導(dǎo)語：煤礦采煤自動化技術(shù)論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1煤礦自動化系統(tǒng)主要控制方式

1.1恒壓頻比(V/F)控制

恒壓頻比控制屬于開環(huán)調(diào)節(jié),通過保持異步電機電壓和頻率之比近似相同以調(diào)節(jié)煤礦電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)方法。V/F控制最大的優(yōu)點,就是使用簡單,沒有復(fù)雜的算法流程、坐標變換及電機模型辨識過程,用戶使用起來十分的容易。而且,由于屬于開環(huán)控制,即便在負載出現(xiàn)任意擾動的情況下,輸出值也保持固定,不會受到什么影響。所以在某些時候,尤其是穩(wěn)定度要求高的情況下,會采用該種控制方法。但由于其開環(huán)控制特性,控制精度低,無法像矢量控制那樣實現(xiàn)無偏差控制。這種控制方式主要運用于對精度要求不高的煤礦設(shè)備,如風(fēng)機、水泵等。

1.2轉(zhuǎn)差率控制

根據(jù)電機轉(zhuǎn)速計算公式,轉(zhuǎn)差率控制是通過改變電機轉(zhuǎn)差率的大小來實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速進行改變的控制方法。主要通過改變電機定子電壓和轉(zhuǎn)子電阻的方式進行。小功率電機或者電機轉(zhuǎn)速較慢的情況下會采用轉(zhuǎn)差率控制方法。恒壓頻比控制和轉(zhuǎn)差率控制方式都是基于電機系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)模型和在穩(wěn)態(tài)運行規(guī)律下進行控制的。這兩種控制方式無法對電機內(nèi)部磁場的大小和位置進行控制,因而電機只能實現(xiàn)較為精確的轉(zhuǎn)速控制,而轉(zhuǎn)矩控制能力差。要想精確控制轉(zhuǎn)矩,就必須在動態(tài)過程中對電動機的磁場大小和位置進行控制。

1.3矢量控制(VC)

矢量控制是目前煤礦自動化領(lǐng)域中比較先進的控制方法。交流異步電機是一個十分復(fù)雜的系統(tǒng)。矢量控制的基本控制原理就是通過對異步電機定子電流在不同坐標系下進行矢量變換,最終將電流分解為可以分別控制的用于勵磁分量和用于產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩分量。矢量控制策略的基本思路就是將交流異步電機的耦合變量解耦,實現(xiàn)各個變量的獨立控制,使異步電機和直流電機一樣,獲得良好的控制性能。

1.4直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)

直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)是基于矢量控制理論而建立的一種新型交流異步電機控制技術(shù),直接轉(zhuǎn)矩控制將不會像矢量控制那樣考慮變量解耦的問題,而是直接控制電磁轉(zhuǎn)矩。直接轉(zhuǎn)矩控制不需要將交流異步電機轉(zhuǎn)化為直流電機的數(shù)學(xué)模型,而只關(guān)注電磁轉(zhuǎn)矩的變化。因此,和矢量控制不同,直接轉(zhuǎn)矩控制無需進行復(fù)雜的坐標變換和電機數(shù)學(xué)模型。但是,直接轉(zhuǎn)矩控制也有其缺點,例如低速情況下轉(zhuǎn)矩脈動大,啟動電流沖擊大等。目前,兆瓦級的大功率電牽采煤設(shè)備中直接轉(zhuǎn)矩控制方法運用的較為廣泛。

2自動化系統(tǒng)在煤礦采煤中的應(yīng)用

2.1試驗臺機械結(jié)構(gòu)及總體布置

變速器試驗臺是一個綜合了機械、電氣、液壓原理的機電系統(tǒng)。其具體工作原理是驅(qū)動電機連續(xù)輸入額定轉(zhuǎn)速和扭矩,以模擬變速器在煤礦采煤工作中的輸入工況。由于驅(qū)動電機最高轉(zhuǎn)速的限制,往往無法達到發(fā)動機最高轉(zhuǎn)速的要求,因此,在驅(qū)動電機后加入一個升速齒輪箱,以滿足采煤系統(tǒng)的試驗?zāi)芰σ?。為了更接近礦區(qū)采煤的真實工況,在變速器輸入端增加一個慣量盤,其旋轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)動慣量與在離合器飛輪和傳動軸旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動慣量相同。試驗臺的末端是加載裝置及其匹配的冷卻系統(tǒng),它能給變速器施加阻力矩,以模擬設(shè)備采煤時的負載和道路阻尼。

2.2驅(qū)動設(shè)備的選擇

驅(qū)動設(shè)備需要給試驗變速器輸入試驗所要求的轉(zhuǎn)速和扭矩,驅(qū)動設(shè)備可以采用內(nèi)燃機,也可以采用電動機作為輸入動力源。兩種不同的動力源均有其各自不同的優(yōu)缺點。采用內(nèi)燃機作為采煤系統(tǒng)驅(qū)動端,使得試驗更加接近變速器在采煤應(yīng)用中的實際工況。但是內(nèi)燃機也有較多缺點,比如噪聲大,產(chǎn)生的廢氣污染環(huán)境,而且內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速和扭矩不易控制,會導(dǎo)致試驗結(jié)果產(chǎn)生較大的誤差。采用電動機作為試驗臺動力源有噪音小、占地面積小、啟停方便、無污染、易于控制等優(yōu)點。正是因為采用電動機作為試驗臺動力源具有較多的優(yōu)點,目前電動機已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各種煤礦傳動系統(tǒng)試驗設(shè)備上。

2.3加載裝置的選擇

加載裝置在整個采煤系統(tǒng)中為被測變速器施加負載轉(zhuǎn)矩,目前主流的工業(yè)設(shè)備一般采用測功機作為加載裝置。測功機一般用于測試發(fā)動機的功率,也可作為齒輪箱、減速機、變速箱試驗設(shè)備的負載裝置。測功機主要由功率吸收、負載調(diào)速、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)和冷卻部分組成。根據(jù)負載轉(zhuǎn)矩輸出方式的不同,一般可以將測功機分為水力測功機、電力測功機和電渦流測功機三種。自動化采煤系統(tǒng)一般采用開式布局,在保證試驗需求的情況下,基于上表的三種測功機的性能對比,采用電渦流測功機較適合于基礎(chǔ)的自動化采煤系統(tǒng)。該文采用一臺長沙湘儀動力測試儀器有限公司生產(chǎn)的CW-150系列電渦流測功機作為研究對象,其額定吸收功率為150kW,額定扭矩為520N•m,額定轉(zhuǎn)速為2500rpm。

2.4發(fā)動機速度特性分析

該文所建立的自動化采煤系統(tǒng)模型,選用交流異步電機作為試驗臺架的驅(qū)動系統(tǒng),驅(qū)動試驗變速器及負載機構(gòu)的運轉(zhuǎn)。這里所選用的驅(qū)動電機應(yīng)能完全覆蓋被測變速器所匹配采煤設(shè)備發(fā)動機的全部性能和運行工況,同時還應(yīng)具備轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)能力。為了使試驗結(jié)果更加準確,這里我們先要對發(fā)動機的速度特性進行簡要分析,從而為異步電機參數(shù)的確定提供理論依據(jù)。

2.5驅(qū)動電機主要參數(shù)的確定

在確定了采用交流異步電機作為驅(qū)動電機之后,就必須確定驅(qū)動電機的各種參數(shù),從而完成異步電機驅(qū)動的變速器試驗臺動力學(xué)仿真。而部分電動機參數(shù)的確定必須參照發(fā)動機相關(guān)參數(shù)的確定原則,這樣才能提高驅(qū)動電機模擬發(fā)動機驅(qū)動的精確度。對于任意的一臺異步電機,它的參數(shù)例如定子電阻、轉(zhuǎn)子電阻、定子漏感、轉(zhuǎn)子漏感、定轉(zhuǎn)子互感、電機極對數(shù)以及轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量等是異步電機所固有的參數(shù),需要通過電動機試驗進行選定。而對于額定功率、額定轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)矩等動力學(xué)參數(shù),需要根據(jù)電動機所使用的特定場合進行選定。由于這里是用異步電機模擬汽車發(fā)動機作為驅(qū)動源,則其動力學(xué)參數(shù)參照發(fā)動機的參數(shù)確定則。

3結(jié)語

現(xiàn)階段,自動化控制技術(shù)在煤礦領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛,其性能的優(yōu)劣直接影響到煤礦采煤的效率。通過模擬設(shè)備在實際采煤中的各種工況,從而能有效的檢測煤礦設(shè)備的各項性能。該文主要研究了煤礦采煤系統(tǒng)及其驅(qū)動電機矢量控制系統(tǒng),通過分析自動化采煤系統(tǒng)的總布置方案,確定了布置結(jié)構(gòu)及其各個組件的選型。對比了發(fā)動機和不同類型電機的特性,最終確立了異步電機作為自動化采煤驅(qū)動電機的可行性。

作者:趙建平 單位:太原煤氣化集團公司生產(chǎn)技術(shù)管理部