基于DTC技术的矿井提升机调速系统的研究

论文摘要

矿井提升机是矿山生产的关键设备,是井上、井下联系的纽带,对矿井的生产和安全起着非常重要的作用。随着电力电子技术的不断革新,交流调速技术得到迅速的发展和应用。交流变频调速的广泛运用,使矿井提升机的调速性能有了很大的提高。本文根据矿井提升机运行的要求和特点,结合变频调速技术的发展现状,对调速系统进行了优化。提出了改进型的DTC技术,较好地解决了提升机低速运行时,转矩出现脉动的问题。DTC技术算法简单,响应速度快,易于实现,适用于需要快速转矩响应的大惯量运动控制系统。整流部分利用PWM整流器,提高了提升机运行的功率因数,实现了能量的双向流动,提高了矿井提升机的电能利用率。在深入探究传统直接转矩控制转矩脉动的问题的基础上,提出了两种降低转矩脉动的方法：新型转矩控制器的设计；矢量细分法。并利用MATLAB软件,对传统DTC和改进型DTC技术进行了仿真实验。在实验室所具有的条件下,进行了变频调速的实验,重点放在逆变部分,包括主电路、电源模块、信号检测电路、保护电路的设计以及相关软件的编写。验证了改进型DTC技术的可行性,实现了对调速系统转矩、磁链及速度的闭环调节。转矩响应速度较快,体现了直接转矩控制的特点。表明该系统调速性能好,控制精度高,能有效地改善矿井提升机的调速性能,并实现提升机的节能降耗。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 矿井提升机的概述与发展方向
• 1.2 矿井提升机调速技术的现状及趋势
• 1.2.1 转子串电阻调速技术
• 1.2.2 交-交变频调速技术
• 1.2.3 交-直-交变频调速技术
• 1.3 变频调速的控制策略及发展
• 1.3.1 矢量控制技术
• 1.3.2 直接转矩控制技术
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 2 矿井提升系统
• 2.1 矿井提升设备的主要结构
• 2.2 矿井提升机的运行特点
• 2.3 矿井提升机的电控系统
• 2.3.1 实现四象限运行
• 2.3.2 速度调节的要求和速度给定
• 2.3.3 行程控制器和行程显示
• 2.3.4 故障检测装置和闸控电路
• 2.4 本章小结
• 3 矿井提升机的调速系统
• 3.1 整流部分的分析
• 3.1.1 整流器的基本原理和系统模型
• 3.1.2 整流器的参数设计
• 3.1.3 整流器的控制策略
• 3.2 逆变部分的分析
• 3.2.1 调速控制策略的选择
• 3.2.2 逆变器的数学模型及空间矢量
• 3.3 逆变部分控制策略的研究
• 3.3.1 磁链的观测
• 3.3.2 磁链控制
• 3.3.3 转矩控制
• 3.4 本章小结
• 4 逆变部分控制策略的优化
• 4.1 传统DTC中的转矩脉动问题
• 4.1.1 转矩脉动的原因分析
• 4.1.2 转矩脉动分析
• 4.2 降低转矩脉动方法的探究
• 4.2.1 新型转矩控制器的设计
• 4.2.2 矢量细分法
• 4.3 提升机调速系统的仿真实验
• 4.3.1 系统各模块仿真模型
• 4.3.2 传统提升机调速系统仿真
• 4.3.3 改进型提升机调速系统仿真
• 4.4 本章小结
• 5 系统的硬件调试和软件设计
• 5.1 提升机调速系统结构
• 5.2 系统硬件设计
• 5.2.1 信号检测电路设计
• 5.2.2 保护电路设计
• 5.2.3 电源模块设计
• 5.3 系统的软件设计
• 5.3.1 主程序
• 5.3.2 PWM中断
• 5.3.3 PI调节器设计
• 5.3.4 SVPWM的设计
• 5.4 实验结果
• 5.5 本章小结
• 结论
• 6.1 本文总结
• 6.2 进一步工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果