机,DSP

1 引言

长期以来, 动力制动是国内矿井交流提升机广泛采用的电气制动方式之一, 矿井提升机是煤炭、冶金、有色和黄金等矿山生产过程中非常重要的设备。全国在用的矿井提升机, 仅煤炭行业统配矿就有上万多套, 冶金、有色和黄金等行业的使用量也十分可观。由于历史的原因, 这些提升机所用的电气控制设备普遍存在技术落后、结构庞大、连线复杂、故障率高、使用维护难度大等问题, 直接影响了矿井提升机的安全和效率, 也阻碍了矿井自动化和管理现代化的步伐, 急需采用现代高新技术设备来更新换代, 也是广大现场使用维护人员迫切要解决的技术问题。

虽然自动晶闸管控制动力制动电源发展己经成熟, 也得到了一定的应用, 但是由于晶闸管是半控型器件, 因此控制效果往往不太理想, 同时由于使用了低频变压器, 从而使整个控制设备体积庞大。

2 矿井提升机动力制动

2.1 矿井提升机盘闸式制动

盘闸式制动系统如下图所示, 是通过给定速度信号和实际速度信号比较, 经磁放大器综合、放大, 来调节电液调压装置输入电流的, 达到改变油压的目的。本系统中越大, 盘形闸和制动盘的压力越小, 制动力矩越小。可以看出, 它是将机-电-液融为一体, 环节多, 惯性大。最为明显的是该制动为能耗制动, 又有闸瓦磨损, 经济性差。

2.2 矿井提升机动力制动

矿井提升机电力拖动系统的结构如下图所示:

电动机正常运行时, 电动机定子回路通入的是三相交流电, 在电动机转子旋转时, 切断定子交流电源, 然后输入直流电, 此时, 当电动机定子绕组中将形成一个静止的定子磁场, 这个磁场在旋转的转子绕组内感应电动势, 并由此产生转子电流。静止的定子磁势与转子电流磁势形成的合成气隙磁通与转子电流相互作用, 产生制动力矩, 电动机进入制动工作状态, 这种制动方式称为动力制动。动力制动过程中, 定子磁场是静止的, 转子速度就是转子导体切割磁力线的速度。

3 系统的组成框图及工作原理

该系统的基本工作原理是:三相工业电源首先经过一次不可控整流, 得到较为粗糙的一次直流, 然后经过PWM斩波控制, 得到高质量可调的二次直流电, 再经过变压器变压后就可以得到所需要的直流电。当提升机进行制动时, 通过切除三相异步电机的定子交流电的同时, 加入上述的二次直流电, 进行能耗制动。本方案采用速度与电流双闭环的形式进行控制, 来提高控制效果和精度。整个系统框图如下所示。

一次整流包括系统的输入电路、全桥整流器等, 主要完成交流电网电压的整流功能, 使交流电变为较为粗糙的直流电。输入整流滤波器将输入电压进行整流滤波, 因此整个系统的变压器、输出滤波器等部分的体积与传统的相控整流装置都要小的多。滤波品质的高低直接关系到输出直流电中交流分量的高低, 即波纹系数, 这项参数越小越好。另外滤波电容的容量和品质也关系到电流变化时电压的稳定程度。辅助电源为IGBT的控制电路、驱动电路、保护电路、各种传感器、控制系统等提供彼此隔离的且满足一定技术要求的直流电压, 保证它们正常可靠的工作。该系统的辅助电源采用的是稳压芯片来得到控制系统所需要的电压。

PWM发生电路接收保护控制电路的信号, 产生脉冲信号, 通过驱动电路驱动IGB通断的频率, 从而来控制高频逆变环节工作时的占空比, 使开关电源即使处于不同的负载下, 也能通过反馈来调节占空比来维持输出电压的稳定。保护控制电路检测系统的输出电压和电流, 和参考电压电流相比较, 产生误差信号, 送给PWM产生电路, 即调整输出脉冲的宽度, 从而达到控制系统占空比的目的。同时当系统的输入输出产生错误, 比如过压、过流、缺相等, 可以立刻封闭脉冲产生信号, 使系统停止工作, 达到保护系统的目的。

4 速度检测电路设计

对电机的速度进行测量的方法主要有两种, 一种是采用测速发电机, 另一种是采用光电编码器。采用测速发电机测速存在非线性和死区问题且精度较差, 需要的外围硬件电路较多;而采用光电编码器则可达到较高的测量精度, 不易受外界环境的影响;本设计中采用的是增量式光电编码器, 输出的两路脉冲信号加到TMS320F2812的QEP3和QEP4引脚上, 通过测得的脉冲个数很容易就能算出电机转速, 同时还可以根据两路脉冲的先后顺序确定出电机的转向。

5 电流检测调理电路的设计

在本论文所设计的系统中, 电流的检测也是必不可少的, 比如输出滤波电感 (实际上是输出变压器的漏感) 上电流的采样, 逆变器输出电流的采样, 负载电流的采样等。电流信号的处理和电压信号的处理有所不同, 它首先要转换成电压信号才能对其进行处理。可以有两种方法获得, 即在电路中串联一个采样电阻获得与采样电流成正比的电压信号;也可以采用霍尔电流互感器将电流信号转换成和其成线性关系的电压量。

6 制动系统控制流程

为了满足提升机在减速段的减速度的要求, 需采用双闭环调速方案。如下图所示, ACR为电流调节器。速度给定U*由给定积分器产生。给定积分器输出电压U*变化率与提升机的减速度相对应。在提升容器到达减速点后, 切除定子高压电源。制动电源接触器合闸, 其辅助接点闭合, DSP得到此信号, U*按给定的减速度减小。

7 移相角的产生方法

全桥移相PWM变换器, 利用超前桥臂和滞后桥臂的相移来调节占空比。对所产生的PWM信号的要求如下:

(1) 上下桥臂两管的驱动信号180度互补导通; (2) 4路驱动信号占空比均设置为50%, 由于死区时间的影响实际输出较小; (3) 两组桥臂之间有相位差, 相位超前的信号作为超前桥臂信号, 相位滞后的信号作为滞后桥臂驱动信号。

驱动信号生成可通过DSP的事件管理模块EVA或EVB产生。事件管理器EVA或EVB有3个全比较单元, 每个全比较单元都有两个互补的PWM脉冲输出, 因此可以使用其中两个比较单元提供4路驱动信号;设置定时器为连续增减计数模式, 在定时器下溢中断和周期中断时分别设置比较寄存器的值, 同时保证同一个比较寄存器在定时器下溢中断和周期中断设置参数之和等于周期寄存器的值T, 这样就可以使产生的PWM脉冲为50%的占空比。死区时间由死区控制寄存器产牛。利用DSP的全比较单元可以方便地产生各种对称或者不对称的PWM波形。本文使用E VA中的通用定时器GPI实现采样周期, 由于所设计的变换器的功率开关的工作频率为20kHz, 所以采样周期为50微妙。

8 总结

目前, 矿井交流提升机大都采用动力制动或低频电源制动方式。由于动力制动为能耗制动, 以及制动可靠性差等因素, 一直是制约动力制动电源发展的一个瓶颈。本设计所采用的DC/DC变换技术应用到制动电源上, 从而提高了制动电源的效率和可靠性, 并缩小了制动电源的体积:尤其是DSP的运用, 让系统的控制精度进一步提高。

参考文献

[1]郝建功, 张耀成, 矿井提升机动力制动过程中的模糊控制, 煤炭学报2003年