【摘要】：礦山生產(chǎn)中,提升機是連接井下與地面的樞紐,其可靠性和輸送效率直接影響煤礦生產(chǎn)的安全和經(jīng)濟效益。本文以永煤集團順和礦副井提升機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計為研究背景,對大功率三電平交直交變頻驅(qū)動系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)進行了研究。提升系統(tǒng)采用大功率同步電機三電平變頻調(diào)速系統(tǒng),電控系統(tǒng)采用“全數(shù)字變頻控制+多PLC網(wǎng)絡(luò)控制+上位機診斷與監(jiān)控+局域網(wǎng)信息互聯(lián)”控制模式。本文首先根據(jù)順和礦副井設(shè)計要求對提升系統(tǒng)提升方式及傳動方案進行了設(shè)計,通過對提升系統(tǒng)運動學(xué)和動力學(xué)分析,完成了同步電動機的選擇和校驗,在此基礎(chǔ)上設(shè)計了背靠背三電平交直交變頻調(diào)速系統(tǒng)的主回路,并進行了主要元件的選型計算工作。分析了三電平變換器的工作原理,介紹了一種基于參考電壓矢量分解的簡化三電平SVPWM算法,并對算法進行了仿真驗證。針對三電平變換器中點電位波動問題,本文提出了一種三電平逆變器中點電位平衡控制策略,仿真和實驗驗證了控制算法的有效性。本文建立了電勵磁同步電機的數(shù)學(xué)模型,深入研究了同步電動機氣隙磁鏈定向矢量控制策略。針對傳統(tǒng)電壓、電流磁鏈觀測模型的缺點,文章采用了一種混合磁鏈觀測模型,可在全速域內(nèi)達到良好的觀測效果。建立同步電動機氣隙磁鏈定向矢量控制系統(tǒng),對控制系統(tǒng)進行了仿真分析,并搭建實驗平臺,對同步電動機調(diào)速系統(tǒng)性能進行了實驗研究。最后對提升機電控系統(tǒng)進行了設(shè)計,包括系統(tǒng)的高壓配電柜、變壓器、同步電機定子側(cè)變流器、勵磁整流器、低壓配電系統(tǒng)以及調(diào)節(jié)柜等,給出了電控系統(tǒng)的具體實施方案和保護系統(tǒng)。系統(tǒng)采用多PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),分別用于提升系統(tǒng)的行程控制、故障保護等,提高了系統(tǒng)運行的可靠性。不同工況下副井提升機的現(xiàn)場運行情況和試驗研究證明了所設(shè)計大功率三電平交直交變頻驅(qū)動系統(tǒng)方案的正確性。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TD534
【圖文】：

3 三電平交直交變頻器調(diào)制策略研究“飽和”，此時取值為 1，此時七段式 SVPWM 將變?yōu)槲宥问剑悬c電位平衡將以諧波增加為代價。3.4 實驗研究（Experimental Research）為了驗證本文簡化三電平 SVPWM 算法及中點電位平衡控制策略的有效性，搭建二極管箝位式三電平逆變器實驗平臺，控制電路采用 DSP+FPGA+CPLD 控制結(jié)構(gòu)，并通過 ADS7869 芯片完成直流母線電壓的采集。整流器采用同樣的三電平可控整流電路，采用雙閉環(huán)矢量控制，實驗參數(shù)與仿真參數(shù)設(shè)置一致。

圖4-11 (a)為利用扭矩傳感器實測的電機轉(zhuǎn)矩波形，(b)為電機速度波形和三相電流波形。負載變化時，電機轉(zhuǎn)速幾乎不受影響，三相電流正弦度高，諧波畸變率低。

(a) 正向提升 (b) 反向提升圖 5-9 同步電動機現(xiàn)場運行情況Figure 5-9 Field operation waveform of synchronous motor圖 5-9 為正向提升和反向提升時電勵磁同步電機運行波形，CH1-CH4 分別為電機定子轉(zhuǎn)矩電流、轉(zhuǎn)子勵磁電流、氣隙磁鏈幅值和電機轉(zhuǎn)速。可以看到，系統(tǒng)正、反提升過程中都有很好的電氣性能，電勵磁同步電機氣隙磁鏈幅值幾乎不變，速度跟蹤效果良好。圖 5-10 為電機高速運行時的定子線電壓和電流波形，CH1 為 a 相和 b 相間的線電壓，CH2 為 a 相電流。三電平逆變器輸出線電壓為五階梯波，且具有很好的對稱性，輸出電流接近正弦波。

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本文編號：2753257