顺和矿副井提升机交直交变频驱动关键技术研究

发布时间：2020-07-13 09:13

【摘要】：矿山生产中,提升机是连接井下与地面的枢纽,其可靠性和输送效率直接影响煤矿生产的安全和经济效益。本文以永煤集团顺和矿副井提升机调速系统设计为研究背景,对大功率三电平交直交变频驱动系统关键技术进行了研究。提升系统采用大功率同步电机三电平变频调速系统,电控系统采用“全数字变频控制+多PLC网络控制+上位机诊断与监控+局域网信息互联”控制模式。本文首先根据顺和矿副井设计要求对提升系统提升方式及传动方案进行了设计,通过对提升系统运动学和动力学分析,完成了同步电动机的选择和校验,在此基础上设计了背靠背三电平交直交变频调速系统的主回路,并进行了主要元件的选型计算工作。分析了三电平变换器的工作原理,介绍了一种基于参考电压矢量分解的简化三电平SVPWM算法,并对算法进行了仿真验证。针对三电平变换器中点电位波动问题,本文提出了一种三电平逆变器中点电位平衡控制策略,仿真和实验验证了控制算法的有效性。本文建立了电励磁同步电机的数学模型,深入研究了同步电动机气隙磁链定向矢量控制策略。针对传统电压、电流磁链观测模型的缺点,文章采用了一种混合磁链观测模型,可在全速域内达到良好的观测效果。建立同步电动机气隙磁链定向矢量控制系统,对控制系统进行了仿真分析,并搭建实验平台,对同步电动机调速系统性能进行了实验研究。最后对提升机电控系统进行了设计,包括系统的高压配电柜、变压器、同步电机定子侧变流器、励磁整流器、低压配电系统以及调节柜等,给出了电控系统的具体实施方案和保护系统。系统采用多PLC网络系统,分别用于提升系统的行程控制、故障保护等,提高了系统运行的可靠性。不同工况下副井提升机的现场运行情况和试验研究证明了所设计大功率三电平交直交变频驱动系统方案的正确性。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD534
【图文】：

3 三电平交直交变频器调制策略研究“饱和”，此时取值为 1，此时七段式 SVPWM 将变为五段式，中点电位平衡将以谐波增加为代价。3.4 实验研究（Experimental Research）为了验证本文简化三电平 SVPWM 算法及中点电位平衡控制策略的有效性，搭建二极管箝位式三电平逆变器实验平台，控制电路采用 DSP+FPGA+CPLD 控制结构，并通过 ADS7869 芯片完成直流母线电压的采集。整流器采用同样的三电平可控整流电路，采用双闭环矢量控制，实验参数与仿真参数设置一致。

图4-11 (a)为利用扭矩传感器实测的电机转矩波形，(b)为电机速度波形和三相电流波形。负载变化时，电机转速几乎不受影响，三相电流正弦度高，谐波畸变率低。

(a) 正向提升 (b) 反向提升图 5-9 同步电动机现场运行情况Figure 5-9 Field operation waveform of synchronous motor图 5-9 为正向提升和反向提升时电励磁同步电机运行波形，CH1-CH4 分别为电机定子转矩电流、转子励磁电流、气隙磁链幅值和电机转速。可以看到，系统正、反提升过程中都有很好的电气性能，电励磁同步电机气隙磁链幅值几乎不变，速度跟踪效果良好。图 5-10 为电机高速运行时的定子线电压和电流波形，CH1 为 a 相和 b 相间的线电压，CH2 为 a 相电流。三电平逆变器输出线电压为五阶梯波，且具有很好的对称性，输出电流接近正弦波。

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本文编号：2753257