礦井提升機交流同步電動機變頻調速系統設計

摘要：本文介紹了礦井提升機的工況。根據礦井提升機對電氣控制系統的基本要求，詳細分析三電平變頻器的工作原理，同時研究了同步電機直接轉矩控制和勵磁電流控制方案，完成了對提升機電控系統選型設計。

關鍵詞：礦井提升機同步電動機直接轉矩控制 三電平

1、引言

隨著現代電力電子技術及計算機控制技術的迅速發展，交流電機變頻調速是當今節約電能，改善生產工藝流程，提高產品質量，以及改善運行環境的一種主要手段。變頻調速以其高頻率，高功率因數，以及優異的調速和啟制動性能等諸多優點而被國內外認為最有前途的調速方式。

2、變頻調速系統

三電平變頻器基本思想是有多個電平來合成電平階梯波，以逼近正弦輸出電壓。電平數越多輸出越接近正弦波，諧波成分越少。若通過無窮多個電平合成，理論上講多電平逆變器的輸出可以實現正弦波，輸出諧波為零。

二極管箝位式三電平結構作為多電平拓撲的最早形式，其主電路拓撲結構如下圖1所示。

圖1 二極管鉗位式三電平變頻器拓撲結構（帶能量回饋）

空間電壓矢量(Space Vector PWM)法和載波調制等方法不同，它是從電動機的角度出發，著眼于如何使電機獲得幅值恒定的圓形磁場，即正弦磁通。由于它把逆變器和電機看成一個整體來處理，所得的模型簡單，便于微機實時控制，并且具有轉矩脈動小，噪聲低，電壓利用率高的優點，對于調速要求較高的礦井提升機系統來說，選擇SVPWM控制策略應該是現階段最優的調速方式。

3、整體設計

本課題的三電平變頻器可選擇ABB公司的ACS6000SD型號的變頻柜。經過計算，其電壓等級、功率和其他控制硬件與課題中的變頻器均接近，與其他型號的變頻器相比，選擇ACS6000變頻器是最優的選擇的。

控制系統的軟件基本結構框圖如圖所示，系統由初始化程序、主程序、中斷服務子程序組成。程序上電運行后，首先執行初始化程序，為其后程序正確執行做初始化準備。然后執行主程序，主程序是一個循環執行的模塊，在不斷的循環運行中等待中斷信號的到來，并按照中斷信號的級別順序執行中斷服務子程序，執行完中斷服務子程序后返回主程序。

圖2 主程序功能原理框圖

4、結論

相比之下，本文提出的雙P交-直-交同步機直接轉矩控制方案在提升控制中顯示出其控制性能優良、操作簡便、運行效率高、維護工作量小等諸多優點，礦用提升機傳動的發展方向。在使用過程中實現了軟起動、軟停車，減少了機械沖擊，運行更加平穩可靠；該系統四象限運行，可實現礦井提升機的精準調速、換向、能量回饋制動等。

參考文獻：

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