基于单片机的变频调速技术在矿用电机车上的应用.doc

器翟錾基于单片机的变频调速技术在矿用电机车上的应用磊：一；，荔基于片机的变 频调徐。欢胡津津速技术（安徽电子信息职业技术学院，安徽蚌埠） ， ）在矿用电摘要：针对矿用直流架线电机车在调速过程中采用落后的直流电机方式及浪费大量电能的问题提出了一种由交流异步电动机拖动电机车的调速系统方案。逆变器采用电压空间矢量控制方式利用单片机生成波优化了系统的调速性机车上能。关键词：架线电机车：单片桃中图分类号： 文献标识码：文章编号： 一一（）一的应用 ， ， ： ； ；”引言直流电动机是目前煤矿架线电机车上应用最广泛的牵引动力源，采用恒定的直流电源供电。直流电动机机车为了限流和获得起动和制动平稳的目的，起动、调速和制动都运用电阻直接控制，但效果不甚理想，同时既耗电，控制设备又极易损坏，需要经常维修。若用交流电动机采用变频调速器后，电机车比较容易实现平稳起动，无级调速以及再生制动，能耗降低，且变频调速的性能好，调速范围大，静态稳定性好。交流电动机制造成本远远低于同功率的直流电动机，而且使用寿命长，维护简便。因此，用交流电动机取代直流电流整流成直流，然后再将直流逆变成交流，在逆变过程中控制逆变器件的导通频率可得到不同频率的交流电，其变频范围原理上没有限制，可以达到工频的。电机车宜采用交一直一交变频方法，主要原因是现有的供电系统已有交一直整流部分，而且架空供电系统采用单相直流电比三相交流电要方便容易。在每台电机车上设置一套逆变装置，将从架空电网上获取的直流电逆变成频率可调的三相交流电，从而能采用最简单的三相异步交流电动机取代直流电动机。电机车要以多大的速度行驶，都可以通过改变电源频率来实现。逆变器的控制动机进行调速是解决以上问题的好方案。本文重点论述的就的控制原理是采用变频调速技术来解决架线电机车的调速问题。目前，在交流异步电机调速方面，脉宽调制（变频调速方法）控制技术已广泛应用于高性能变频调速变频调速一般都是针对交流供电系统和交流用电设备来说的。通过改变交流电源频率来改变电动机转速从而达到调速目的变频调速方法有两种：一是交一交直接变频，二是交一直一交变频。交一交变频因变频范围窄，仅是工频的，系统。在异步电机中，需要输人三相正弦电流的最终目的是在空间产生圆形旋转磁场，从而得到恒定的电磁转矩。鉴于此，把逆变器和异步电机视为一体，按照跟踪圆形旋转磁场来控制电压，使得磁链的轨迹靠电压空间矢量相加得到，做用在大功率低速设备中；交一直一交变频原理是先将交这样就形成了电压空间矢量脉宽调制（万方数据：二：蠹。穸圈 ；）技术控制方法与经典的帆控制方法相比，具有直流电压利用率高、控制简单，损；耗较小，便于数字化方案实现等优点，现已有取代传统控制的趋势。因此本系统中使用的控制技术就是这种磁链跟踪控制，又称电压空间矢量州（， ； ）控制。当异步电动机的三相平衡正弦电压供电时，对每一相都可写出一个电压平衡方程式，三相的电压平衡方程式相加。即可得到用合成空间矢量表示的定子电压方程式。当电动机转速不是很低时，则合成磁链空问矢量的近似关系为：吒鲁，。三夕心三、也就是说：当磁链幅值恒定时。的大小与（供电电压频率）成正比，方向沿磁链圆的切线方向。这样，电动机旋转磁场的轨迹问题就可转化为电压空间矢量的运动轨迹问题。逆变器主电路原理图如图一所示。图二扇区划分图空间矢量的合成在个控制周期内，作用时间为。，作用时间为。那 ；。，根据期望得到的圆形旋转磁场的要求，磁链的幅值不变，也即：，：（：为零矢量的作用时间）乇是可以计算出在扇区内，击（一五堆），等。同理可以计算出在其他孟个扇区内，与。的值。如果我们令等；兰丁瓦；卟；瓦那么。和。的值如表一所示。表一六个扇区内，与，的值图一逆变器的主电路原理图功率开关器件有六种有效工作状态，两种零状态，记为，（，）（，）。扇区的划分调制的数字化实现首先要对。进行坐标变换。在坐标系中，可分的调制载波也是等腰三角波，为了使输出的解为。和。然后再把它从两相坐标系变换到三相坐标系，也即把。和。投影到三维坐标系上，得到、坐标。由图三可得：。“。波对称，在一个载波周期内，把三个矢量的作用时间一分为二，并且保证在矢量切换时只有一个开关期间动作，降低开关损耗，减少输出电压的谐波。具体数字化实现时，只需要我们预先计算出三相脉冲的开通前沿的延迟时间，建立一个。： 。一。，三相脉冲前沿时间查询表存入计算机中就可以了。：。￥。架线电机车变频调速控制系统那么对应任一个合成矢量，我们都可以根据其三相坐标的极性（正负）推算出它所在的扇区。具体扇区的划分如图架线电机车变频调速控制系统由主电路，控制电路、延时驱动电路和键盘显示电路组成，其中，单片机是整个二所示。，控制系统的核心。系列单片机成为一种满足许多需要万方数据、的，具有高度灵活性和低成本的嵌入式控制应用的高效微控结束语制器。本文采用芯片，可重复编程，矿用架线电机车改用异步电动机拖动并采用单片机控制字节的，三路通道，路位，系统框图如图三、所示。的驱动模块采用富士电机公司的驱动器；输出的三相脉宽调制波经分相与开通延时电路分为六路输出，分别控制的光耦，以驱动个功率器件；脚的作为采样输入口，采样电位器给定频率；脚的外部中断作为电路故障信号（过流、过压等）的输入脚；由于芯片复位时端口的初始状态是。高”，因此封锁信号和驱动信号均设为。低”电平为无效状态；的载波周期由片内定时器完成；定义控制寄存器和控制寄存器。使、工作在位删模式；（）、（）、（）作为三相输出口；扩展键盘显示接口芯片，可自动完成键盘的扫描输入和的扫描显示输出，节省了对键盘显示器的操作时间；内部有硬件看门狗。防止程序跑飞过压检潮过漉检测卜。 砰可一广上光电辣冲顿率给定仁爿垂鹱恤嚣手三二警崭嚣翟葛誓溯。三： ？卜一翻茹阻图三架线电机车变频调速控制系统框图万方数据的变频调速系统之后，电机车比较容易实现平稳起动、无级调速以及再生制动，能耗降低，且变频调速的性能好，调速范围大，静态稳定性好同时，通过变频对电动机实现调速控制使控制期问简单易操作，可靠性高并且经济效益显著而且，由于逆变器采用了控制方式，这就使逆变器输出的线电压的基波最大值为直流侧电压，这比一般的逆变器输出电压提高了驭因此，本文所论述的变频调速方案在矿用架线电机车上有很好的应用前景。、参考文献【】陈伯时电力拖动自动控制系统（第三版）【】北、京：机械工业出版社，【】胡崇岳现代交流调速技术】北京：机械工业出版社，】张晓娟变频调速技术在矿用架线电机车上的应用士毖五广棚由 、：京：北京航天航空大学出版社，作者简介徐欢（一），男，本科，教师，安徽电子信息职业技术学院信息工程系。基于堕片机的变频调速技术在矿用电机车上的应用教蠢，竺竺竺。竺嬲单片唧捌叭北一。一。、。，。等肾片彳产掣地址息墁簟片机基于单片机的变频调速技术在矿用电机车上的应用作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：徐欢， 胡津津， Xu Huan， Hu Jinjin安徽电子信息职业技术学院,安徽蚌埠,233030科技广场SCIENCE MOSAIC2008，(5)0次参考文献(5条)1.陈伯时 电力拖动自动控制系统 20032.胡崇岳 现代交流调速技术 19983.张晓娟.金林 变频调速技术在矿山架线电机车上的应用期刊论文-煤矿机电 2005(4)4.耿德根 AVR高速嵌入式单片机原理及应用 20015.聂文艳.王仲根 基于AVR单片机的变频调速技术在矿用电机车上的应用期刊论文-工矿自动化 2006(6)相似文献(6条)1.期刊论文 聂文艳.王仲根.NIE Wen-yan.WANG Zhong-gen 基于单片机变频调速技术在矿山架线电机车上的应用 -煤矿机械2009,30(1)针对矿用直流架线电机车在调速过程中采用落后的直流电机方式,浪费大量电能的问题,提出了一种由交流异步电动机拖动电机车的调速系统方案.逆变器采用电压空间矢量控制方式,利用单片机生成PWM波,优化了系统的调速性能.2.期刊论文 聂文艳.金林.NIE Wen-yan.JIN Lin 单片机在矿用电机车变频调速上的应用 -煤矿机电2007(2)针对矿用直流架线电机车在调速过程中采用直流电机调速方式,提出了一种由交流异步电动机拖动电机车的调速系统方案,以优化系统的调速性能.3.学位论文 刘明 矿用架线电机车智能刹车与温控系统 2003目前,在矿井的辅助运输中,煤矿架线机车应用较为普遍,其运行安全关系到安全生产,而智能识别红绿灯信号的制动系统是安全运行的保障.该文介绍了煤矿架线机车智能气动刹车系统原理,并对该系统的主要构件进行了有限元分析,为机构设计和气动元件的选择提供了理论依据和实践基础;煤矿架线机车智能刹车系统设计,以MCS-51系列单片机为核心,采用无线电遥控发射-接收元件作为机车到达弯-岔道的检测元件,由单片机根据接收到的不同位置的编码信号,使系统发生相应的语音信号,并进行减速.当煤矿架线机车运行到距离红灯安放位置40米以内时,遇红灯亮信号,矿用架线机车自动刹车,否则通过.该文并对矿用架线机车避免启动起火的问题进行了介绍,提出了利用该智能刹车系统,在电机内部温度达到限定值时,能自动拉弓断电的电路设计方案.4.期刊论文 陈爱萍.张深基.刘望军.李朝健 矿山架线电机车智能超速报警记录仪的研制 -湖南工程学院学报(自然科学版)2003,13(3)为了保证矿山电机车的安全行驶,设计了用于监测和显示矿山架线电机车的智能超速报警记录仪.该报警记录仪由89C2051单片机控制,外接适当的接口电路,可显示行车瞬时速度,累计单班里程和总里程,具有超速声光报警,速度记忆等功能.主要论述了系统的硬件电路设计原理和软件设计思路.5.期刊论文 张晓娟.金林.ZHANG Xiao-juan.JIN Lin 变频调速技术在矿山架线电机车上的应用 -煤矿机电2005(4)本文针对架线式电机车供电系统,提出一种由交流异步电动机拖动的调速系统方案,其逆变器采用电压空间矢量控制方式,利用单片机生成PWM波,可优化系统的调速性能.6.期刊论文 张晓娟.金林.ZHANG Xiao-ju