下运带式输送机能量回馈与安全制动技术的研究

发布时间：2017-09-23 06:21

  本文关键词：下运带式输送机能量回馈与安全制动技术的研究

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【摘要】：带式输送机是煤矿生产过程中重要的运输设备,由于其有着较强的输送能力及能连续运输等优点被广泛使用。随着煤炭的深入开采和采矿技术的不断更新,高速、长距离、大倾角的下运带式输送机的应用也越来越多。下运带式输送机运行工况特殊,当物料下滑力大于运行阻力时,驱动电机常处于发电工作状态,并且其制动能量较大,若制动不当,非常容易引起安全事故,这对下运带式输送机制动系统的可靠性提出了很高的要求。长久以来,下运带式输送机的制动系统都是煤炭行业专家学者的研究重点,如何处理制动过程中的能量是需要研究的最根本问题。传统的制动方式都是将制动能量转化为制动系统的温升等形式消耗掉,容易引起温升过高和制动元件损耗等问题,并且白白浪费大量的能量,因此,研究一种可以实现下运带式输送机的安全制动并能有效回收制动能量的制动系统意义重大。本文以理论研究、仿真分析和试验验证相结合的方式,以四象限变频器的应用来实现下运带式输送机的回馈制动为目的,结合对液压软制动系统的应用研究,实现下运带式输送机在安全运行的前提下尽可能多的回收制动能量,旨在提高煤炭企业的经济效益,为下运带式输送机的制动系统研究提供一定的理论依据。在详细分析了四象限变频回馈系统的工作原理和控制方式的基础上,基于变频回馈时的能量转换原理,得到了回馈过程中的能量转化关系;建立了回馈系统在不同坐标系下的数学模型,应用前馈解耦和电流电压双闭环的控制策略来实现回馈过程中再生电能以单位功率因数回馈电网的目的,并在Simulink中搭建了能量回馈系统的仿真模型,对回馈控制的效果进行了仿真分析,证明了控制策略的正确性。为解决回馈制动系统在断电时无法实现安全制动的问题,本文通过综合分析下运带式输送机的运行特性和现有制动装置特点,对不同工况下的制动策略进行了研究,提出了“回馈制动+液压软制动”的联合制动方式,在重载制动工况下尽可能多的回收制动能量,同时降低电气设备的损耗、提高效率。并提出了应用液压软制动来解决突然断电时的安全停车问题。随后,在Simulink和AMESim中对下运带式输送机两种工况下的制动分别进行了仿真分析,揭示了回馈系统的制动控制规律。通过以上研究并结合实际工况,本文还组建了下运带式输送机模拟试验台,设计了回馈制动系统分别在空载和重载下的试验,对这两种负载状态下的运行规律进行了实验研究,并对回馈过程中的电流电压进行了检测。试验结果表明:变频系统对下运带式输送机的软起动控制效果较好,并且在运行过程中有着较好的调速性能;变频回馈技术在下运带式输送机的应用可以很好地解决制动过程的能量回馈问题,回馈时的功率因素高、谐波污染小,还证明了“回馈制动+软制动”的必要性;液压软制动系统的应用也很好地实现了下运带式输送机的安全制动问题。
【关键词】：下运带式输送机 能量回馈 安全制动 四象限变频器
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH222
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 课题研究的背景与意义12-14
• 1.2 下运带式输送机制动技术研究现状14-15
• 1.3 现有研究存在的问题15-16
• 1.4 本课题主要研究内容16-17
• 1.5 技术路线17
• 1.6 本章小结17-19
• 第二章 下运带式输送机变频控制理论研究19-27
• 2.1 四象限变频技术的研究19-24
• 2.1.1 四象限变频器的工作原理20-22
• 2.1.2 四象限变频器的调速控制方式22-24
• 2.2 回馈制动的实现条件和制动能量转化的计算24-26
• 2.2.1 变频回馈的条件24
• 2.2.2 回馈制动时能量转化的计算24-26
• 2.3 本章小结26-27
• 第三章 制动能量回馈控制的实现及其仿真27-43
• 3.1 回馈系统工作原理及其数学模型27-31
• 3.1.1 回馈系统的工作原理27-28
• 3.1.2 能量回馈单元的数学模型28-31
• 3.2 回馈系统的控制研究31-33
• 3.3 SVPWM调制算法在回馈系统的应用33-36
• 3.4 能量回馈系统的Simulink仿真36-42
• 3.4.1 仿真说明36-37
• 3.4.2 系统建模与仿真分析37-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第四章 下运带式输送机的运行特性与安全制动研究43-61
• 4.1 下运带式输送机运行工况分析43-46
• 4.1.1 下运带式输送机起动阶段44
• 4.1.2 下运带式输送机稳定运行阶段44-45
• 4.1.3 下运带式输送机制动停车阶段45-46
• 4.2 下运带式输送机制动系统的分析46-50
• 4.2.1 机械式制动装置46-47
• 4.2.2 液压式制动装置47-48
• 4.2.3 液力制动系统48-49
• 4.2.4 电气制动系统49-50
• 4.3 液压辅助制动系统的研究50-52
• 4.3.1 液压软制动系统的工作原理50-51
• 4.3.2 液压软制动系统的数学模型51-52
• 4.4 各制动工况下的制动策略研究52-54
• 4.4.1 超速保护的制动策略52-53
• 4.4.2 正常停车制动的制动策略53
• 4.4.3 紧急停车或断电工况的制动策略53-54
• 4.5 下运带式输送机各制动工况的仿真分析54-59
• 4.5.1 超速制动的仿真分析55-56
• 4.5.2 正常停车制动的仿真分析56-59
• 4.6 本章小结59-61
• 第五章 下运带式输送机能量回馈制动系统的试验研究61-79
• 5.1 下运带式输送机试验系统建立61-62
• 5.2 试验系统的组成及其主要参数62-64
• 5.2.1 试验系统的组成62-64
• 5.2.2 试验系统的基本参数64
• 5.3 试验内容64-65
• 5.4 检测元件的选用65-69
• 5.5 模拟试验结果及分析69-77
• 5.5.1 空载运行变频制动试验69-72
• 5.5.2 重载运行变频制动试验72-74
• 5.5.3 重载运行时的电流电压检测试验74-76
• 5.5.4 断电工况的制动试验76-77
• 5.6 工业试验研究77-78
• 5.7 本章小结78-79
• 第六章 结论与展望79-81
• 6.1 本文的研究结论79-80
• 6.2 研究展望80-81
• 参考文献81-85
• 攻读硕士期间发表的学术论文85-87
• 致谢87

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本文编号：903717