基于双闭环励磁电调矿用电铲电控系统研究

基于双闭环励磁电调矿用电铲电控系统研究 基于双闭环励磁电调矿用电铲电控系统研 究 基于双闭环励磁电调矿用电铲电控系统研究尹喜云.等 基于双闭环励磁电调矿用电铲电控系统研究 ResearchontheElectricControlSystemBasedonDoubleClosed—loop ExcitationElectricAdjustmentforMineExcavator 尹喜云支泽罗度林2真光富 (湖南科技大学机械设备健康维护湖南省重点实验室,湘潭411201;湘潭电气设备 制造有限责任公司,湘潭411100) 摘要:目前矿用电铲常见的是采用磁性触发器进行控制,存在系统动态响应慢,动 态指标欠佳,电铲特性不理想,结构复杂等缺陷, 采用电流内环和电压外环的双闭环励磁电调 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 , 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 了一种先进的电子集成电 铲电控系统,详细介绍了系统电路结构,尤其是电 压,电流调节器及其反馈电路与特性适配电路的基本原理和功能特点.在实际应用 中,该系统具有结构简单,技术指标性能好,动态 响应快等优点,较好地满足了现场控制和实际生产的要求. 关键词:矿用电铲电控系统双闭环控制励磁电调 中图分类号:TD422;TM571.2文献标志码:A Abstract:Aimingatthelimitationscurrentlyexistingincontrollingmineexcavatorwithmag netictriggem-suchasslowdynamicresponseof system.poordynamicindexandexcavatorcharacteristics.aswellascomplicatedstructure.et c..thestrategyofdoubleclosed-loopexcitation electricadjustment.i,e,currentinnerloopandvoltageouterloop.isadoptedtodesignanadvan cedelectronicintegratedcontrolsystemfor mineexcavator.Thes咖 ctIlreofthesystemcircuitsareintroducedindetail.especiallythebasicprincipleandfunction alfeaturesofvoltageand currentregulatorsandcharacteristicadaptioncircuitaredescribed,Inpracticalapplication.t hesystemofferssimplestructure,excellenttechni- calperformanceindexesandfastdynamicresponse.Thedesignhaswellmettherequirements offieldcontrolandpracticalproduction, Keywords:MineexcavatorElectriccontrolsystemDoubleclosed-loopcontrolExcitationel ectricadjustment 0引言 电铲是矿山中常用的电气设备.在我国大多数矿山 都能见到,目前矿山使用的电铲基本上是采用磁性触发 器控制的可控硅励磁直流发电机一直流电动机控制模 式.它虽具有维护简单,技术成熟,可靠性较高等优点, 但随着社会的不断发展和技术的不断进步,现实生产对 电铲电控提出了更高的要求.作为电磁元件的磁性触 发器,在生产实际中的控制性能上还是不够理想,存在 许多缺陷.首先 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现在系统动态响应慢,动态指标欠 佳.磁性触发器有固定的时间常数,对于由多系统组成 的电铲,难以满足不同系统对动态特性的要求;二从 系统结构看,磁性触发器组成的调节系统,电压调节器 和电流调节器共用一个环,它所实现的电铲特性不理 想,电流环在起动过程中的主导作用得不到充分的体 现,且电机的最大起动力矩维持时间不长,导致电机后 劲不足,转速降较大,故不能保证电机长时间的最大出 力.若要保证较长时间的最大出力,必须提高截止点电 修改稿收到日期:2007—03一l9. 第一作者尹喜云,男,1964年生,1988年毕业于湘潭矿业学院机械系 (现更名为湖南科技大学),获学士学位,副教授;主要从事机械设计度控 制工程理论等的教学与科研工作. 流,这样不利于电机换向.直接影响电机的使用寿命;三 是对于提升系统.磁性触发器不能针对提升,下放工况 的不同而实现不同的特性.难以提高工作效率;四是从 硬件结构上看,由于该系统应用了较多的电位器,可调 电阻,继电器等调节元器件,线路比较复杂,整个电路的 可拆卸点多.在矿山高温,多尘,振动大的恶劣工作环境 中,经常会出现接触不良,脱焊等现象,故障发生率高, 且不便于维护和维修,严重影响了电铲设备的正常运行 和企业的生产效益J.目前,随着近年来电子技术的飞 速发展,集成电路和数字化电子技术在现代工业控制过 程中表现出极大的优势,因此,将现代电磁控制技术应 用到现有电铲电控系统中成为可能和趋势,同时也具有 十分重要的生产意义和现实价值. 1系统工作原理和功能特点 1.1系统工作原理 针对现有磁性触发器控制的电铲电控系统存在系 统动态响应慢,动态指标欠佳,电铲特性不理想,结构 复杂等缺陷,设计了一种基于双闭环励磁调节的电子 电铲电控系统,它采用电压,电流双闭环调速系统,由 电流内环和电压外环构成,在电机起动过程中都能保 24PROCESSAUTOMATIONINSTRUMENTATIONVo1.28No.5May2OO7 基于双闭环励磁电调矿用电铲电控系统研究尹喜云,等 证具有最大力矩,同时在电机的运行阶段,电机电枢电 压参与对电铲特性的调节,每个控制系统的工作原理 基本相同,都是通过控制发电机磁场的大小和方向,从 而改变发电机电枢电压的大小和方向,进而实现对发 电机的调速.该电铲电控系统是由主令控制器, 给定积分器,电流/电压反馈电路,电流/电压调节器, 逻辑封锁电路,脉冲触发电路,整流电路,特性适配电 路八个部分组成,基于集成电子电路设计思想,每个部 分都做成模块化结构,该系统的电路基本原理结构如 图1所示. 图1系统电路基本原理图 Fig.1Basicprincipleofsystemcircuit 图1中:WY为稳压电源;wg为主令控制器;GJ为 给定积分器;FKU为电压反馈电路;TXSP为特性适配电 路;FI(I为电流反馈电路;yr为电压调节器;LT为电流 调节器;HL,为逻辑封锁电路;.CF.,CF为脉冲触发电 路;ZL.,ZIJ2为整流电路;F,D为发电机,电动机. 从图1中可知,该系统由稳压电源提供系统的工作 电源,由主令控制器提供正反给定信号,给定积分器将 阶跃给定信号转化为具有一定斜率上升的给定信号 u电压反馈电路对电机电枢进行隔离采样,取出反馈 电流If;电压调节器综合电压给定信号与电压反馈信号 u,对电枢电压电流进行无静差调节,其输出U即为系 统的移相控制信号U;逻辑封锁电路根据至令信号大 小对电压调节器和电流调节器进行开放或锁零.根据主 令信号的极性对触发脉冲分别进行选择;脉冲触发电路 根据同步信号u.形成脉冲,根据移相信号的大小进行移 相,对可控硅进行控制;整流电路向发电机磁场组提供可 变的励磁电压,从而对励磁电流进行调节;特性适配电路 根据电枢电压的大小参数与改变电压调节器输出限幅 值,从而改变主回路电流的最大值,最终实现电铲特性. 电压调节器和电流虚线调节器电路原理如图2所示. 下堕Nts XF2且+5v3L 旦琶v,IIR?IViaV14+5 .—匕卜『口CJ,?量c}{it丰Vt0r,J墨礁 HL封锁信号Nl5 一 , ' l31 昌.昌R2. 1rLt2 +5V^r7.+5Vb Ra5RM _][0 宁cI3 +5v6 +l,l 图2电压调节器和电流调节器电路原理 结构图 人力资源部组织结构图钢结构图纸会审六年级数学知识结构图单元知识结构图社区居委组织结构图 Fig.2Circuitprincipleofvolt~eandcu~ntm~ator 《自动化仪表》第28卷第5期20o7年5月 基于双闭环励磁电调矿用电铲电控系统研究尹喜云.等 其中需要特别指出该系统的电压调节器是一个由 运算放大器M以及外接电阻,电容和二极管构成的 PI调节器,而电流调节器是由N以及外接电阻,电容 和二极管构成的PI调节器.电压调节器综合电压给 定信号与电压反馈信号得到电压偏差信号实现对系统 电压的无静差调节.电压调节器的输出U即为系统 的电流给定.电压反馈信号由脚1,脚2输入经霍尔 电压传感器NR隔离放大后送至电压调节器输入口. 该信号同时送入由运算放大器N,,N,,N,.以及外接 电阻和二极管构成的特性适配电路,参与对电压调节 器输出限幅值的控制,当电枢电压较高时,特性适配电 路输出值减小,电压调节器输出的最大电流给定减小, 当电枢电压较低时,其输出值增加,电压调节器输出的 最大电流给定增加,从而实现理想的电铲特性. 电压反馈电路及特性适配电路的结构原理如图3所 示. 图3电压反馈电路及特性适配电路结构图 Fig.3Structureofvoltagefeedbackcircuitandcharacteristicadaptioncircuit 2.2系统功能特点应速度慢,电铲特性差等问题.该系统2005年底安装 基于双闭环励磁调节的电铲电控系统具有以下三应用到湖南某露天矿的3台WK一4型电铲的电控系 个方面的功能特点:统中,到2006年底,从实际生产运行的统计数据来看, ?从系统动态特性来看,比磁性触发控制的可控设备功力明显增大,各项性能指标稳定可靠,故障发生 硅励磁的直流发动机一直流电动机控制模式响应快,率减少20%,设备生产效率提高近23%,创造了上百 且可针对不同的系统进行变参数调节;万元的直接经济效益,极大地降低了工人的劳动强度. ?从线路构成来看,电调节励磁方案由电流内同时也为这类电铲设备电气系统的技术改造和性能升 环和电压外环构成,这样在整修起动过程中都能保级提供了一定的经验借鉴. 证具有最大力矩,同时在电机的运行阶段电机电枢参考文献 电压参与对电铲特性的调节,电机电枢电压越高,截1梁建华.JDIA电磁调速控制器的故障检查[J].自动化仪表, 止点电流越小;电机电枢电压越低,截止点电流越1995,16(4):38—39? 大,可以认为P:IU为一常量,以保证电机的正常出2董鹏飞?国内4m3电铲发电机励磁控制系统存在问题及改进措 力,此装置可改善提升系统下放工况的特性,提高工施…?中国钼业,2002,(4):52-53. 作效率;.'竺蝴机躲 ?从结构上来看,由于采用电子电路集成原4高存斌. wK一4型电铲直流电控系统技术改进[J].冶金矿山 理进行设计,该电调节励磁装置比磁性触发器的控设计与建设,2001,2(33):42—43. 制装置大量减少了调节电位器等元器件,故磁性触5罗庆林,陈免电铲电子模拟控制装置[P].中国专利: 发器控制柜中三个环节的摇门可全部取消,同时主00126715.9,2001—08—22. 回路采用功率模块,可进一步优化结构,便于降低6刘昆,高放,何方威,等.露天矿WK一4型电铲电气传动系 维修成本,对于我国目前矿山使用的成千上万台电统改造…?矿业工程,2006,4(I):42—44? 铲电控系统的改造,是不需要进行较大的结构调整张金河,王华?电子调节装置在WK-4电铲中的应用[J]. 的】业00 … 4,420(6):45 压 ,5 负 4' 反馈在电铲控制系统中的应 3结束语用[J].矿业快报,2001,359(5):9—11. 9董自清,邵玉良.3Kr一5A型电铲电控系统技术改造[J].包钢 应用现代电子技术,基于双闭环励磁电调节的电科技,2003,29(5):70—71. 铲电控系统具有结构简单,技术指标性能好,动态响应10孙世宁.电控装置干扰及其抑制 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 [J].自动化仪表,2005, 快,维护简便等优点,较好地解决了目前磁性触发器响26(4):65—66. 26PROCESSAUTOMATIONINSTRUMENTATIONVo1.28No.5May2OO7