本文關(guān)鍵詞：礦用運(yùn)輸設(shè)備專(zhuān)用開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

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【摘要】：我國(guó)礦井量大面廣,井下運(yùn)輸作為煤礦生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié),使得運(yùn)輸設(shè)備在煤礦各類(lèi)機(jī)械設(shè)備中所占比例很大。礦用運(yùn)輸設(shè)備的節(jié)能效果、技術(shù)先進(jìn)程度以及安全可靠性,都是影響煤礦生產(chǎn)的重要因素。隨著當(dāng)前大、中型礦井的快速發(fā)展,礦用運(yùn)輸設(shè)備驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與選型成為礦井建設(shè)的重要課題。礦用電機(jī)車(chē)是我國(guó)礦井最為常見(jiàn)的輔助運(yùn)輸設(shè)備,目前大多采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。由于配有換向器和電刷,直流電機(jī)的機(jī)械磨損大且容易產(chǎn)生電火花,導(dǎo)致電機(jī)壽命短、可靠性低、維護(hù)工作量大。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)(Switched Reluctance Motor,簡(jiǎn)稱(chēng)SRM)作為后起之秀,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、調(diào)速性能好、效率高、起動(dòng)及低速運(yùn)行轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)良性能,可實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一級(jí)傳動(dòng)或直接傳動(dòng),擁有交流變頻調(diào)速系統(tǒng)無(wú)法比擬的高性?xún)r(jià)比,將其應(yīng)用于礦用電機(jī)車(chē)應(yīng)該會(huì)有很好的前景。論文基于一臺(tái)額定功率15kW、額定電壓250V、額定轉(zhuǎn)速1190r/min的三相6/4極開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī),設(shè)計(jì)了一種以TMS320F28335 DSP為控制器核心的礦用電機(jī)車(chē)SRM控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制策略：外環(huán)進(jìn)行轉(zhuǎn)速PI調(diào)節(jié),內(nèi)環(huán)進(jìn)行電流斬波控制。結(jié)合礦井實(shí)際工況,系統(tǒng)采用霍爾傳感器位置檢測(cè),由霍爾信號(hào)直接起動(dòng)電機(jī),起動(dòng)后切換為角度換相控制,解決電機(jī)初始位置的確定和運(yùn)行中需優(yōu)化換相角度的問(wèn)題。論文同時(shí)設(shè)計(jì)了系統(tǒng)電源失電制動(dòng)功能,在礦用電機(jī)車(chē)供電接觸網(wǎng)電源消失情況下電機(jī)自動(dòng)切換到發(fā)電回饋制動(dòng)模式,以確保礦用電機(jī)車(chē)的運(yùn)行安全。確定SRM的控制方案后,按照控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)電路制造出實(shí)際控制器,然后通過(guò)軟件設(shè)計(jì)流程圖編寫(xiě)DSP程序,使控制方案得以實(shí)現(xiàn)。電機(jī)臺(tái)架測(cè)試顯示控制效果良好,裝車(chē)運(yùn)行試驗(yàn)顯示驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)靜態(tài)牽引力矩大、運(yùn)行效率高、振動(dòng)小,達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,證明了該控制系統(tǒng)應(yīng)用于礦用電機(jī)車(chē)是可行的。課題控制系統(tǒng)的誕生實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)在礦用運(yùn)輸設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用,也為其它電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用提供了參考。
【關(guān)鍵詞】：開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī) 雙閉環(huán)控制 電流斬波控制 礦用電機(jī)車(chē) 失電制動(dòng)
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TD634
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-15
• 1.1 課題的研究背景與意義10-12
• 1.1.1 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的應(yīng)用背景10
• 1.1.2 礦用電機(jī)車(chē)的電機(jī)選型10-12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 課題的主要研究?jī)?nèi)容13-15
• 第2章 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理15-40
• 2.1 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)及其數(shù)學(xué)模型15-21
• 2.1.1 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和原理15-17
• 2.1.2 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的數(shù)學(xué)模型17-21
• 2.2 SRD系統(tǒng)功率變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)21-23
• 2.3 轉(zhuǎn)子位置傳感器23-31
• 2.3.1 6/4極SRM霍爾位置傳感器安裝和校準(zhǔn)方法24-26
• 2.3.2 電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子角度計(jì)算26-28
• 2.3.3 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的換相控制28-31
• 2.4 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制單元31-35
• 2.4.1 SRD雙閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)31-32
• 2.4.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)32-33
• 2.4.3 電流斬波控制33-34
• 2.4.4 電機(jī)起動(dòng)和制動(dòng)34-35
• 2.5 MATLAB/Simulink建模及仿真35-39
• 2.5.1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)SRD系統(tǒng)建模35-37
• 2.5.2 仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析37-39
• 2.6 本章小結(jié)39-40
• 第3章 礦用電機(jī)車(chē)SRD系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)40-53
• 3.1 功率變換器主電路設(shè)計(jì)及選型41-43
• 3.1.1 功率變換器主電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)41-42
• 3.1.2 功率開(kāi)關(guān)器件選型42-43
• 3.2 IGBT驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)43-44
• 3.3 電機(jī)繞組電流和直流母線電壓監(jiān)測(cè)44-46
• 3.3.1 電機(jī)繞組電流監(jiān)測(cè)電路設(shè)計(jì)44-45
• 3.3.2 直流母線電壓監(jiān)測(cè)電路設(shè)計(jì)45-46
• 3.4 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制器設(shè)計(jì)46-52
• 3.4.1 礦用電機(jī)車(chē)駕駛室操作簡(jiǎn)介46-47
• 3.4.2 基于TMS320F28335 DSP的控制器整體設(shè)計(jì)方案47-48
• 3.4.3 模擬量采樣電路設(shè)計(jì)48-49
• 3.4.4 位置信號(hào)接口電路設(shè)計(jì)49-50
• 3.4.5 PWM信號(hào)輸出電路設(shè)計(jì)50-51
• 3.4.6 顯示器接口電路設(shè)計(jì)51-52
• 3.5 本章小結(jié)52-53
• 第4章 基于DSP的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)53-68
• 4.1 DSP主要寄存器的設(shè)置53-55
• 4.2 主程序設(shè)計(jì)55-57
• 4.3 定時(shí)器中斷程序設(shè)計(jì)57-58
• 4.4 外部中斷程序設(shè)計(jì)58-61
• 4.4.1 電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算程序58-59
• 4.4.2 霍爾信號(hào)換相控制程序59-61
• 4.5 EPWM中斷程序設(shè)計(jì)61-64
• 4.5.1 轉(zhuǎn)子角度計(jì)算程序61-62
• 4.5.2 轉(zhuǎn)子角度換相控制程序62
• 4.5.3 電流斬波控制程序62-64
• 4.6 失電制動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)及故障處理程序64-65
• 4.7 液晶顯示子程序65-67
• 4.8 本章小結(jié)67-68
• 第5章 電機(jī)實(shí)驗(yàn)及其分析68-77
• 5.1 實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)68-69
• 5.2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)樣機(jī)測(cè)試69-73
• 5.3 開(kāi)通角和關(guān)斷角尋優(yōu)實(shí)驗(yàn)73-75
• 5.4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況75-77
• 結(jié)論與展望77-79
• 參考文獻(xiàn)79-82
• 致謝82-83
• 附錄A 中斷程序代碼83-95
• 附錄B 攻讀學(xué)位期間所獲得的軟件著作權(quán)95-96
• 附錄C 攻讀學(xué)位期間所參與的科研項(xiàng)目96

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本文編號(hào)：549801