煤矿隔离开关分断试验用电机机构研究

摘要

目前，国内隔离开关分断试验时采用人工驱动机构或气动驱动机构，人工驱动存在受人为经验影响、稳定性差、危险性高等问题，气动驱动结构过于复杂、能量利用率低、可控性差等弊端。针对现有驱动方式的缺陷，提出一种由电机驱动隔离开关分断试验的机构，并对电机机构展开了深入的研究。
　　通过研究隔离开关的结构特点、分断试验过程，分析不同类型电机的响应特性和起动转矩，确定无刷直流电机作为煤矿隔离开关分断试验用驱动电机。研究无刷直流电机的工作原理，完成了电机的组成结构设计并确定技术参数，建立电机电磁模型，进行有限元仿真分析，并对电机的可控性进行论证。
　　对无刷直流电机控制系统建模和仿真，设计了自整定模糊PI模块、参考电流模块、电流滞环比较模块和直流电源逆变模块等，并通过MATLAB软件simulink仿真集成环境对其进行了仿真分析。结果证明自整定模糊PI控制策略适合于无刷直流电机控制系统，与常规PI控制策略相比具有响应特性强、鲁棒性好等优点。
　　设计煤矿隔离开关分断试验用电机机构控制系统。分析电机机构瞬态操作的动作特征，利用DSP强大的控制功能对控制系统进行整体结构设计，分别设计控制系统整体结构和各个分支部分，主要包括桥式逆变电路、IGBT驱动电路及信号采集电路等，并编译相应软件程序。
　　最后，结合实验室现有设备搭建试验平台，根据煤矿行业标准MT111-2011中关于隔离开关分断试验的要求，并对80、200A矿用隔爆型真空电磁起动器中隔离开关进行分断试验。验证了煤矿隔离开关分断试验无刷直流电机机构的可行性和可靠性，对隔离开关分断试验及开关同步关合技术的发展具有重要的意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 无刷直流电机发展

1．2．2 电机控制策略发展

1．2．3 煤矿隔离开关分断试验操动技术发展

1．2．4 电机操动系统发展

1．3 主要研究内容

第2章 煤矿隔离开关分断试验分析及电机设计

2．1 隔离开关分断过程分析

2．2 操动机构驱动电机选型

2．3 无刷直流电机工作原理

2．4 无刷直流电机设计

2．4．1 整体结构

2．4．2 主要结构及参数设计

2．4．3 电机磁场有限元分析

2．5 电机操动机构的可控性分析

2．6 本章小结

第3章 无刷直流电机机构控制系统建模与仿真

3．1 无刷直流电机传递函数模型

3．2 无刷直流电机控制策略研究

3．2．1 模糊控制器原理

3．2．2 自整定模糊PI控制策略

3．3 无刷直流电机机构控制系统仿真

3．3．1 系统设计

3．3．2 仿真结果分析

3．4 本章小结

第4章 无刷直流电机机构控制系统的设计

4．1 控制系统硬件电路组成

4．2 控制系统硬件设计及选型

4．2．1 主控芯片选择

4．2．2 IGBT驱动模块

4．2．3 信号采集电路

4．3 控制系统软件设计

4．3．1 软件系统组成

4．3．2 信号采集程序

4．3．3 自整定模糊PI控制程序

4．4 本章小结

第5章 煤矿隔离开关分断试验平台搭建与运行分析

5．1 试验平台搭建

5．1．1 三相冲击变压器

5．1．2 三组交流负载阻抗

5．1．3 罗氏线圈电流互感器

5．1．4 操作单元

5．2 分断实验结果及分析

5．3 本章小结

第6章 总结

参考文献

附录

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢