矿井提升机大功率交流驱动系统的设计与研究

摘要

在整个矿山中，提升机负责人员、设备、物料的运送，是井上与井下的连接枢纽，提升机的可靠性以及生产效率一直是人们关注和研究的热点。传统的提升机一般采用接触器—继电器的方式进行控制，这种控制方式有着功率小、效率低、结构简单等特点，目前已经被逐渐淘汰。随着技术的不断提升，我国矿山生产设备不断向着新型化、智能化、大功率化方向发展，大功率、高效率已成为矿业未来的发展趋势。驱动系统作为提升机能量传输以及调速的关键设备，对其研究一直具有重要的意义。因此，本文选择了对提升机的大功率交流驱动系统进行了研究。
　　本文首先对电力电子装置的发展前景和交流驱动系统的发展现状进行了介绍，通过分析提升机系统的整体结构，明确驱动系统部分在整个系统中所起的作用，分析对比三种常用的提升机交流调速方式，综合比较其中的优缺点，选择一种适用于提升机大功率交流驱动系统，即交—直—交变频调速系统。
　　其次，以大功率永磁同步电机作为提升机的动力装置，交—直—交电路作为系统的主电路，主电路的控制方式采用直接转矩控制。介绍了永磁同步电机的工作原理，并对直接转矩控制技术进行了详细的分析。针对传统的直接转矩控制所带来的转矩脉动大、开关频率不稳的缺点，本文将空间矢量脉宽调制技术（SVPWM）引入到了同步电机直接转矩系统中。针对两电平逆变器输出电压谐波含量高、不适应于高电压、大功率的情况，本文又引入了三电平逆变器，并加入了SVPWM和直接转矩控制技术，对其工作原理进行了着重分析。
　　再次，针对矿山中的特殊的电压等级以及恶劣的生产环境，对交—直—交电压源型主电路进行了参数选型设计，并在 TI公司生产的的DSP芯片 TMS320F2812的基础上对永磁同步电机直接转矩控制系统进行了硬件和软件设计，为构建矿井提升机驱动系统及永磁同步电机的直接转矩系统的进一步研究具有一定的指导作用。
　　最后，对提升机两电平逆变器直接转矩控制技术和三电平逆变器SVPWM直接转矩控制技术分别进行了仿真分析，在 MATLAB/SIMULINK软件平台上，分别建立了仿真模型，并对仿真模型进行了仿真实验，仿真结果表明，两种控制方式各有特点，在提升机大功率驱动系统方面，选用三电平逆变器SVPWM直接转矩控制技术更适合。

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第一章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 提升机交流驱动系统的研究现状及趋势

1.3 本文研究的内容及安排

第二章 提升机驱动系统的分析

2.1提升机系统的组成

2.2矿井提升机的运行特点

2.3矿井提升机控制系统驱动驱动方式的分析

2.4大功率交流驱动系统的设计方案

2.5本章小结

第三章 永磁同步电机直接转矩控制系统

3.1永磁同步电机的数学模型

3.2直接转矩控制基本原理

3.3基于两电平逆变器SVPWM直接转矩控制系统

3.4基于三电平逆变器SVPWM直接转矩控制系统

3.5本章小结

第四章 提升机大功率交流驱动系统的设计

4.1提升机驱动系统的总体结构框图

4.2驱动系统主电路的设计

4.3驱动系统控制及检测电路的设计

4.4 软件设计

4.5本章小结

第五章 提升机驱动系统的仿真

5.1基于两电平逆变器SVPWM 永磁同步电机直接转矩控制系统的仿真

5.2基于三电平逆变器SVPWM 永磁同步电机直接转矩控制系统仿真

5.3 本章总结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢