基于DSP的交流異步調速技術在礦井主提升中的研究與應用

時間：2024-06-21 15:44:33 機電畢業(yè)論文我要投稿

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　　摘要：礦井主提升是礦井開采生產的重要環(huán)節(jié)，主提升機多采用大功率電機。隨著空間矢量脈寬調制(SVPWM)技術的發(fā)展，交流異步電機的調速性能有了大幅改善。本文介紹了SVPWM的基本原理，并采用德州儀器公司的TMS320F2808作為控制核心，設計出一套交流調速系統(tǒng)，控制性能優(yōu)秀，可較好的滿足礦井主提升的調速要求。

基于DSP的交流異步調速技術在礦井主提升中的研究與應用

　　關鍵詞：礦井主提升;交流調速;空間矢量控制

　　引言

　　礦井生產過程中，主提升是非常重要的一個環(huán)節(jié)，所有井下產出的原煤都需經主提升機提升至地面。為了生產和檢修的需要，提升機必須具有優(yōu)秀的調速性能。過去為了滿足提升機調速性能，常使用直流電機作為驅動，然而直流電機本身結構復雜，造價高昂，維護費用高。三相交流異步電機結構簡單，成本低廉，早已在生產生活中大量應用，受限于調速裝置無法滿足礦井提升機的要求。隨著交流調速技術的發(fā)展，脈寬調制(PWM)、空間矢量脈寬調制(SVPWM)等技術日趨成熟。同時，電力電子技術、控制理論等學科不斷發(fā)展，異步電機的交流調速越來越多的應用于實際工程中。

　　一、異步電機的SVPWM控制理論

　　1.1 電壓空間矢量和磁鏈空間矢量

　　近年來，異步電機的調速控制方式已經發(fā)展到了全數字化的控制方式。由于SVPWM模型簡單，轉矩脈動小且具有較好的諧波抑制能力，在現代交流電機控制中應用廣泛。

　　電壓空間矢量按照電壓所在繞組的空間位置確定，電機定子繞組定義了一個三相靜止的平面坐標系。

　　定子電壓UA，UB，UC分別施加在三個軸線上，形成三個電壓空間矢量UA，UB，UC。三者按正弦規(guī)律變化，合成的空間矢量U是一個以電源角頻率ω旋轉的空間矢量。

　　U=UA+UB+UC (1-1)

　　對于電流空間矢量I和磁鏈空間矢量ψ，有

　　U=RI+ (1-2)

　　忽略定子運行的電阻，式(1-2)可變換為

　　ψ=ψ0+UtΔt(1-3)

　　上式中，ψ0為磁鏈矢量的初始值，Δt為電壓矢量Ui作用的時間。

　　1.2 電壓空間矢量分析

　　圖1所示為一個典型的PWM變流器的逆變部分，圖中上橋臂V1，V2，V3三個功率管在導通狀態(tài)下表示為1，關斷狀態(tài)下表示為0。下橋臂V2，V4，V6與其狀態(tài)正好相反。顯然，電路有8種開關狀態(tài)(000，001，011，010，100，110，111，101)，因此，三相逆變電路輸出

　　二、電壓空間矢量SVPWM的實現

　　2.1 系統(tǒng)硬件設計

　　對于礦井主提升機而言，功率動輒上百千瓦甚至上千千瓦，考慮到系統(tǒng)的安全穩(wěn)定、抗干擾以及檢修的方便性等因素，本系統(tǒng)采用控制部分與功率部分兩部分在空間上隔離運行，強弱電獨立供電。控制部分主要有CPU、電源等模塊。功率部分是系統(tǒng)的強電部分，由主開關電路、電流檢測電路等組成。圖3為系統(tǒng)硬件總框圖。

　　TMS320F2808是IT公司的16位DSP，片內有128KB的FLASH、36KB的RAM。EVA和EVB，每個事件管理器包含兩個16位通用定時器、16個脈寬調制通道、4個比較單元、4個捕獲單元以及2個正交編碼脈沖電路。在系統(tǒng)控制電路中，采用DSP中的脈寬調制單元實現PWM輸出可極大節(jié)省波形生成電路，簡化軟硬件設計，提高程序讀寫效率。

　　礦井日常生產中，井上井下提升機車房內生產環(huán)境較為惡劣，DSP電路板在制作完成之后需進行封裝，避免受潮。

　　2.2 軟件設計

　　DSP主程序將完成系統(tǒng)初始化、模塊初始化、中斷系統(tǒng)設置等工作。這些模塊包括：輸入/輸出模塊、ADC模塊、事件管理器EVA和EVB模塊。

　　TPWM值選取越小，則電機旋轉磁場越逼近正圓形，圖4為主程序流程圖。

　　圖4 主程序流程圖

　　由于功率器件開關頻率的限制，TPWM取值無法過小，DSP周期寄存器的周期為TPWM/2，為方便編程，將t1、t2 置換為t1/ (TPWM/2)、t2/(TPWM/2)。

　　三、結語

　　在礦井實際生產中，功率單元選用英飛凌公司的IGBT，驅動一臺1140kW的三相交流異步電機，應用效果良好。

　　基于TMS320F2808 DSP的全數字控制系統(tǒng)通過軟硬件結合實現了空間矢量脈寬調制控制，配合功率模塊、過程控制模塊、故障診斷模塊、總線通訊模塊等各個部分，實現了礦井主提升的全自動化、數字化，調速性能優(yōu)秀。

　　參考文獻：

　　[1]李華德.電力拖動自動控制系統(tǒng)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.

　　[2]蘇奎峰.TMS320X281X DSP原理及C程序開發(fā)[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008.