矿用蓄电池电机车控制系统设计.docx

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毕业设计（论文）

矿用蓄电池电机车控制系统设计

Minebatteryelectriclocomotivecontrolsystemdesign

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摘要

矿用蓄电池电机车是专门针对矿出产的一种非常关键的设备，由于其精准的定位和卓出的功效而对矿井的出产有极其关键的作用。

一般矿用蓄电池电机车在众多的调速体系中选绕线式异步电动机转子回路串电阻的交流调速体系，目前正在使用的的大、中型矿用的蓄电池电机车一般选用磁场换向的晶闸管直流可逆调速体系,上述调速办法技能落后，构造杂乱，工作过程中带来高昂的维护费用。

而优点颇多的全数字变频调速技术的应用使得现代交流调速体系更加完备。

这篇文章首要内容就是依据实践的出产需求，规划以DTC为核心技能的矿用蓄电池电机车变频调速体系，论述直接转矩操控原理，介绍变频器功用及其操作，以完成蓄电池电机车工作的五个期间:

发动、加快、匀速、减速和制动匍匐期间的准确操控。

关键词 ：

蓄电池；变频器；仿真

Abstract

Minebatteryelectriclocomotiveismineproductionismainlyoflarge-scaleequipment,toproduceandsafetyofthemine,playsaverymaineffect.Traditionalmostofmineelectriclocomotiveselectionbatterywoundrotorasynchronousmotorrotorloopcommunicationseriesresistancespeedgoverningsystem,thecurrentproductionoflargeandmedium-sizedcoalminebatteryelectriclocomotivemostchoosemagneticfielddirectionalthyristordirectcurrentreversiblespeedcontrolsystem,thespeedadjustmentwayofskills,intheprocessoftheworkwithhighmaintenancecosts.Usefulldigitalfrequencycontrolofmotorspeedandtheskillsofmoderncommunicationspeedregulationsystemonbehalfofthemineelectriclocomotivebatteryskillsleadinglevel.DirectTorqueControl（DirectTorqueControlDTC）skillsisakindofhighutilityfrequencyControlofmotorspeed.Afterdirectstatorcoordinatescalculation,intuitiveandhighcalculationspeedandprecisionofthesystem,notmixedanddisorderlycoordinatetransformationandtheparametercalculation,hasnowbecometheleadingwayintoday'scommunicationasynchronousmotorcontrol.

 Thisarticleprimarycontentisonthebasisofthepracticalproductiondemand,planningforDTCcoreskillsofmineelectriclocomotivebatteryfrequencycontrolsystem,discussestheprincipleofdirecttorquecontrol,introducesthefunctionanditsoperatingfrequencyconverter,tocompletethebatteryofelectriclocomotiveworkfive:

duringlaunchandbrake,accelerate,uniformspeedandslowdownduringtheaccuratecontrolofcreeping,toobtainthehighdynamictorqueresponseofthefunction.

Keywords ：

  storagebattery  frequencyconverter  simulation

目       录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 矿用功率系统总体设计

1.2 对变频器的要求

1.2.1 对变频器的要求

1.2.2 系统功能简介

1.2.3 功率系统整体结构

2 直接转矩控制技术

2.1 异步电机的数学模型

2.2 电压型逆变器的数学模型

2.3 直接转矩控制的基本原理

2.4 速度调节环

3 变频器的选型

3.1 选型应注意的问题

3.2 ACS600系列变频器的选型

3.3 变频器的应用程序特性

3.3.1 原理图

3.3.2 应用程序特性

3.3.3ACC600功能块描述

3.4 本章小结

4 功率系统的硬件设计

4.1 主回路部分

4.1.1 二极管供电部分

4.1.2 制动部分

4.1.3 传动部分

4.2 控制回路

4.2.1 变频器的控制回路介绍

4.2.2 变频器标准I/O口与外部控制的连接设计

4.2.3 速度反馈的连接设计

4.2.4 速度图提升的实现

5 直接转矩控制矿井功率系统的软件设计

5.1 直接转矩控制系统的软件功能模块设计

5.2 控制盘简介

5.3 软件实现

6 异步电动机直接转矩控制系统的仿真

6.1 系统仿真工具MATLAB的介绍

6.2 动态仿真工具Simulink

6.3 控制系统仿真模型

6.3.1 异步电动机仿真模块

6.3.2 转矩观测器的模块

6.3.3 电压和电流的坐标变换模块

6.3.4 磁链、转矩控制模型

6.3.5 逆变器开关状态选择模块

6.4 直接转矩控制系统的仿真参数

7 结论

致谢

参考文献

附录

附录1

1绪论

电气传动作为一个独特的存在，在电动机转矩和转速之间扮演了一个组织者的角色，有多种电能——机械能的转换方式，而因为其转换中应用的执行部件——直流电动机或交流电动机的不同，我们把电气传动这一大类，又分为交流电气传动和直流电气传动两小类。

交流电动机一般分同步电动机和异步电动机两部分，本文主要研究的是异步电动机的调速方案。

1）调速系统主要方案

①变频调速；②绕线转子异步电机串级调速；③变极对数调速；④电磁转差离合器调速；⑤降压调速；⑥绕线转子异步电机转子回路串电阻调速等。

2）异步电机调速系统的分类

在交流异步电动机中，是指从定子传入转子的电磁功率，而可以分成两部分:

一，是有效功率，它可以拖动负载的；二，与转差率s成正比,即转差功率。

如果针对转差功率的流向，异步电动机调速系统又可分为：

回馈型，不变型，耗费型。

1.1矿用功率系统总体设计

1 矿用蓄电池电机车运行原理

运行原理：

直流电电流经隔爆插销、控制器、电阻箱然后进入到电动机，从而驱使电动机运转。

电动机带动传动装置然后带动车轮运转，最后使牵引列车行驶。

目前我国煤矿使用的电机车都是直流串激电动机[1]。

由于蓄电池式电机车是用蓄电池供给电能，所以每台电机车必须配备2-3套蓄电池组，还有的作为备用。

矿用机车运行时，车轮与轨面间会产生摩擦力，就会产生一个驱使电机车向前的力，然后电机车正常行驶。

但是其牵引力受多种条件所限，既和牵引电机功率的有关，又受轨道和车轮间的摩擦条件所限。

机车运输能行驶的坡度有一定要求，不能过高，多数情况下为3‰，偶尔也不能大过30‰。

矿用电机车一般由两个部分组成：

电气部分，机械部分[2]。

机械部分包括：

撒砂装置，车架，轴承箱，弹簧托架，制动装置，轮对，连接缓冲装置等。

电器部分包括：

直流串激电动机，受电弓，隔爆插销，控制器，空气自动开关或电阻箱，蓄电池等。

机车的主体结构主要承载各样部件，也就是车架，一般是由厚钢板焊接而成的一个框架结构。

电机车上的电气和机械部件大都被安装在承载能力很好的车架上，但不是全部，因为轮对和轴承箱没有被安装在车架上。

轮对如图1-1所示：

图1-1矿井电机车轮对图

1．车轴；2.轮心；3.轮圈；4.轴瓦；5.齿轮；6.轴颈

车轮一般分为两种，一种是轮芯与轮箍被热压，然后被安装在一起的结构；另一种是整体车轮。

通常情况下会选用前者，因为轮箍会因为磨损和损耗而需要更换，而此时只需更换轮箍即可。

驱动轮对有传动齿轮。

车架在弹簧支承的帮助下，安装在轴箱上，弹簧托架有缓冲和支撑的作用，由弹簧、连杆、均衡梁组成。

由于材质和环境等影响，轨道会有不平或局部有凸凹发生，均衡梁则用来均衡各车轮上负荷，使之平稳运行。

一般矿用电机车齿轮传动部件有单级开式齿轮传动和两级闭式齿轮减速箱两种结构。

优点：

没有火花，可以在有瓦斯的矿井使用；不用架线，适合在产量小或者巷道不规则的运送体系。

缺点：

须设充电设备；前期投资大。

矿井电机车速度图如图1-2所示：

图1-2 矿井电机车速度图

 为提升高度。

罐笼爬行距离及高度：

=0.4m/s，爬行距离：

5.0m。

抱闸停车时间：

约1s，提升高度可以考虑在爬行高度内。

2 矿用电机车运行过程

电机车的操纵杆可以操纵电机车运行的方向、加速等。

电机正转或者反转时，当拖车行驶接近出口时需要减速制动。

电机车的工作过程基本上是相通的，不管正转、反转都有起动、加速、稳定运行、减速、爬行、制动停车等六个阶段。

[3]每一次上升运行的时间和好多因素相关比如与系统的运行速度、加速度及矿井的深度有关，而具体的操作则很多时候都是现场工人根据实际情况