基于直接转矩控制的采煤机变频调速系统研究

论文摘要

采煤机是实现煤矿生产机械化和现代化的重要设备之一。采煤机牵引技术的发展由链牵引到无链牵引,进而由液压牵引发展到电牵引。由于电牵引采煤机具有更多的优点,所以,世界各主要采煤国都相继开发了各种形式的电牵引采煤机。采煤机电牵引有两种方式:直流电牵引和交流电牵引。直流电牵引是采用直流电动机的直流调速系统,交流电牵引是采用鼠笼异步电动机的交直交变频调速系统。直流电牵引的优点在于控制简单,调速性能好,但直流电机体积大,结构复杂,可靠性差,且在井下维护、维修困难,工作量大。交流电牵引采用的是鼠笼式电动机,体积小,防爆结构简单,工作可靠,寿命长,维修方便。在同样外形尺寸下,交流电机功率可以做得更大,有利于电牵引采煤机向大功率、高可靠性方向发展。其技术难度主要在驱动交流电动机的变频调速系统上。直接转矩控制（DTC）技术不需要将交流电动机等效成直流电动机,因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算;不需要模拟直流电动机的控制,也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。系统结构简单,却能够产生非常快的动态响应。因此,本文将采煤机直接转矩控制系统作为研究课题。课题主要可分为整流和逆变两部分。整流侧采用可逆PWM整流器;逆变部分采用直接转矩控制方案。首先,针对采煤机交流调速系统的特点,分析了采煤机恒功率控制策略。详细讨论了PWM整流器的基本原理,对可逆三相电压型PWM整流器采用矢量控制策略。利用Matlab软件对整理器仿真模型的性能进行了全面而系统的分析。同时基于TMS320LF2407DSP,设计了系统硬件和软件,进行系统的实验研究。此外,论述了异步电动机直接转矩控制系统的基本组成和工作原理。采用异步电动机α-β坐标系下磁链和转矩的观测模型,基于圆形磁链轨迹控制方案,结合采煤机调速系统的特点,利用MATLAB6.5/Simulink5.0构建了直接转矩控制调速系统的仿真模型,提出了减小系统转矩脉动的措施。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 国内外电牵引采煤机发展状况
• 1.1.1 国外主要公司电牵引采煤机发展状况
• 1.1.2 国内电牵引采煤机的发展状况
• 1.2 采煤机交流调速系统应用的必要性
• 1.3 交流变频调速系统的发展与现状
• 1.4 直接转矩调速方案的特点
• 1.5 课题研究的意义
• 1.6 论文的工作及内容
• 1.7 本文新意
• 2 采煤机交流调速控制系统研究
• 2.1 采煤机介绍
• 2.2 采煤机恒功率控制
• 2.2.1 采煤机负载特性分析
• 2.2.2 恒功率调节理论
• 2.2.3 采煤机恒功率控制策略
• 2.2.4 功率闭环系统的调节过程分析
• 2.3 截割电机功率检测原理
• 2.4 采煤机牵引部调速系统的要求
• 3 PWM整流器理论与仿真
• 3.1 三相电压型PWM整流器（VSR）的原理
• 3.1.1 三相VSR拓扑结构
• 3.1.2 PWM整流器的基本原理
• 3.2 矢量控制理论
• 3.3 电流开环、电压闭环控制系统
• 3.3.1 系统结构
• 3.3.2 θ的物理概念及检测
• d的物理概念及检测'>3.3.3 E_d的物理概念及检测
• 3.4 系统仿真
• 3.4.1 MATLAB/SIMULINK简介
• 3.4.2 仿真结果及分析
• 4 直接转矩控制理论与仿真
• 4.1 概述
• 4.1.1 直接转矩技术的研究现状
• 4.1.2 直接转矩控制系统存在的问题
• 4.2 逆变器与空间电压矢量
• 4.2.1 定子空间电压矢量
• 4.2.2 定子电压空间矢量与定子磁链的关系
• 4.2.3 定子电压空间矢量对电动机转矩的影响
• 4.3 直接转矩控制变频调速系统
• 4.3.1 直接转矩调速系统组成
• 4.3.2 异步电动机的磁链观测与转矩观测
• 4.3.3 定子电压空间矢量的选择
• 4.4 系统仿真模型的建立
• 4.4.1 系统仿真结构
• 4.4.2 磁链和转矩的观测器及调节器
• 4.4.3 磁链区间判断及开关状态选择
• 4.5 仿真结果分析及优化
• 4.5.1 仿真参数
• 4.5.2 仿真结果分析
• 4.5.3 仿真优化
• 5 基于DSP的三相VSR硬件实现
• 5.1 系统硬件电路设计
• 5.1.1 主电路设计
• 5.1.2 控制电路设计
• 5.2 系统软件设计
• 5.2.1 软件开发平台简介
• 5.2.2 控制系统软件设计
• 5.3 实验分析
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 读研期间主要科研成果