矿井提升机能量回收和存储系统的研究与实现

发布时间：2017-09-07 21:48

  本文关键词：矿井提升机能量回收和存储系统的研究与实现

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【摘要】：连接地上与地下的“咽喉要道”的提升机在矿井的正常生产作业中有着不可替代的作用。作为人员、设备等运输的关键通道,其稳定、可靠的运行是矿山企业可以安全生产的可靠保障。目前所采用的传统矿井提升机状态监测系统主要通过地面机房对牵引机的控制来实现,而不能对罐笼部分的具体情况做出有效的判断。究其原因,主要是由于矿井提升机的使用环境要求,特别是煤矿等易燃易爆矿矿井的特殊环境要求,再或者井道垂直高度较大等因素,都无法通过随行电缆的方式将电力输送至罐笼内部,使得无法有效地对罐笼进行状态监测。在类似煤矿等的特殊场合,出于对安全的考虑,无法通过电缆连接的方式,国家对此也有相关的安全在标准。因此需要从罐笼内部着手,考虑到提升机在上下运行的过程中,存在着大量的能量可供回收利用,因此如果能将这部分能量加以回收并通过适当的存储器件,再将这部分能量供给罐笼,便可实现对罐笼实时运行状态的监控,提供有效的照明,甚至可以使用电动卷帘门,提高罐笼的自动化程度,从而减少罐笼对井下劳动力的需求,因此具有一定的理论和现实意义。本文将围绕能量的储能与利用进行开展,主要思路为发电—存储—利用。首先从目前的技术需求分析开始,对罐笼能量回收可行性进行分析。接着对不同的储能方式进行分析,通过比较储能方式的特点、特性等,最终选取超级电容器加铅酸蓄电池的复合电源的形式作为系统的储能单元。接着分析了罐笼的运行状态,从不同模式分析了各个电路所处的工作状态,从需求出发,分析了各电路的使用功能,以及相应的技术指标,接着计算相关参数。通过使用MATLAB、PSIM、Saber等仿真软件对系统进行了相应的分析,对各电路模块的功能进行了验证。而为了满足系统的各类需求,使用基于DSP的控制电路,配合相应的外围电路构成整个控制系统。同时对整个系统控制方法以及软件设计思路进行的相关分析。最后搭建实验电路,并对系统主要的电路模块进行测试。主要从储能单元开始入手,测试了超级电容器模组以及蓄电池的充、放电电路,功率输出入电路的相关测试。最终结果表明该系统可以实现对可回收能量的快速存储与合理利用,能够满足罐笼内部的用电需求。
【关键词】：矿井提升机 罐笼 自动化 能量回收 储能 DSP
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD534
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 课题背景11-12
• 1.2 课题的目的和意义12-13
• 1.3 国内外研究现状13-15
• 1.4 课题的主要研究内容15-16
• 第二章 矿井提升机特性与技术需求分析16-20
• 2.1 矿井提升机工作简介16-18
• 2.2 提升机的工作特性18
• 2.3 矿井提升机技术需求分析18
• 2.4 本章小结18-20
• 第三章 矿井提升机能量回收可行性分析20-30
• 3.1 矿井提升机提升机能量流向分析20-21
• 3.1.1 矿井提升机上升过程的能量流向20-21
• 3.1.2 矿井提升机下降过程的能量流向21
• 3.2 矿井提升机能量回收方案选取21-22
• 3.2.1 矿井提升机发电机安装可行性分析21-22
• 3.2.2 矿井提升机能量回收系统主要负载分析22
• 3.3 矿井提升机能量存储方案选取22-29
• 3.3.1 飞轮储能23-24
• 3.3.2 超导磁储能24
• 3.3.3 超级电容器储能24-26
• 3.3.4 电化学电池储能26-28
• 3.3.5 复合式电源储能28-29
• 3.4 本章小结29-30
• 第四章 矿井提升机能量回收系统工作模式30-36
• 4.1 能量回收系统的总体结构30-31
• 4.2 系统工作模式分析31-35
• 4.2.1 罐笼运行阶段32-33
• 4.2.2 罐笼停止且超级电容器模组电量充足33
• 4.2.3 罐笼停止且超级电容器模组电路不足33-34
• 4.2.4 风机正常工作34-35
• 4.3 本章小结35-36
• 第五章 矿井提升机能量回收系统硬件电路设计36-68
• 5.1 发电机侧整流调压电路36-50
• 5.1.1 主发电机整流调压电路36-46
• 5.1.2 风机整流调压电路46-50
• 5.2 超级电容器模组直流调压电路50-53
• 5.3 蓄电池直流调压电路53-54
• 5.4 负载端直流调压电路54-61
• 5.4.1 电路结构54-58
• 5.4.3 RCD箝位电路58-61
• 5.5 驱动电路61-64
• 5.6 温度检测64
• 5.7 采样调理电路64-67
• 5.8 本章小结67-68
• 第六章 矿井提升机能量回收系统仿真分析及软件设计68-77
• 6.1 双向DC-DC变换器68-69
• 6.2 反馈环路设计69-72
• 6.2.1 PI控制器70-71
• 6.2.2 PI算法设计71-72
• 6.3 复合式电源储能系统72-76
• 6.3.1 复合式电源储能72-75
• 6.3.2 复合电源放电75-76
• 6.5 本章小结76-77
• 第七章 矿井提升机能量回收和存储系统的实验结果与分析77-87
• 7.1 实验装置77-79
• 7.2 电路实验79-84
• 7.2.1 超级电容器充电方法验证79-81
• 7.2.2 负载测试81-83
• 7.2.3 蓄电池充电83-84
• 7.3 现场测试84-86
• 7.4 本章小结86-87
• 第八章 总结与展望87-89
• 参考文献89-94
• 致谢94-95
• 论文发表95

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