矿用蓄电池电机车调速与能量回馈系统的研究

发布时间：2021-04-20 10:41

　　矿用电机车作为矿山主要的辅助运输设备,承担着矸石、设备、人员的运输任务,但是矿用电机车技术发展滞后。直流矿用电机车的电机易产生火花对防爆性要求较高。而且,直流电机车一般采用分级调速和能耗制动方式,能量无法回收。交流矿用电机车采用的异步电机功率因数低,导致能量利用率较低。而永磁同步电机采用电气换向,并具有转矩大,功率因素高,能量易回收的优势。为了提高矿用电机车的驱动性能和电池组能量利用率,本文以使用永磁同步电机的矿用电机车为研究对象,对其调速和能量回馈系统进行分析与研究。首先,根据矿用电机车的参数和实际工况,选用永磁同步电机作为牵引电机。并对比永磁同步电机常用的DTC和FOC两种调速控制策略优劣,确定采用FOC控制策略对电机车进行调速。在FOC控制策略中,位置传感器是实现调速的重要组成部分,但在潮湿和高污染的煤矿环境易受影响。本文采用PLL转子位置检测方法配合高频脉振注入法替代机械式位置传感器,提高系统抗干扰能力。然后,分别从矿用电机车的机械制动过程、电机的回馈过程、回馈能量的计算理论、电机车回馈系统电路结构四个角度对能量回馈系统进行了分析。最终,确定了在回馈系统采用双向半桥式DC-DC... 

【文章来源】：安徽理工大学安徽省

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
    1.2 矿用蓄电池电机车发展的关键技术现状
        1.2.1 矿用电机车牵引电机的类型
        1.2.2 矿用电机车牵引电机的控制策略
        1.2.3 矿用电机车能量回馈技术
    1.3 矿用电机车永磁同步电机调速及制动回馈系统的研究现状
        1.3.1 永磁同步电机调速系统
        1.3.2 永磁同步电机制动回馈系统
    1.4 本文主要研究内容
    1.5 本章小结
2 矿用电机车调速系统的研究
    2.1 矿用电机车的实际工况和技术要求
        2.1.1 矿用电机车的实际工况
        2.1.2 调速性能要求
    2.2 矿用电机车永磁同步电机的调速控制方案
        2.2.1 DTC变频调速系统
        2.2.2 FOC变频调速系统
    2.3 永磁同步电机的FOC控制
        2.3.1 FOC控制策略分析
        2.3.2 基于无传感器的FOC控制
    2.4 本章小结
3 矿用电机车制动回馈系统的分析
    3.1 矿用电机车机械制动过程分析
    3.2 矿用电机车能量回馈方案
        3.2.1 矿用电机车回馈过程分析
        3.2.2 电机回馈能量的计算
        3.2.3 回馈系统电路结构
    3.3 本章小结
4 调速与制动回馈系统仿真验证
    4.1 矿用电机车FOC调速系统的仿真
        4.1.1 FOC调速系统子模块设计
        4.1.2 系统仿真结果分析
    4.2 矿用电机车无传感器调速系统的仿真验证
        4.2.1 位置观测器设计
        4.2.2 无传感器调速系统总体设计
        4.2.3 系统仿真结果分析
    4.3 矿用电机车能量回馈系统的仿真及结果分析
        4.3.1 双向DC-DC变换器设计
        4.3.2 系统仿真结果分析
    4.4 本章小结
5 系统软硬件设计
    5.1 控制系统的硬件设计
        5.1.1 主电路
        5.1.2 IPM模块
        5.1.3 电源电路设计
        5.1.4 检测电路
        5.1.5 过压过流保护电路
        5.1.6 驱动隔离电路
    5.2 控制系统的软件设计
        5.2.1 主程序流程图
        5.2.2 系统初始化流程图
        5.2.3 AD中断模块流程图
        5.2.4 系统控制流程图
        5.2.5 PI调节器的设计流程图
    5.3 系统实验验证
    5.4 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑铁芯损耗的内置式永磁同步电机模型参数测量[J]. 张兴华,童歆渝,刘伟.  电力自动化设备. 2018(03)
[2]基于PMSM空间电压矢量控制技术仿真研究[J]. 李忠祥,刘国巍,陈瑞.  中国科技信息. 2018(Z1)
[3]内置式永磁同步电机新的弱磁控制策略研究[J]. 刘勇,余仕求,梁致远.  长江大学学报(自科版). 2018(01)
[4]有轨电车充电装置快速储能优化设计研究[J]. 金雪丰,陈裕楠.  计算机仿真. 2017(05)
[5]基于反电动势PLL法的PMSM无传感器控制研究[J]. 杨立永,谢晓峰,陈智刚.  电力电子技术. 2016(12)
[6]永磁同步电机滑模无传感器矢量控制[J]. 李艳玲.  控制工程. 2016(11)
[7]永磁同步电机矢量控制中的坐标变换和解耦[J]. 龚寄,骆拓.  装备制造技术. 2016(07)
[8]基于超级电容有轨电车的充电装置控制研究[J]. 苏秀娥,朱玲,田炜,邵宜祥.  电力电子技术. 2016(04)
[9]基于滑模观测器的TSMC-PMSM无传感器矢量控制[J]. 唐美玲.  电力电子技术. 2016(02)
[10]基于DSP的异步电机直接转矩控制研究[J]. 刘静,晏永红,蔡暘.  煤炭技术. 2015(10)

博士论文
[1]电动汽车再生制动若干关键问题研究[D]. 赵国柱.南京航空航天大学 2012

硕士论文
[1]基于电池模型的汽车铅酸电池SOC在线估计方法研究[D]. 王标.合肥工业大学 2015
[2]永磁同步电机直接转矩控制仿真研究[D]. 孙楠.西安科技大学 2014
[3]高效双向电动汽车充电机的研究[D]. 胡龙.湖南大学 2014
[4]轮毂电机驱动汽车制动能量复合回收装置研究[D]. 刘玉龙.吉林大学 2014
[5]超级电容智能充电机的研制[D]. 代娟.西南大学 2013
[6]隔爆一体式变频电机结构设计与能量回馈的研究[D]. 贾武豪.沈阳工业大学 2013
[7]城市轨道交通再生制动能量利用技术研究[D]. 张秋瑞.北京交通大学 2012
[8]感应电机直接转矩控制低速性能优化研究[D]. 刘艳科.中南大学 2012
[9]带有LCL滤波器的变频器能量回馈并网控制策略研究[D]. 葛昂.天津大学 2012
[10]电动汽车能量回馈制动系统的研制[D]. 任飞.北京交通大学 2009



本文编号：3149526