本文選題：礦用電機(jī)車　切入點(diǎn)：永磁同步電機(jī)　出處：《安徽理工大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：礦用電機(jī)車是煤礦生產(chǎn)運(yùn)輸過程中的常用設(shè)備,其工作性能和安全性能直接關(guān)系到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。傳統(tǒng)的電機(jī)車多采用鉛酸蓄電池作為驅(qū)動(dòng)電源,但其具有體積大、續(xù)航能力差、充電時(shí)間長、維護(hù)工作麻煩等缺點(diǎn),迫切需要性能更高使用更安全的電源來替代。近年來隨著矢量控制技術(shù)的日益成熟,電機(jī)車控制系統(tǒng)多采用矢量控制,其控制的關(guān)鍵問題在于如何準(zhǔn)確獲取轉(zhuǎn)子的角度和速度。本文以超級(jí)電容礦用電機(jī)車矢量控制系統(tǒng)為對(duì)象,重點(diǎn)研究系統(tǒng)無傳感器控制的實(shí)現(xiàn)。本文首先介紹了電機(jī)車永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu),建立了永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型,并對(duì)永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)進(jìn)行分析,最終確定id=0控制方式為系統(tǒng)矢量控制方式。系統(tǒng)矢量控制的核心是如何準(zhǔn)確獲取轉(zhuǎn)子位置信息,針對(duì)基于基波激勵(lì)的檢測(cè)方法對(duì)電機(jī)參數(shù)依賴、低速時(shí)準(zhǔn)確度差的問題,確定了注入高頻旋轉(zhuǎn)電壓,通過其響應(yīng)電流來提取轉(zhuǎn)子信號(hào)的方法對(duì)轉(zhuǎn)子角度和速度進(jìn)行檢測(cè)。該方法主要由注入高頻電壓信號(hào)、提取高頻響應(yīng)負(fù)序電流、觀測(cè)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)這幾個(gè)步驟組成。在對(duì)響應(yīng)電流的濾波處理環(huán)節(jié),為避免濾波后信號(hào)的相位滯后和幅值衰減問題,本文中沒有采用帶阻濾波器和帶通濾波器,而是選用了由高通濾波器組成的濾波環(huán)節(jié),采用同步軸系濾波方式,減少信號(hào)失真和信號(hào)的偏移。轉(zhuǎn)子信號(hào)觀測(cè)本文則采用龍貝格觀測(cè)器,對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母纳?使其能更準(zhǔn)確地得到轉(zhuǎn)子角度和速度。此外由于高頻電流響應(yīng)信號(hào)中轉(zhuǎn)子信號(hào)是以兩倍頻率的形式存在的,需要對(duì)轉(zhuǎn)子初始位置進(jìn)一步檢測(cè),本文介紹了利用轉(zhuǎn)子鐵芯飽和效應(yīng)確定轉(zhuǎn)子磁極的具體方法,使高頻信號(hào)檢測(cè)法的結(jié)果更加精確。對(duì)于礦用電機(jī)車的驅(qū)動(dòng)電源,本文選用超級(jí)電容器來代替鉛酸蓄電池,將兩者進(jìn)行對(duì)比,從循環(huán)效率、續(xù)航能力等方面進(jìn)行了分析比較。此外還介紹超級(jí)電容器的充電方法,以及實(shí)際應(yīng)用中使用和維護(hù)方法。基于以上所做的研究,搭建了礦用電機(jī)車永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的Matlab仿真模型,對(duì)轉(zhuǎn)子初始位置檢測(cè)和轉(zhuǎn)子角度速度檢測(cè)以及矢量控制策略進(jìn)行了驗(yàn)證。最后設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的軟硬件部分,仿真和實(shí)驗(yàn)表明,采用高頻電壓信號(hào)注入的無傳感器矢量控制方法準(zhǔn)確有效,能夠滿足礦用電機(jī)車的運(yùn)行需要。
[Abstract]:Mine electric locomotive is a common equipment in the process of coal mine production and transportation. Its working performance and safety performance are directly related to the economic benefits of enterprises. Traditional electric locomotives often use lead-acid batteries as driving power, but their size is large. In recent years, with the increasing maturity of vector control technology, the electric locomotive control system adopts vector control, because of its disadvantages such as poor endurance, long charging time, trouble in maintenance, and so on, so it is urgent to use more safe power source to replace it. The key problem of the control is how to accurately obtain the angle and speed of the rotor. In this paper, the structure of permanent magnet synchronous motor (PMSM) of electric locomotive is introduced, the mathematical model of PMSM is established, and the vector control system of PMSM is analyzed. The key of the system vector control is how to obtain the rotor position information accurately, aiming at the problem that the detection method based on the fundamental excitation depends on the motor parameters and the accuracy is poor at low speed. The rotor angle and velocity are detected by the method of extracting rotor signal by its response current, which is mainly composed of high frequency input voltage signal and negative sequence current of high frequency response. In order to avoid the phase lag and amplitude attenuation of the filtered signal, there are no bandstop filters and bandpass filters in this paper. Instead, the filter link composed of high-pass filter is selected, and the synchronous shafting filter is adopted to reduce the distortion and deviation of the signal. In this paper, the Romberg observer is used for rotor signal observation, and the structure of the filter is improved appropriately. In addition, since the rotor signal in the high frequency current response signal is in the form of double frequency, the initial position of the rotor needs to be further detected. This paper introduces the method of determining rotor magnetic pole by using the saturation effect of rotor core, which makes the result of high frequency signal detection more accurate. For the driving power supply of mine electric locomotive, supercapacitor is used instead of lead-acid battery in this paper. In addition, the charging methods of supercapacitors, as well as the methods used and maintained in practical applications, are also introduced. The Matlab simulation model of permanent magnet synchronous motor vector control system for mine electric locomotive is built, and the initial rotor position detection, rotor angle and speed detection and vector control strategy are verified. Finally, the software and hardware parts of the system are designed. Simulation and experiments show that the sensorless vector control method with high frequency voltage signal injection is accurate and effective and can meet the needs of mine electric locomotive.
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TD64;TM341

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