一种矿用刮板运输机驱动控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种矿用刮板运输机驱动控制系统包括两组分控制系统，其中一组分控制系统为主控制系统，用于控制刮板机运输机主动电机的速度，另一组分控制系统为从控制系统，用于控制刮板机运输机从动电机的力矩，两组系统互为主从控制系统，每一组分控制系统均包括依次连接在一起的三电平PWM整流器、超级电容组、三电平逆变器和滤波器。本发明专利技术的优点是：电路结构简单，造价低廉，控制容易且性价比高，运用电力电子技术、全数字化智能化技术，实现电机及其电能的高效利用，与超级电容组的有机结合能更加有效的实现刮板运输机的各种特殊工况，实现对再生能量的有效利用。

A Driving Control System of Scraper Conveyor for Mine

The present invention relates to a driving control system of a scraper conveyor for mining, which consists of two component control systems. One component control system is the main control system, which is used to control the speed of the active motor of the scraper conveyor. The other component control system is the slave control system, which is used to control the moment of the driven motor of the scraper conveyor. The system consists of three-level PWM rectifiers, supercapacitor banks, three-level inverters and filters connected in turn. The advantages of the present invention are: simple circuit structure, low cost, easy control and high cost performance ratio, high efficiency utilization of motor and its electric energy by using power electronics technology and full digital intelligent technology, and organic combination with supercapacitor group can more effectively realize various special working conditions of scraper conveyor and realize effective utilization of renewable energy.

【技术实现步骤摘要】
一种矿用刮板运输机驱动控制系统
本专利技术涉及一种矿用刮板运输机驱动控制系统，属于矿用刮板运输机的控制领域。通过结合三电平PWM整流器、超级电容组、三电平逆变器实现大功率矿用刮板运输机重载起动、同步控制、长电缆运行控制以及再生制动能量的吸收利用。
技术介绍
随着矿山生产数量的增加，开采深度不断加大和运输的成本不断上升，同时传统的汽车运输方式会产生大量的汽车尾气严重污染井下环境。采用胶带运输系统一方面能节约大量运输成本，另一方面能够较少汽车尾气的排放从而改善井下作业的环境，相应地矿山用运输机也跟着发展起来。运输机的种类有带式运输机，板式运输机，小车式运输机，刮板运输机和其他运输机。具有牵引件的运输机一般包括牵引件、承载构件、驱动装置、张紧装置、改向装置和支承件等。随着电机生产技术在煤矿开采方面的开发和利用，大大提高了煤矿开采的效率。与人工开采水平相比机械化自动化开采的效率高出十倍乃至百倍有余。所以说，机械化自动化的快速发展推动了人们生产生活质量水平的提高。带式输送机是满足煤矿企业矿井运输的高效运输机械。与其他运输机械相比，带式输送机具有距离长、容量大、连续运输的优点，而且运行稳定，容易完成自动化和集中控制。对于高产的高效矿山，带式输送机已成为高效采煤机电一体化技术和设备的关键设备。煤矿用带式输送机主要是指用于煤矿开采、生产、运输和加工的皮带式输送机和刮板运输机。带式输送机具有运输能力强，适应多变的工作环境、长距离运输等优点。矿山带式输送机不仅可用于煤炭生产加工过程中，还可用于其他矿物的生产和加工。在能源消耗方面，能有效降低能源消耗，提供经济效益，比传统汽车运输更能节约能源和环保。此外，具有维护成本小、维护简单等特点，也深受矿山生产加工企业的青睐。在矿山的生产中刮板运输机和带式运输机虽然提高了运输效率，但也带来一些问题。其中，刮板运输机在启动或者停止时，动态张力较高，随之带来的便是传送带经常滑动，这会增加传送带的相对摩擦力进而产生更多的热量，使得刮板运输机的安全性大大降低，刮板运输机因此受到严重损坏。所以，迫切需要将变频系统应用到其中，对其进行调速控制。当刮板运输机动作后，传送带被迫发生振动很容易滑动，而变频器的原理是通过改变电源的频率，对其频率进行调节，通过变频器可以减少产生的无功损耗并大大提高运输效率。而在带式运输机中，传送带是一个弹性体，在静止或运行时储存了大量的能量。在它的起动过程中，若不加软启动装置，传送带内储藏的能量会很快释放，易形成张力波并沿着传送带传输出去，将皮带撕断。若不采用软启软停，启动电流会很大，一般为电机额定电流的4—7倍。在其起动瞬间会对电机机械内部造成严重磨损甚至损坏，这完全不符合创建一个节能型社会的需求。因此在带式运输机上采用变频调速是非常有必要的，这样做不仅可以缩小驱动装置的空间，还可以使设备实现软启动，这样既提高了运输效率又减少了耗电量，又节约了成本。同时矿山的生产过程中要用到很多种机械设备，而煤矿运输机必须用到变频器对其进行调级变速实现软启动软停止，这样既提高了运输效率，又节约了成本。随着我国煤矿业高速发展，对煤矿井下作业的要求也是越来越高。因为作业的环境特殊，井下作业排在第一位的是安全，电气设备运行的要求是高效、可靠。井下作业不仅对矿工的身体素质是一个严峻的挑战，而且对于井下的所有设备也是一种挑战，想要获得十分出色的煤矿采集效果，所有设备的正确合理的使用就变成重中之重。在矿山运输机的运行过程当中必须十分注意控制电机运行的快慢，只有严格的控制电机运行的快慢才能确保设备运行完好无事和运行效率。这也给其拖动控制设备提出了更高的标准，需要具有较好的调速以及控制特性才能够更好的保证设备的安全正常运行。随着我国煤炭工业生产自动化的不断发展，矿用变频器在煤矿井下机械设备的应用中起到了杰出的调速机能和节约能量、降低损耗的作用。矿用变频器在煤矿井中有着大量活跃的身影。矿用变频器归纳综合起来主要有能够去掉困扰大功率电机转矩控制需要高精准度的问题；可以实现大功率电动机的软起动、软停机和过程控制；多台电机一起运行时的功率平衡；运行过程当中有着再生制动和能量回馈的能力，可以实现能源节约和削减排放；削减能源损耗，安全性高，设备使用期限久等多个优点。但如今大部分的矿用变频器都是使用的脉冲宽度调制技术，两电平变频器经由整流电路-直流电路-逆变电路的变换后，两电平变频器输出的波形并非完全的正弦波形，一般有着3次以上的谐波。由于两电平变频器的布局是6个IGBT，只用6路PWM脉冲，它的输入侧会对电网有很大的电磁干扰，有可能会滋扰到煤矿井下安全生产监测监控系统。对于刮板运输机输出侧存在变频器通过长电缆给电机供电，变频器输出的是PWM波且长电缆供电，存在的突出问题是：第一，谐波反射。谐波极其严重，主要谐波的次数、谐波电流含量复杂，且长电缆可形成LCR回路使输出电流易谐振，加上变频器电力电子器件产生的高次谐波对电机和电缆绝缘产生很大危害，同时谐波产生发射波与长距离电机侧电压叠加时，电机侧电压值供电电压值具有增大效应，其结果导致电机端电压过大，损坏绝缘。变频供电需要调速，输出频率工作点不固定，因而对应每个频率都有多种谐波，所以谐波分布在很宽的频域内，即使再好的滤波器不能有效滤除所有次频率下的谐波。更为复杂的是谐波存在“打鼹鼠”现象，即：某种谐波被抑制掉，另一种谐波又被加强。这样的困惑一直是该领域的难题。同时，由于谐波存在，当变频器长电缆供电时，造成供电电压电流不稳定，不能有效控制负载的工况。第二，变频器脉冲反射。其结果导致电机端电压过大，损坏电缆和电机绝缘。针对两电平变频器出现的问题，三电平变频器可以完美的解决掉这些问题。相对于两电平变频器来，三电平变频器由于多加了一个电平，可以将开关器件的电压削减到二分之一。因为输出多出了一个电平，du/dt的值可以削减二分之一，从而使输出电压谐波削减，并大大削减电机的发热量，削减了对电网的共模滋扰。这些优点十分适合应用在1140V及以上电压的矿山大容量调速系统中。矿用刮板机主要用于运输采煤矿工作面的原煤生产，矿用刮板机属于散料输送机械。传统的刮板运输机直接会给电机配上1140V的电箱和软启动器进行启动，使得电机可以正常启动并平稳运行，如图1所示。但是这种设计方式存在很多问题：(1)在刮板机上原煤较多时，启动功率力矩变大，需要人工铲除，效率不高；(2)存在电缆损耗，矿井工作巷道比较长，需要较长的电缆，导致管压降很大，启动电压和运行电压不足。(3)难以做到同步控制，不利于实际生产的需求。(4)空载时会导致电能的浪费。(5)皮带受力不均匀，易产生打滑等现象，损伤运输机电机。针对这些问题，人们先期采用了简单的速度同步控制或功率同步控制，使其尽可能的做到同步控制。但是迫于技术限制只能解决一部分问题，刮板运输机还是存在高能耗，低效率及重载起动困难等问题。从节能，灵活，可靠，高效等方面来讲，传统的软启动方式已经不能满足实际的生产需求，所以变频技术已经逐渐取代直接配电的方法。目前矿用刮板运输机也尝试采用及变频技术，如图2所示。刮板运输机采用变频技术在一定程度上减弱了传统配电方式的缺点，解决了空载消耗电能的情况，但还存在着以下问题亟待解决。(1)电机依旧不能做到同步控制，易损伤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种矿用刮板运输机驱动控制系统，其特征在于，包括两组分控制系统，其中一组分控制系统为主控制系统，该主控系统用于控制刮板运输机主动电机的速度，另一组分控制系统为从控制系统，该从控系统用于控制刮板运输机从动电机的力矩，每一组分控制系统均包括依次连接在一起的三电平PWM整流器、超级电容组、三电平逆变器和滤波器，两个三电平PWM整流器的输入端接入变压器的输出端，其中，主控制系统的滤波器的输出端通过长电缆接入主动电机M1，从控制系统的滤波器的输出端通过长电缆接入从动电机M2，两个三电平PWM整流器、两个超级电容组以及两个三电平逆变器均通过CAN总线与总控制系统连接，进行通信交换数据。

【技术特征摘要】
1.一种矿用刮板运输机驱动控制系统，其特征在于，包括两组分控制系统，其中一组分控制系统为主控制系统，该主控系统用于控制刮板运输机主动电机的速度，另一组分控制系统为从控制系统，该从控系统用于控制刮板运输机从动电机的力矩，每一组分控制系统均包括依次连接在一起的三电平PWM整流器、超级电容组、三电平逆变器和滤波器，两个三电平PWM整流器的输入端接入变压器的输出端，其中，主控制系统的滤波器的输出端通过长电缆接入主动电机M1，从控制系统的滤波器的输出端通过长电缆接入从动电机M2，两个三电平PWM整流器、两个超级电容组以及两个三电平逆变器均通过CAN总线与总控制系统连接，进行通信交换数据。2.根据权利要求1所述的一种矿用刮板运输机驱动控制系统，其特征在于，所述的三电平PWM整流器输出稳定的可调整的直流电压，提供给三电平逆变...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓永红，张全柱，孙英娟，马红梅，雷旻，薛伟宁，赵立永，
申请(专利权)人：华北科技学院，
类型：发明
国别省市：河北,13