礦井提升機(jī)中交流電機(jī)的matlab建模仿真研究

摘 要：電機(jī)控制系統(tǒng)是礦井提升機(jī)的最關(guān)鍵系統(tǒng)之一，為了研究其矢量控制系統(tǒng)的性能，獲得礦井提升機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)，在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系MT坐標(biāo)系中推出交流異步電機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，并基于MATLAB/Simulink，采用矢量控制方式對(duì)礦井提升機(jī)電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真，并給出仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果。該模型真實(shí)的體現(xiàn)了礦井提升機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能，很好的預(yù)知電機(jī)控制系統(tǒng)性能，給礦井提升機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了很好的參考依據(jù)，提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的效率，并可用來研究多種控制策略。

關(guān)鍵詞：礦井提升機(jī) ；矢量控制；matlab；仿真

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.077

0 引言

礦井提升機(jī)通常是礦山最重要的關(guān)鍵設(shè)備，肩負(fù)著礦石、人員等的重要運(yùn)輸責(zé)任。對(duì)于提升機(jī)來說，對(duì)加減速及轉(zhuǎn)速精度要求比較高，同時(shí)注重運(yùn)行的安全性與可靠性。近幾年來，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展交流調(diào)速技術(shù)逐漸成為了主流。由于交流電機(jī)成本和維護(hù)費(fèi)用比直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)更低，可靠性更高。并且隨著新的調(diào)速方法，如矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制、自適應(yīng)控制、無速度傳感器控制等的出現(xiàn)，使得交流調(diào)速系統(tǒng)的性能越來越優(yōu)越，交流電機(jī)正逐步取代直流電機(jī)而成為傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的主流。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的出現(xiàn)使得對(duì)交流調(diào)速的性能分析和研究變的更為方便。如：MATLAB軟件已經(jīng)能夠在計(jì)算機(jī)中全過程地仿真交流調(diào)速系統(tǒng)的整個(gè)過程。Simlink搭建的模型非常適合交流調(diào)速領(lǐng)域內(nèi)的仿真及研究，可以利用直觀的圖形解決某些問題并能顯著提高工作效率。

1 交流電機(jī)矢量控制的數(shù)學(xué)模型

將電機(jī)結(jié)構(gòu)簡化后，滿足假設(shè)條件的理想交流異步電機(jī)。其以下的分析、計(jì)算所得，誤差在允許范圍內(nèi)。以轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的異步電機(jī)在M-T坐標(biāo)系中，M 軸與轉(zhuǎn)子磁鏈 同向。根據(jù)電壓方程和磁鏈方程，可得到矢量控制基本方程：

（1） （2） （3）

式中：、分別為定子電流在M、T軸上的分量； 、分別為電機(jī)的轉(zhuǎn)子自感和互感；

為轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)；為電機(jī)的轉(zhuǎn)差角頻率；電磁轉(zhuǎn)矩；為微分算子；為電機(jī)極對(duì)數(shù)。

2 礦井提升機(jī)交流驅(qū)動(dòng)矢量控制系統(tǒng)的Simulink建模

2.1 系統(tǒng)的建模

礦井提升機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由控制系統(tǒng)（包括傳感器、plc）、交流異步電機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)等構(gòu)成?？刂葡到y(tǒng)接受操作人員操縱信號(hào)啟動(dòng)，通過給定曲線驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行，同時(shí)速度反饋信號(hào)與給定信號(hào)比較，偏差信號(hào)通過控制器產(chǎn)生M-T坐標(biāo)系里解耦的兩相電流指令，分別控制交流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速，其利用MATLAB/Sinmulink建模如圖1所示。

2.2 仿真參數(shù)的設(shè)置

（1）技術(shù)數(shù)據(jù)：型號(hào)：TDZBS3500-12；功率：3500kW；電流：1400A；電壓：1500V；額定轉(zhuǎn)矩：668KN·m；功率因數(shù)：0.97；頻率：5/12Hz；轉(zhuǎn)速：50/120/r/min；極對(duì)數(shù)：6：三相星形接法；折算到電動(dòng)機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=23000kgm2?？蛰d勵(lì)磁電流=245A，空載勵(lì)磁電壓=65V，滿載勵(lì)磁電流，=441A，滿載勵(lì)磁電壓=169V，滿載效率=0.9595。

（2）電磁參數(shù)標(biāo)幺值：=0.038，=0.0107，=0.205，=0.153，=1.573，=1.04，=1.91，=1.2，=0.16，=0.31，=0.09，=0.067（下標(biāo)表示各繞組漏感）。

（3）空載特性（f=10Hz，n=100r/min）。

2.3 仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析

從仿真結(jié)果圖2中曲線可以觀察到，其轉(zhuǎn)速上升平穩(wěn)，0.4S加載后略有下降但隨即恢復(fù)，在0.18S達(dá)到給定轉(zhuǎn)速和0.6S加載時(shí)，系統(tǒng)電壓、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩都有相應(yīng)的變化，調(diào)節(jié)靈敏。

3 結(jié)語

本文采用Matlab/Simulink模塊對(duì)礦井提升機(jī)交流異步電機(jī)進(jìn)行了建模仿真。說明了矢量控制對(duì)于復(fù)雜的交流調(diào)速系統(tǒng)來說是一種很好的控制方式.并且通過仿真波形的分析也驗(yàn)證了交流異步電動(dòng)機(jī)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)具有較好的動(dòng)、靜態(tài)特性，完全可以適用于礦井提升機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合.

參考文獻(xiàn)：

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[2]任思景，董金波.Matlab/Simulink在礦井提升機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2003，22（11）：26-28.

基金項(xiàng)目：包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院院立科研項(xiàng)目；項(xiàng)目名稱：基于MATLAB/Simulink的礦井提升機(jī)交流電機(jī)控制系統(tǒng)建模與仿真

作者簡介：馮毅（1980-），男，河南長葛人，碩士研究生，講師，主要從事電氣專業(yè)教學(xué)工作，研究方向：PLC控制。