基于矢量控制的礦井提升機(jī)研究

徐 杰,陳 磊,王運(yùn)強(qiáng)

（山東豐源遠(yuǎn)航煤業(yè)有限公司趙坡煤礦,山東 滕州 277518）

0 引言

交流調(diào)速技術(shù)工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域一直處于非常重要的地位，在該技術(shù)剛興起之時(shí)，學(xué)者們對(duì)交流電機(jī)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)態(tài)分析、控制和物理特性的研究就已經(jīng)比較盛行[1]。磁場(chǎng)定向控制理論的提出，促使交流調(diào)速技術(shù)有了很大的提升[2]。由于異步電機(jī)的數(shù)學(xué)方程是一個(gè)多變量、強(qiáng)耦合、非線性的模型，矢量控制技術(shù)中使用了坐標(biāo)變換，可以把復(fù)雜的電機(jī)模型轉(zhuǎn)換到旋轉(zhuǎn)的且簡(jiǎn)單的d-q坐標(biāo)系下，再對(duì)此坐標(biāo)系下的模型進(jìn)行簡(jiǎn)化分解，使得難以解耦控制的異步電機(jī)等效類似于直流電機(jī)的模型[3]。

1 矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的原理

三相異步電動(dòng)機(jī)的繞組在空間上互差 電角度并固定在定子上，當(dāng)在三相繞組上加三相交流電時(shí)，定子繞組將在空間上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。

把異步電動(dòng)機(jī)的三相繞組等效變換到空間互成為90°的靜止α、β繞組，三相繞組的電流和兩相α、β繞組電流有固有的變換關(guān)系。再經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，將兩相靜止α、β繞組電流等效變換為磁場(chǎng)方向與M軸、T軸方向一致的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，從而調(diào)節(jié)電機(jī)的磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)矩以達(dá)到調(diào)速的目的。

2 矢量控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向原理

磁鏈的檢測(cè)方法大體上有直接法和間接法兩種。由于直接法存在很多弊端，因此工程中使用較多的是間接法，即通過(guò)檢測(cè)電壓、電流或轉(zhuǎn)速等參數(shù)，借助于數(shù)學(xué)模型計(jì)算出轉(zhuǎn)子磁鏈值。

由靜止兩相αβ坐標(biāo)系下的定子電壓公式可推導(dǎo)出轉(zhuǎn)子磁鏈電壓模型表達(dá)式：

上式即為電壓型轉(zhuǎn)子磁鏈的估算模型，如果電動(dòng)機(jī)的參數(shù)都已知，則 軸的電流可以從三相定子電壓和電流測(cè)量值經(jīng)過(guò)3S/2S變換得到，那么 、 就可以求出。

異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)圖，如圖1所示：

3 速度曲線的選擇及給定方法

在傳統(tǒng)礦井提升機(jī)中，根據(jù)加速特性不同，其運(yùn)行速度曲線可以分為3階段式、5階段式和6階段式速度圖，根據(jù)趙坡煤礦的實(shí)際工況，本文中選擇5階段速度圖為研究對(duì)象。同時(shí)，這種5階段式運(yùn)行曲線非對(duì)稱，是目前最為廣泛和典型的運(yùn)行方式。它的運(yùn)行過(guò)程包括啟動(dòng)加速段、勻速段、一次減速段、勻速爬行段和二次減制動(dòng)段5個(gè)階段，構(gòu)成了礦井提升機(jī)一次完整的運(yùn)行周期，如圖2所示：

4 系統(tǒng)仿真分析

在圖中，主電路采用了三相不控整流、電流滯環(huán)比較控制。控制部分采樣定子三相電流以及轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，通過(guò)磁場(chǎng)定向運(yùn)算得到轉(zhuǎn)子磁鏈 及 ，然后根據(jù)轉(zhuǎn)差等計(jì)算 、 ，再經(jīng)過(guò)2r/3s變換后得到三相定子電流的給定值，并通過(guò)電流滯環(huán)比較，產(chǎn)生PWM波控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

給定轉(zhuǎn)矩為 ；初始給定轉(zhuǎn)速 ，1s后減速到 ，2s后降速停車。額定負(fù)載下的仿真波形如圖3所示：

5 結(jié)論

由仿真可知系統(tǒng)的帶負(fù)載能力較好、具有較小超調(diào)量、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。電機(jī)的轉(zhuǎn)速ω是隨著運(yùn)行時(shí)間的增加逐漸由0增加到最大值然后到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速再兩次降速到0，符合提升機(jī)速度曲線要求。仿真所研究的特性都與電機(jī)的實(shí)際情況相同，由此可見(jiàn)SIMULINK模型可以正確的反映實(shí)際情況，將該控制算法應(yīng)用到趙坡煤礦，實(shí)際工程使用進(jìn)一步驗(yàn)證了系統(tǒng)的正確性和可行性。

[1]賈瑞,康錦萍.基于Matlab/Simulink的異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真[J].華北電力技術(shù), 2011(09):18-25.

[2]蘇長(zhǎng)勝.礦井提升機(jī)控制技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 工礦自動(dòng)化,2013(02):33-38.

[3]彭佑多,張永忠,劉德順等.礦井提升機(jī)的安全可靠性分析與設(shè)計(jì)[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào), 2002(06):32-35.