本文關鍵詞：礦井提升機能量回收和存儲系統(tǒng)的研究與實現

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【摘要】：連接地上與地下的“咽喉要道”的提升機在礦井的正常生產作業(yè)中有著不可替代的作用。作為人員、設備等運輸的關鍵通道,其穩(wěn)定、可靠的運行是礦山企業(yè)可以安全生產的可靠保障。目前所采用的傳統(tǒng)礦井提升機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)主要通過地面機房對牽引機的控制來實現,而不能對罐籠部分的具體情況做出有效的判斷。究其原因,主要是由于礦井提升機的使用環(huán)境要求,特別是煤礦等易燃易爆礦礦井的特殊環(huán)境要求,再或者井道垂直高度較大等因素,都無法通過隨行電纜的方式將電力輸送至罐籠內部,使得無法有效地對罐籠進行狀態(tài)監(jiān)測。在類似煤礦等的特殊場合,出于對安全的考慮,無法通過電纜連接的方式,國家對此也有相關的安全在標準。因此需要從罐籠內部著手,考慮到提升機在上下運行的過程中,存在著大量的能量可供回收利用,因此如果能將這部分能量加以回收并通過適當的存儲器件,再將這部分能量供給罐籠,便可實現對罐籠實時運行狀態(tài)的監(jiān)控,提供有效的照明,甚至可以使用電動卷簾門,提高罐籠的自動化程度,從而減少罐籠對井下勞動力的需求,因此具有一定的理論和現實意義。本文將圍繞能量的儲能與利用進行開展,主要思路為發(fā)電—存儲—利用。首先從目前的技術需求分析開始,對罐籠能量回收可行性進行分析。接著對不同的儲能方式進行分析,通過比較儲能方式的特點、特性等,最終選取超級電容器加鉛酸蓄電池的復合電源的形式作為系統(tǒng)的儲能單元。接著分析了罐籠的運行狀態(tài),從不同模式分析了各個電路所處的工作狀態(tài),從需求出發(fā),分析了各電路的使用功能,以及相應的技術指標,接著計算相關參數。通過使用MATLAB、PSIM、Saber等仿真軟件對系統(tǒng)進行了相應的分析,對各電路模塊的功能進行了驗證。而為了滿足系統(tǒng)的各類需求,使用基于DSP的控制電路,配合相應的外圍電路構成整個控制系統(tǒng)。同時對整個系統(tǒng)控制方法以及軟件設計思路進行的相關分析。最后搭建實驗電路,并對系統(tǒng)主要的電路模塊進行測試。主要從儲能單元開始入手,測試了超級電容器模組以及蓄電池的充、放電電路,功率輸出入電路的相關測試。最終結果表明該系統(tǒng)可以實現對可回收能量的快速存儲與合理利用,能夠滿足罐籠內部的用電需求。
【關鍵詞】：礦井提升機 罐籠 自動化 能量回收 儲能 DSP
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TD534
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-16
• 1.1 課題背景11-12
• 1.2 課題的目的和意義12-13
• 1.3 國內外研究現狀13-15
• 1.4 課題的主要研究內容15-16
• 第二章 礦井提升機特性與技術需求分析16-20
• 2.1 礦井提升機工作簡介16-18
• 2.2 提升機的工作特性18
• 2.3 礦井提升機技術需求分析18
• 2.4 本章小結18-20
• 第三章 礦井提升機能量回收可行性分析20-30
• 3.1 礦井提升機提升機能量流向分析20-21
• 3.1.1 礦井提升機上升過程的能量流向20-21
• 3.1.2 礦井提升機下降過程的能量流向21
• 3.2 礦井提升機能量回收方案選取21-22
• 3.2.1 礦井提升機發(fā)電機安裝可行性分析21-22
• 3.2.2 礦井提升機能量回收系統(tǒng)主要負載分析22
• 3.3 礦井提升機能量存儲方案選取22-29
• 3.3.1 飛輪儲能23-24
• 3.3.2 超導磁儲能24
• 3.3.3 超級電容器儲能24-26
• 3.3.4 電化學電池儲能26-28
• 3.3.5 復合式電源儲能28-29
• 3.4 本章小結29-30
• 第四章 礦井提升機能量回收系統(tǒng)工作模式30-36
• 4.1 能量回收系統(tǒng)的總體結構30-31
• 4.2 系統(tǒng)工作模式分析31-35
• 4.2.1 罐籠運行階段32-33
• 4.2.2 罐籠停止且超級電容器模組電量充足33
• 4.2.3 罐籠停止且超級電容器模組電路不足33-34
• 4.2.4 風機正常工作34-35
• 4.3 本章小結35-36
• 第五章 礦井提升機能量回收系統(tǒng)硬件電路設計36-68
• 5.1 發(fā)電機側整流調壓電路36-50
• 5.1.1 主發(fā)電機整流調壓電路36-46
• 5.1.2 風機整流調壓電路46-50
• 5.2 超級電容器模組直流調壓電路50-53
• 5.3 蓄電池直流調壓電路53-54
• 5.4 負載端直流調壓電路54-61
• 5.4.1 電路結構54-58
• 5.4.3 RCD箝位電路58-61
• 5.5 驅動電路61-64
• 5.6 溫度檢測64
• 5.7 采樣調理電路64-67
• 5.8 本章小結67-68
• 第六章 礦井提升機能量回收系統(tǒng)仿真分析及軟件設計68-77
• 6.1 雙向DC-DC變換器68-69
• 6.2 反饋環(huán)路設計69-72
• 6.2.1 PI控制器70-71
• 6.2.2 PI算法設計71-72
• 6.3 復合式電源儲能系統(tǒng)72-76
• 6.3.1 復合式電源儲能72-75
• 6.3.2 復合電源放電75-76
• 6.5 本章小結76-77
• 第七章 礦井提升機能量回收和存儲系統(tǒng)的實驗結果與分析77-87
• 7.1 實驗裝置77-79
• 7.2 電路實驗79-84
• 7.2.1 超級電容器充電方法驗證79-81
• 7.2.2 負載測試81-83
• 7.2.3 蓄電池充電83-84
• 7.3 現場測試84-86
• 7.4 本章小結86-87
• 第八章 總結與展望87-89
• 參考文獻89-94
• 致謝94-95
• 論文發(fā)表95

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本文編號：810092