采煤機(jī)變頻器的軟件設(shè)計與實驗研究

(黑龍江省能源研究所，哈爾濱 150001)

0 引 言

采煤機(jī)是煤礦開采的重要動力設(shè)備，其安全、高效、穩(wěn)定地運行是煤礦生產(chǎn)的重要保障。對采煤機(jī)電動機(jī)實時控制是其安全運行的重要保障。由于新型電力電子器件的不斷發(fā)展，變頻技術(shù)獲得了高速發(fā)展。變頻器和交流電機(jī)構(gòu)成的可調(diào)速傳動用于保證采煤機(jī)運行可靠、平滑加減速和定位控制等功能[1-3]。文中采用TMS320F2812為變頻控制系統(tǒng)的核心，對其進(jìn)行設(shè)計與實驗研究。

1 變頻調(diào)速系統(tǒng)

該變頻器設(shè)計采用TMS320F2812為控制系統(tǒng)的核心，采用EPM7128SLC84-15(84)為輔助控制電路。其主要實現(xiàn)了控制電動機(jī)頻率在1～50 Hz內(nèi)可調(diào)，頻率分辨率為1 Hz。以TMS320F2812芯片作為電動機(jī)控制系統(tǒng)的核心控制芯片[4-5]。基于TMS320F2812的電壓空間矢量PWM控制方案組成的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖，如圖1所示。

圖1 交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

由圖1可見，其主要由主電路、CPLD輔助控制電路、驅(qū)動電路檢測電路、DSP控制器、和人機(jī)界面組成。

2 軟件的設(shè)計

2.1 主程序流程

主程序?qū)τ布妥兞窟M(jìn)行初始化，初始化各變量的地址，同時設(shè)定變量相應(yīng)的初值。其具體流程圖如圖2所示。

圖2 DSP主程序流程圖

2.2 PWM中斷服務(wù)程序

采用模塊化編程思想，控制系統(tǒng)的DSP可以方便地進(jìn)行電壓空間矢量的輸出。中斷程序是用來實現(xiàn)電壓和電流的檢測與控制，坐標(biāo)變換和的調(diào)制，中斷服務(wù)程序是系統(tǒng)實現(xiàn)矢量控制的核心[6]。其中中斷服務(wù)子程序具體流程如圖3所示。

圖3 PWM中斷服務(wù)子程序流程

2.3 SVPWM算法程序

SVPWM算法的流程:在α-β坐標(biāo)下系確定電機(jī)的輸出電壓u，分解電壓，在每個周期里，確定電壓u所在的扇區(qū)以及與此兩個相鄰的基本電壓矢量的uα和uβ;同時確定時間TX和TY的值;計算Tcm1，Tm2和Tcm3三個值并將其分別寫入相應(yīng)的寄存器CMPR1, CMPR2和CMPR3里。SVPWM具體算法流程如圖4所示。

圖4 SVPWM算法流程

3 實驗結(jié)果與分析

控制系統(tǒng)DSP在50 Hz輸出的SVPWM波形如圖5所示。

圖5 50 Hz頻率輸出的SVPWM波形

DSP在50 Hz輸出的SVPWM波經(jīng)過低通濾波器得到的波形和三相電流波形如圖6所示。

圖6 50 Hz頻率經(jīng)過低通濾波器輸出波形

逆變電路在50 Hz的頻率時輸出三相電流波形如圖7所示。

圖7 50 Hz頻率的逆變電路輸出的電流波形

由圖7可知，采用SVPWM進(jìn)行調(diào)制時電機(jī)電流的諧波小，電機(jī)的電壓利用率高，高頻噪聲低。

4 結(jié)束語

所設(shè)計的變頻器采用軟件法實現(xiàn)了空間矢量脈寬調(diào)制，該方法比硬件法諧波含量相對減少，最終實現(xiàn)了頻率調(diào)節(jié)范圍為1～50 Hz的三相交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。使用該方法可以使逆變器輸出電流的諧波成分減少、使電動機(jī)的諧波損耗明顯降低，同時減小轉(zhuǎn)矩的脈動，其能夠提高采煤機(jī)的效率，節(jié)約能耗，提高煤炭生產(chǎn)的效益。

[1] 高俊嶺，柏方艷，嚴(yán)宏寬.基于PLC 的AM50 采煤機(jī)電控系統(tǒng)[J]．微計算機(jī)信息2002,18(4):5-6．

[2] 王志武.國內(nèi)外采煤機(jī)截割調(diào)速系統(tǒng)的分析[J].煤礦機(jī)電，2004,3(3):27-33．

[3] 萬山明.TMS320F281X DSP原理及應(yīng)用實例[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2007.

[4] 李曉豁，吳志強(qiáng)．基于參數(shù)自適應(yīng)模糊PID控制器的采煤機(jī)恒功率調(diào)速系統(tǒng)[J]．制造業(yè)自動化，2009，31(1):45-47．

[5] 李珊珊，尹作振，張廣超．基于PLC的采煤機(jī)控制開關(guān)在井下的應(yīng)用[J]．機(jī)電信息，2010(30):163．

[6] 胡志棟，徐康博.液壓拉伸器用螺栓的可靠性分析[J].森林工程，2012(2)：38-41+46.