步进同步机在矿井提升系统中应用的可行性及仿真研究.pdf

第 卷第期 率新矿业学院学报 自然科学版 ∀∀ 年∃ 月 2∀ 年 〔 〕 。 引进 国外 的先进 设备 , 是改 变我 国提升 系统 现状 、 缩 小 与国外差 距 的较好办法 。 但引进高性能 的全 数字式矢量变 换控制 的同步 电动机拖动系 统投 资巨大 , 而且同我国目前煤 矿现状相差 很大 , 引进 、 吸 收 、 消化 都存在 许多问 题 。 如 何在 研究国外产品的 先进 技术 的基础 上 , 走自己发 展的道 路 , 形成 自己的产品 , 找 出一 条适合我 国煤炭系统 矿井提升机交 流调速 系统的发展途径是 本文要研 究的主要问题 。 矿井提升步进控制系统的可行性 同步 电动机采 用变 频调速后 , 由于是静止 变频器供 电 , 流入电机三 相 绕组的电流所产 生 的气隙 磁场不 再是一个圆形 旋转磁场 , 而是一个步 进磁 场 , 这对笼形 异步机是有害 的 , 为它的矢量 控制增 加许多困难 。 但对 同 步机 , 这是 将定 子磁势由转速控制 改为角位控 制 , 是一 种突破 性的转变 。 同步机就成为 步进同步 机 , 转矩方程 为 9 2≅ Α2/ / 31,占 1 由此可见 , 对于步进 同步机 , 需要特 别 注意定 子磁 势和转 子磁 势 间的夹角占 , 称为矩角 。 由于定子 步 进磁势的位置已知 , 取 决于环形 分配器 的给定状 态 , 转子磁 势的位置 可用 光 电 码 盘或其它 位置检测器 直接 检 测 , 于是转矩 角Β的调节或保持恒定 反而 变得 简单了 。 这 大 初稿∀∀一 Β了 , 修改稿∀∀一∀一 杨五三编 、 校 。 本文研究内容是煤炭科学基金资助项目 弓启率新矿业学院学报 自然科学版 ∀∀之年 大减少 了 同步机控 制 的复杂性 , 提高了它 的控制性能 。 这样 , 利用定 子磁势的精确位 置控 制 , 可以获得和他激 直流机一 样的极佳的动 、 静态调速品质 。 将 这一控制思 想应用 于矿井 提升系统中将组成高 性能的 步进 拖动系统 。 采用自控方式之后 , 能使 步 进 同 步机直 接起 动 、 调速 、 不失步 、 不 追逐 、 保持准确的 定位精度 , 满足 整个提升系统 的工艺要求 。 矿井提升步进控制系统 矿井提升 机点动控制 点 动时 , 定子磁势一 步一步向右移 动 , 每 步跨进 − 度 转子前进 的角度 应为Χ −, 则电 磁 转矩为 9 2 ≅一2 二 99 31, Δ − 一ΕΦ 9 转了旋转时 , 转 子土 的鼠笼 绕组会产 生阻尼转 矩 , 由 一于 / 9 在一拍 中固定不 动 , 车 专 矩为 9 则阻尼 ΓΓ Η − 八4 Ι 一月各 咨 匕ϑ二 , 二 Κ不 对矿 井提 升机来说 , 负载 转 矩 2 的大小和方 向与转 速无关 , 是一 种位能转矩 。 根 据 一Λ 面 的 讨论 , 得 出点动状 态下的运动方 程〔 〕为9 Η Μ− Ι Η5Μ 4 Η− 2 。 9 。 , − 一 、” 干 一 牛 一2 , 。 二 31, 口 一口 , 阻尼转矩同定子磁势与转子的相对运动速 度成正比 , 阻尼转 矩2 Ι为9 2 一 可擎 一 擎、 一Υ Η5 Η 5 ς 矿井提升机的负载转矩2 , 为恒转矩负载 , 其大小 和 方 向与转速 的大小 和 方向无关 。 根据上述讨论 , 可得出升降频 控制 时 的运动方程式为 9 卫丛 ϑ 二一旦旦旦鱼一旦旦、 Η5艺 Υ Η 公Η玄ς 2 。。 9 Δ 一 31, 口 9 一Ω 干 2 Δ 4 ∃ 图给 出了利 用点 动控制 中所 使 用的实 际模型 的基本参数 采用 ∃ 式的升降频 控制 的数 学模 型对 提升过 程进行 数 字仿真的结 果 。 图示 曲线是对矿井提升 机步 进拖 动系统进 行开 环 控制 时的仿真曲线 。 图中 , 曲线 是定 子磁 势 矢量 运行的速度轨迹 。 第一 阶段 是 升 频 起 动过程 , 分 成拍小段 , 每 段 升频 刁Β , ” 。 − Ης 3 第二 段是 恒频过程 , Τ,二 。Μ − Η ς 3 第 三段是降频过程 , 了Ξ二 石 ‘’二 ∀ 几Ω卜入Ψ、 Ζ二∃几∀石 曲线 给定定子频率 , 曲线 转子速度 , 曲线给 定位置 , 曲线转子实际位置 , 曲线 电磁转 矩 图升降频控 制的仿真曲线 分成Ω小段 , 每段降频」≅ 一 − Η ς 3 第四段是 爬行过程 , 以 9 ≅ 。Τ− Η ς 3 爬行 , 第 五段是停车过程 , 当到达停车时 间时 , 给出停车信 号 。 曲线是 转子 的速度曲线 , 按照 最 佳升降频曲线给定定子磁势的运行频率 , 转子速 度很好 地 跟随 给定值 , 整个过程中 , 速度 的超 调量小 于 [ 。 曲线 是给定位置曲线 , 曲线是实际位置曲线 , 由图中可见 , 以最 佳升降频控制 , 可保证不 丢步 。 曲线是 电磁 转矩的曲线 , 在升 频过程 中 , 转矩围绕着最 大值波动 , 保证以最大值加速 在稳速过程中 , 转矩保持为定值 在降频过程中, 同样以 率新矿业学院学报 自然科学版 ∀∀ 年 最大转 矩降速 。 整个提升 过程 电机运行了Β Ω步 。 从 图的仿真曲线 中可看 出 , 升降频控制 的步进控制 系统 能较好 的完成矿井 提升机的 整个工作过程 , 并且同一 般 同步 电动机拖 动系统 相比有较高的定位精度 。 结论 通过对步进控制 系统 基本原理以及二种 步进控制 系统仿真的研究 , 可见 9 同步 电动机 配上变频装置 组成的 步进拖动系统 , 其步进 同 步机的转速仅取决于脉冲频率 , 而 不随电压 高低 、 电流大小及波形的影 响 。 并日 Γ 易于采用 脉冲数字信号控制 。 起 劝 、 停土 、 反转及其 它运行方 式 的改变 都可以在少量的脉冲周期内完成 。 采 用开环 控制方式 , 拖动 系统具有结 构 简单 、 可 靠性 高 、 成本低特 点 , 在矿井提 升机这 种即要 求 速度控制 、 又要 求位 置控制 的 拖 动 系统 中具有广泛 的应用前 景 。 若 采用闭环控制 , 组成无换 向器电机步进 控制 系统 , 性 能指标可以和直 流伺 服 电动 机相一致 。 参考文献 〔〕杨永 , 迟岩 , 孙鹤旭 矿井得升机拖动控制系统更新的可行性调研报告 ∀∀ 〔〕 伶纯厚主编 近代交流调速 北京 9 冶金工业出版社 , ∀Ω 〔〕孙鹤旭 , 杨永 , 刘宗富 同步机步进控制系统的计算机仿真 第二 宙中国交流电机调速传动学术会议论 文集 , ∀∀ 作 者简介 孙 鹤旭 , 男 , ∀ Β 年生 , 讲师 。 ∀Ω年毕业于阜新矿业学院 自动化专业 , ∀Ω年获工学硕士学位 。 现 在 阜新矿业 学院矿山自动化研究所工作 。 迟岩 , 男 , ∀ Β。年生 , 讲师 。 ∀Ω年毕业于阜新矿业学院自动 化专业 , ∀Ω∀年获工学硕士学位 。 现 在 阜新矿业学 院拖动 与控制教研室任教 。 杨勇 , 男 , ∀年生 , 教授 ∀年毕业于北京矿业学院机电专业 , 现任阜新矿业学 院矿山自动化所所长 。 /6− 31∴1∋158]6.6 − 31∴ 1∋158 . 5]6Π 1, 6 Ο1,Η 638356Π Ο 15] 356 卜 Χ1,_Η 1δ6 Η1 3 6∗336Η ∴8 31Π∗ ∋−51即 35∗Η8. Χ1,5Π51 , −,Ηδ−1−∴∋6 .6ε ∗ 6ϑ 刃 686 ,5∋ 。 Ε 68 ⊥ Η338, 6] ,∗3 Π 5, 356ΧΧ 1,_ 6 , 5 ∋, 6 ΠΧ ∗5631Π∗ ∋−51 , Χ1,5 扭1, 5 Π 51咖 。,5 ∋, δ − 1−∴∋6 .6ε ∗6, 686 , 5 ∋