變頻控制調(diào)速型刮板輸送機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及煤礦井下工作面刮板輸送機(jī),具體的說(shuō)是一種變頻控制調(diào)速型刮板輸送機(jī)。該輸送機(jī)通過(guò)主控制器2控制下的變頻器I改變電機(jī)7的供電頻率,進(jìn)而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速,達(dá)到根據(jù)負(fù)載變化在輸送機(jī)啟動(dòng)和運(yùn)行全程對(duì)其運(yùn)行速度進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)控的目的。從而使輸送機(jī)更高效,節(jié)能,提高其運(yùn)行的可靠性。
【背景技術(shù)】
[0002]刮板輸送機(jī)是用于煤礦井下綜采工作面的一種重要設(shè)備,承擔(dān)著將采煤機(jī)采下的原煤連續(xù)不斷地運(yùn)往轉(zhuǎn)載機(jī),確保綜采工作面的原煤連續(xù)運(yùn)出的任務(wù)。
[0003]為適應(yīng)刮板輸送機(jī)的啟動(dòng)困難、運(yùn)行中負(fù)載周期變化和突變交錯(cuò)等復(fù)雜工況需求,作為刮板輸送機(jī)核心技術(shù)之一的傳動(dòng)裝置隨著科技進(jìn)步也逐漸發(fā)展起來(lái),其傳動(dòng)系統(tǒng)方案一般都是:1.中小功率刮板輸送機(jī)多采用雙速電機(jī)直接起動(dòng)方案,2.中大功率的刮板輸送機(jī)大多采用液力耦合器軟啟動(dòng)方案。這兩種方案各有優(yōu)點(diǎn),同時(shí)也存在著其固有的問(wèn)題,兩者都僅針對(duì)刮板輸送機(jī)重載啟動(dòng)問(wèn)題做了工作,但由于刮板輸送機(jī)的運(yùn)行研究尚不全面系統(tǒng),對(duì)運(yùn)行中負(fù)載周期變化和突變交錯(cuò)等復(fù)雜工況沒(méi)有合適的解決辦法,刮板輸送機(jī)啟動(dòng)后的整個(gè)運(yùn)輸過(guò)程中都是一個(gè)固定的運(yùn)行速度,輕載時(shí)造成巨大浪費(fèi),重載時(shí)不能及時(shí)調(diào)整造成運(yùn)力不夠,甚至負(fù)載突變沖擊時(shí)設(shè)備故障停機(jī)。同時(shí)傳統(tǒng)傳動(dòng)控制方案中,由于輸送機(jī)在循環(huán)采煤過(guò)程中,采煤機(jī)運(yùn)行方向與輸送機(jī)運(yùn)煤方向有相向運(yùn)動(dòng)和同向運(yùn)動(dòng)兩種狀態(tài),使輸送機(jī)載煤量發(fā)生周期性變化。在這兩種狀態(tài)下,機(jī)頭尾電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩不同,電機(jī)出現(xiàn)一拖一拉的狀態(tài),必然對(duì)刮板鏈條的使用壽命造成下降。
[0004]隨著科學(xué)技術(shù)水平的進(jìn)步,變頻傳動(dòng)方案已日趨成熟,具有它獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn):安全可靠性尚,控制性能優(yōu)異,具備多機(jī)協(xié)調(diào)控制能力,具備$父寬的調(diào)速范圍,運(yùn)彳丁效率尚。同時(shí)隨著對(duì)刮板輸送機(jī)運(yùn)行狀況的深入研究與刮板輸送機(jī)實(shí)踐使用經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)歸納越來(lái)越豐富完善。變頻傳動(dòng)我們不僅應(yīng)用于刮板輸送機(jī)的軟啟動(dòng)上,還通過(guò)相關(guān)理論研究改進(jìn)研制專用的變頻傳動(dòng)設(shè)計(jì)方案適用于刮板輸送機(jī)運(yùn)行全過(guò)程。擴(kuò)大了變頻傳動(dòng)的應(yīng)用涵蓋范圍,提高了利用率,真正做到節(jié)能環(huán)保,精細(xì)化調(diào)控刮板輸送機(jī)全部運(yùn)行過(guò)程。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型采用專用變頻傳動(dòng)設(shè)計(jì)方案,針對(duì)淺煤層工況研制了變頻控制調(diào)速的刮板輸送機(jī)。
[0006]本實(shí)用新型的目的是提供一種變頻控制調(diào)速型刮板輸送機(jī),擴(kuò)大了變頻傳動(dòng)的應(yīng)用涵蓋范圍,提高了變頻器利用率,真正做到節(jié)能環(huán)保,精細(xì)化調(diào)控刮板輸送機(jī)全部運(yùn)行過(guò)程。
[0007]本實(shí)用新型應(yīng)用多機(jī)協(xié)調(diào)控制方案,采用專用的變頻傳動(dòng)方案,使變頻控制調(diào)速的刮板輸送機(jī)系統(tǒng)化。變頻控制調(diào)速型刮板輸送機(jī)主要由刮板輸送機(jī)槽體、機(jī)頭部、機(jī)尾部和鏈輪組件3、封閉刮板鏈4、減速器5、電機(jī)7和變頻器1、主控制器2及聯(lián)接電纜6構(gòu)成的整體。變頻器1、主控制器2通過(guò)聯(lián)接電纜6改變電機(jī)7同步頻率實(shí)現(xiàn)電機(jī)7調(diào)速;電機(jī)7輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器與減速器5輸入端連接,減速器5輸出端直接驅(qū)動(dòng)鏈輪組件3以設(shè)定的速度旋轉(zhuǎn),帶動(dòng)封閉刮板鏈4把煤由機(jī)尾部運(yùn)到機(jī)頭部。
[0008]其中變頻器I由機(jī)頭變頻器和機(jī)尾變頻器兩部分共同構(gòu)成,變頻器的核心器件為IGBT及其驅(qū)動(dòng)模塊,采用NPC(二極管箝位式)三電平拓?fù)渲麟娐贩桨浮F渲锌刂茩C(jī)尾電機(jī)7的機(jī)尾變頻器為主機(jī),控制機(jī)頭電機(jī)7的機(jī)頭變頻器為從機(jī),兩者采用基于Can總線的主從數(shù)據(jù)通訊的工作方式;變頻器I主電路是NPC三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),由整流橋、直流支撐電容、逆變橋與輔助配電設(shè)備串接組成,本實(shí)用新型整流橋由6個(gè)高壓二極管組成,交流電輸入電抗器LI后采用三相六脈波不控整流方案將交流電整流為直流電;直流支撐電容采用兩串六并連接方式,電容耐壓達(dá)1300V,并可承受119A紋波電流。保證變頻器長(zhǎng)期免維護(hù);逆變橋采用NPC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),每相橋臂由3個(gè)IGBT模塊組成,將直流電逆變?yōu)殡妷汉皖l率可調(diào)的交流電源,通過(guò)聯(lián)接電纜6輸出到電機(jī)的輸入端,通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)定子電源頻率及電壓來(lái)改變同步頻率實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速;NPC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)在于其主電路的疊層母排設(shè)計(jì),配合額外的緩沖吸收電路,輔以仿真計(jì)算及雙脈沖測(cè)試驗(yàn)證,保證設(shè)備安全可靠運(yùn)行。
[0009]主控制器2貫徹模塊化設(shè)計(jì)理念功能分塊,接口清晰,擴(kuò)展性強(qiáng)。本實(shí)用新型采用32位DSP+FPGA+ARM協(xié)同控制方式,具備計(jì)算與實(shí)時(shí)控制能力。DSP采用嵌入式操作系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度與無(wú)速度傳感器矢量控制等核心算法;FPGA負(fù)責(zé)將DSP的計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)化為PffM脈沖,實(shí)現(xiàn)脈沖分配與驅(qū)動(dòng)故障保護(hù),并提供雙口 RAM空間供DSP與ARM交互數(shù)據(jù);ARM負(fù)責(zé)外圍如RS485、以太網(wǎng)、USB等的接口擴(kuò)展與實(shí)現(xiàn),人機(jī)界面采用中文界面大屏幕真彩液晶顯示屏,人機(jī)界面友好,方便直觀、操作簡(jiǎn)便。
[0010]變頻器I與主控制器2 —起構(gòu)成轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)、轉(zhuǎn)速外環(huán)的雙環(huán)基礎(chǔ)調(diào)速系統(tǒng),本實(shí)用新型調(diào)速系統(tǒng)示意圖3所示,其中ASR是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器,ATL是轉(zhuǎn)矩控制環(huán),INV是逆變器;PG是編碼器;F/D是頻率/數(shù)字變換。調(diào)速的任務(wù)是控制轉(zhuǎn)速,但調(diào)速的關(guān)鍵是轉(zhuǎn)矩控制,只有在能快速、準(zhǔn)確控制轉(zhuǎn)矩的條件下才能獲得好的調(diào)速性能。轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)ATL控制轉(zhuǎn)矩,在接收到轉(zhuǎn)矩給定信號(hào)T*后,通過(guò)ATL的控制使電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)矩T快速、無(wú)振蕩的達(dá)到給定值,響應(yīng)時(shí)間幾ms到十幾ms。轉(zhuǎn)矩控制環(huán)的存在是高性能調(diào)速系統(tǒng)區(qū)別于普通標(biāo)量控系統(tǒng)的標(biāo)志。本實(shí)用新型轉(zhuǎn)速外環(huán)核心是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR,是一個(gè)比例-積分(PI)調(diào)節(jié)器,輸入是轉(zhuǎn)速給定η*和實(shí)際值η之偏差,輸出是轉(zhuǎn)矩給定Τ*。若轉(zhuǎn)速偏差n*-n ^ 0,在調(diào)節(jié)器積分的作用下,輸出轉(zhuǎn)矩給定Τ*就要變化,經(jīng)ATL控制,電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)矩T隨之變化,從而改變轉(zhuǎn)速,減小轉(zhuǎn)速偏差,直至η*-η = 0,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)無(wú)差。實(shí)現(xiàn)了機(jī)頭、尾順序起??刂?。本實(shí)用新型ASR輸出有最大和最小值限制,就是電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩Tmax和最小轉(zhuǎn)矩Tmin限制。
[0011]進(jìn)一步,所述變頻控制調(diào)速型刮板輸送機(jī)具備多機(jī)協(xié)調(diào)控制能力,其中變頻器I的兩部分主機(jī)機(jī)尾變頻器和從機(jī)機(jī)頭變頻器,兩者間通過(guò)CAN總線通訊,具體實(shí)施方案見(jiàn)經(jīng)轉(zhuǎn)矩環(huán)負(fù)荷均衡的主從控制系統(tǒng)(TLBS)示意圖4,兩套電動(dòng)機(jī)的控制共用一套轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR,其輸出作為兩套轉(zhuǎn)矩控制環(huán)ATLl和ATL2共同的轉(zhuǎn)矩給定Tl*,兩個(gè)轉(zhuǎn)矩環(huán)促使兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)矩等于同一給定值,從而負(fù)荷均衡,實(shí)現(xiàn)了多機(jī)功率平衡控制。具體說(shuō)就是主機(jī)根據(jù)用戶設(shè)定的工作頻率(0-50ΗΖ)對(duì)機(jī)尾電機(jī)7進(jìn)行恒轉(zhuǎn)速控制,主機(jī)在帶載運(yùn)行過(guò)程中將輸出的轉(zhuǎn)矩通過(guò)數(shù)據(jù)通訊傳送到從機(jī),從機(jī)根據(jù)主機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩對(duì)機(jī)頭電機(jī)7進(jìn)行恒轉(zhuǎn)矩控制,機(jī)頭、機(jī)尾電機(jī)7輸出功率得到均衡。
[0012]進(jìn)一步,所述變頻控制調(diào)速型刮板輸送機(jī)采用變頻技術(shù)改變電機(jī)供電頻率,進(jìn)而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速,變頻器直接控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速,就減少了能源的消耗。本實(shí)用新型變頻器I頻率輸出范圍0-50Hz,調(diào)速范圍達(dá)到1: 100,調(diào)速范圍寬,滿足調(diào)鏈等維護(hù)需求,可在輕載時(shí)低速運(yùn)行,降低封閉刮板鏈4磨損。
[0013]同時(shí)針對(duì)刮板輸送機(jī)應(yīng)用工況,為滿足長(zhǎng)距離驅(qū)動(dòng)的要求,本實(shí)用新型變頻器I輸出端特別