基于DSP的煤矿皮带运输机调速控制系统的研究

论文摘要

皮带运输机是现代化煤矿高产高效的主要运输设备,也是矿井运输的咽喉设备之一,皮带带运输机的拖动技术形式复杂多样,目前以交流变频调速拖动为主,然而传统的交流拖动大都是由两电平逆变器供电的。虽然目前它可以满足煤矿的需要,但是随着煤炭生产能力和矿井生产的自动化水平进一步提高,就要求逐步更新现有的逆变装置。以达到节能减排,进一步减小转矩脉动和电动机启动电流等目的。目前的高压大容量多电平逆变器较传统的两电平逆变器而言具有对器件耐压要求低,整体控制性能好,输出谐波含量较少,没有开关器件直接串联产生均压等优点,从而在高压大容量交流调速领域得到了广泛的应用。本文首先针对典型的二极管钳位型三电平逆变器与异步电动机的统一数学模型进行分析。在定子坐标系下分析交流电机的数学模型、控制电机的磁链和转矩,讨论了空间电压矢量的分布,对中点电位的平衡问题进行了重点讨论。介绍了三电平逆变器与异步电机直接转矩控制的基本原理,针对在三电平直接转矩控制技术中需要解决的过高的电压跳变和中点电位的平衡问题,提出了一种基于虚拟合成矢量的控制方案。通过对传统的单一矢量控制方案与改进后的虚拟矢量控制方案的比较,利用Matlab/Simulink软件对其进行仿真,验证了方案的可行性。实现了电机的实时调速和稳定的运行。采用了TMS320F2407 DSP为控制芯片的三电平逆变器异步电动机控制系统。实验证实了中点电位的平衡得到了很好的抑制,避免了过高的电压跳变。结果证明三电平逆变器供电的拖动系统在煤矿皮带运输机中是可行的。图[63]表[17]参[33]

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题的背景及意义
• 1.2 煤矿皮带运输机的现状和发展趋势
• 1.3 拟解决的问题及意义
• 1.4 论文研究的目的和主要内容
• 2 三电平逆变器与异步电机的数学模型
• 2.1 二极管钳位型三电平逆变器
• 2.1.1 二极管钳位型三电平逆变器的开关模型
• 2.1.2 三电平逆变器的空间电压矢量
• 2.1.3 三电平NPC逆变器基本空间矢量对中点电位的影响
• 2.2 三相异步电机的数学模型
• 2.2.1 异步电动机动态数学模型的性质
• 2.2.2 异步电机的数学模型
• 2.2.3 异步电机的坐标系
• 2.3 坐标变换和异步电机的动态数学模型
• 2.3.1 三相/两静止相变换（3s/2s变换）和两相/两相旋转变换（2s/2r）
• 2.3.2 异步电动机在αβ坐标系上的数学模型
• 2.3.3 异步电动机在dq坐标系上的数学模型
• 2.3.4 两相坐标系上异步电动机的状态方程
• 3 基于三电平逆变器的直接转矩控制策略
• 3.1 异步电动机直接转矩控制基本思想
• 3.2 经典的直接转矩控制方法
• 3.3 三电平逆变器供电的异步电动机直接转矩控制技术
• 3.3.1 三电平逆变器供电的异步电机存在的问题和解决方案
• 3.3.2 矢量选择方案
• 3.4 三电平逆变器直接直接转矩控制的算法
• 3.4.1 基于单一矢量的算法
• 3.4.2 基于虚拟合成矢量的算法
• 3.4.3 基于虚拟合成矢量的三电平直接转矩控制
• 4 改进的虚拟合成矢量直接转矩控制系统
• 4.1 对虚拟合成矢量合成顺序的改进
• 4.2 对中点电位的控制
• 4.3 仿真分析
• 4.3.1 异步电动机三电平直接转矩控制系统结构
• 4.3.2 仿真框图
• 4.3.3 仿真波形
• 5 改进的虚拟合成矢量直接转矩控制系统实验
• 5.1 系统硬件
• 5.1.1 实验主电路和器件的选择
• 5.1.2 实验硬件系统
• 5.2 系统软件
• 5.2.1 系统软件构成
• 5.2.2 非对称PWM信号产生方式
• 5.3 实验结果和分析
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果