DTC控制技術在電鏟車中的應用

段永照 劉波（內蒙古包鋼鋼聯股份有限公司巴潤礦業分公司，內蒙古包頭 014080）

DTC控制技術在電鏟車中的應用

段永照 劉波
（內蒙古包鋼鋼聯股份有限公司巴潤礦業分公司，內蒙古包頭 014080）

隨著現代工業化進程的發展，對于露天礦開采中的主要設備電力挖掘機（ 電鏟） ，提出了更高效率和節能的要求，本文針對目前我國電鏟應用現狀，設計了一套基于DTC 控制的全數字化交流調速系統，通過對其各傳動單元特性曲線分析比較，有效地解決了傳動系統對電鏟運行可靠性的影響，降低了設備成本和能耗，極大地提高了設備的工作效率。

DTC控制技術 電鏟車 應用

目前，工業發達國家已廣泛應用交流變頻調速于鋼鐵、有色冶金、石油、化工、紡織、電力、機械、輕工和造紙等行業傳動領域。在露天開采設備，如拉鏟和單斗挖掘機等設備上使用交流變頻調速技術，除了其具有卓越的調速性能外，還有非常顯著的節電效果，是礦山設備技術改造和產品更新換代的理想設備。本文主要論述了新型的交流變頻技術在電力挖掘機（電鏟）中的應用。

1　DTC 技術的原理

DTC直接轉矩控制是繼矢量變換控制后，在交流調速領域中出現的一種新型調速技術，在逆變器的開關狀態最佳狀態時產生PWM 信號，以獲得高動態的轉矩性能。電源輸出電壓反饋值Uf與基準電壓值Ug比較。放大后得到誤差電壓Ue。該誤差電壓經過與鋸齒波發生器產生的鋸齒波信號電壓進行比較，從而產生了占空比變化的矩形波驅動波形。直接轉矩控制不需要矢量控制中的解耦和復雜的矢量坐標變換，而是將轉子磁通定向更換為定子磁通定向，通過實時檢測電機定子電壓和電流，計算轉矩和磁鏈的幅值，并分別與轉矩和磁鏈的給定值比較所得差值來控制定子磁鏈的幅值以及該矢量相對于轉子磁鏈的夾角，由轉矩和磁鏈調節器直接輸出所需的空間電壓矢量，從而達磁鏈和轉矩直接控制的目的。直接轉矩控制結構簡單，受電機參數變化影響小，能夠獲得極佳的動態性能。

2　系統硬件

直接轉矩控制硬件系統輸入電壓為三相交流電，經過交—直—交整流逆變后，變為頻率可變的三相電。逆變器由6個IGBT橋電路組成，其中每個IGBT都采用RC阻容緩沖吸收脈沖尖波。直流母線上并聯的耗能電阻和IGBT構成了泵升抑制電路，電路將檢測整流后母線電壓并與電壓限幅值相比較，在泵生電路中產生用于控制IBGT 導通和關斷的控制信號，以保護整個系統強電電路的安全。外圍弱電電路包括：模擬量檢測模塊、保護模塊、通信模塊、IGBT 驅動模塊、D/A輸出模塊、測速模塊等。系統外圍電路供電均有單獨輔導電源開關提供，供電穩定、強弱電分離、抗干擾能力強。

3　軟件部分

圖1所示為系統主程序流程圖，主流程圖說明了整個系統流程的運行架構，包括PLC初始化、運行環境定義、A/D轉換等功能。其中，封鎖驅動輸出命令是保證在系統初始化時防止IGBT的誤動作而進行的PWM通道關閉處理：PLC初始化是對程序中所用到的各種參數進行必要的初始恢復設定，包括寄存器、常量、變量、A/D模塊、符號擴展等狀態位的定義等：A/D轉換是對電壓、電流的實時檢測：PWM波形生成是指PWM 模塊根據A/D轉換結果結合最優開關表生成IGBT開關狀態信號：故障檢測是對內外部故障中斷的檢測與判斷，并根據檢測結果將程序轉至相應的中斷服務子程序。

圖1　系統主程序流程

圖2　系統驅動信號生成流程圖

圖2所示為系統驅動信號生成流程圖，程序分為2個部分：首先是對電機三相定子電流和定子電壓進行檢測，實時檢測的對比數據結果經過A/D轉換模塊進行轉換：對A/D轉換結果進行坐標變換，將電流、電壓分量經過各種算法生成電壓矢量進行準確的IGBT驅動。軟件部分的軟件控制任務主要完成以下幾方面的內容：

（1）對異步電機定子電壓和電流進行實時數據采樣，完成A/D轉換。（2）根據檢測到的模擬量，通過估計算法完成磁鏈的觀測和速度估算。（3）根據直接轉矩控制理論，通過最優開關表確定逆變器6 個IGBT 模塊的開關狀態并生成PWM脈沖。（4）檢測并判別系統故障，及時做出中斷處理。

4　結語

本套控制系統采用交流變頻電動機，從根本上解決了電氣傳動系統對挖掘機運行可靠性的影響，大大提高了設備的完好率及生產效率，并降低維護工作量和維修費用。該系統已經投運到國內一些大型的露天礦廠，從實際運用看系統動態響應快、定位準確且運行穩定，能夠滿足電鏟工況要求。

［1］李亞武，王挺.電鏟控制技術的創新［J］.中國科技信息，2011（22）.

［2］杜座軍.395B電鏟推壓電機沒有驅動故障的原因分析及解決辦法［J］.內蒙古石油化工，2011（20）.

段永照（1987—），男，內蒙古巴彥淖爾人，本科，現就職于內蒙古包鋼鋼聯股份有限公司巴潤礦業分公司，研究方向：采礦工程。