CN103441717A

CN103441717A - 电动挖掘机数字直流调速系统

Info

Publication number: CN103441717A
Application number: CN201310338800XA
Authority: CN
Inventors: 毛振刚; 毛佳琳; 毛媛媛
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-08-06
Filing date: 2013-08-06
Publication date: 2013-12-11

Abstract

本发明公开了一种电动挖掘机数字直流调速系统，其主要技术特征在于：包括控制器、同步电路、保护电路、检测电路和整流装置，所述检测电路包括速度检测电路和电流检测电路，所述控制器连接同步电路，所述保护电路连接控制器，所述检测电路连接控制器，所述控制器连接整流装置；所述的速度检测电路采用脉冲编码器；所述的电流检测电路采用霍尔传感器；所述的控制器采用TMS320LF2407A控制器。本发明系统采用TMS320LF2407A控制器，驱动大功率晶闸管组成的正反全控桥主回路，在控制回路中将转速反馈与电流反馈信号接入控制器，利用控制器内部丰富的软件功能，编程实现转速与电流的综合反馈；该装置具有价格低、调速性能好、维护方便以及节能显著等优点。

Description

电动挖掘机数字直流调速系统

技术领域

本发明属于电动挖掘机调速系统技术领域，特别是一种电动挖掘机数字直流调速系统。

背景技术

电动挖掘机是我国矿山、水泥行业及水利建筑露天工地用来挖掘矿石和坚硬岩石的大型自动化设备。目前我国矿山电动挖掘机调速控制部分基本上还采用F-D直流电动机调速传动系统。但是F-D直流电动机调速控制系统具有结构复杂，运行费用高，噪音大等方面的缺陷，主要表现为：1.由于磁放大器及磁性触发器是采用磁通量饱和的原理来实现小电流控制大电流，相对于不断革新的大功率晶闸管元器件，其技术已是非常落后，2.F-D直流电动机调速控制系统结构非常复杂，控制线路繁多，维护难度大，由于元件复杂或线路问题经常发生故障，维护很不方便，3.由于采用的是交、直流发电机系统，其能量的转换为电能先转换为机械能，机械能再转换为电能，存在运行成本高，电能耗损较大。

随着生产技术的发展，对电气传动在启制动、正反转以及调速精度、调速范围、静态特性、动态响应等方面提出了更高要求，这就要求大量使用调速系统。由于直流电机的调速性能和转矩控制性能好，从20世纪30年代起，就开始使用直流调速系统。它的发展过程是这样的：由最早的旋转变流机组控制发展为放大机、磁放大器控制；再进一步，用静止的晶闸管变流装置和模拟控制器实现直流调速；再后来，用可控整流和大功率晶体管组成的PWM控制电路实现数字化的直流调速，使系统快速性、可控性、经济性不断提高。调速性能的不断提高，使直流调速系统的应用非常广泛。我国直流调速传动装置经历了三个发展阶段:第一阶段，66年~76年可控硅直流调速传动装置应用技术的创始阶段。第二阶段，78年~92年，不少设计、研究、制造单位吸取了前一阶段的经验教训，学习和借鉴国外厂家先进设计经验，表现在三个方面:1.系统设计学习德国西门子公司双环理论及开发MODULPAC. C系列先进设计方法。2.元件筛选及选用上注意了半导体元件质量(特别是印板工艺进行了改革一大板结构)控制系统的可靠性大大提高。3.整机制造技术工艺上的改进。第三阶段，92-2003年，世界各国的外商向开放的中国市场推销技术先进、性能良好的全数字直流调速传动装置，比较典型的是西门子公司6R24-27系列的直流调速传动装置以及ABB公司推出的DCV700系列和英国欧陆公司SSD-590系列3.直流调速系统的主要优点在于调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能。在高性能的拖动技术中，相当长时期内几乎都采用直流电力拖动系统，目前，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式。未来直流调速将向全数字直流调速控制的趋势发展：首先，随着大功率晶闸管的出现调速系统的体积越来越小，造价能更加低廉且更易稳定。其次，突破能适应不同对象的数字控制器，使各单元更独立易操作。目前提高系统的智能化是迫切的需要，网络化控制与智能化管理使得系统维修成本降低，操作更为简单。

直流调速系统在理论上和实践上都比较成熟，从控制技术的角度来看，它又是交流调速系统的基础。因此，直流调速系统的应用研究有实际意义在工程实践中，有许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节并且要求有良好的静、动态性能。由于直流电动机具有极好的运行性能和控制性，尽管它不如交流电动机那样结构简单、价格便宜、制造方便、维护容易，是长期以来，直流调速系统一直占据垄断地由于全数字直流调速系统的出现，目前，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式。

晶闸管可控整流供电的双闭环直流调速系统是电气传动领域中应用比较广泛，在理论和实践方面都是比较成熟的系统。由于它具有良好的起、制动性能，宜于在广泛范围内平滑调速，直流电动机调速系统数字化已经走向实用，其主要特点是：具有信息存储、数据通信的功能；动态参数整理方便；可采用数字滤波来提高系统的抗干扰性能；可采用数字反馈来提高系统的精度；可以方便地设计监控、故障自诊断、故障自动复原程序，以提高系统的可靠性；容易与上位机变化信息；维护方便、降低成本等。在晶闸管可控整流供电的直流调速系统中，采用转速、电流双闭环控制系统，精度很高。

发明内容

本发明的目的在于针对传统的挖掘电机系统存在技术落后、故障高、动态效率低、耗能高等缺点，提供一种电动挖掘机数字直流调速系统，系统采用TMS320LF2407A控制器，驱动大功率晶闸管组成的正反全控桥主回路，在控制回路中将转速反馈与电流反馈信号接入TMS320LF2407A控制器，利用TMS320LF2407A控制器内部丰富的软件功能，编程实现转速与电流的综合反馈；该装置具有价格低、调速性能好、维护方便以及节能显著等优点。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种电动挖掘机数字直流调速系统，其主要技术特征在于：包括控制器、同步电路、保护电路、检测电路和整流装置，所述检测电路包括速度检测电路和电流检测电路，所述控制器连接同步电路，所述保护电路连接控制器，所述检测电路连接控制器，所述控制器连接整流装置。

而且，所述的速度检测电路采用脉冲编码器。

而且，所述的电流检测电路采用霍尔传感器。

而且，所述的控制器采用TMS320LF2407A控制器。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明设计合理，双闭环调速系统具有控制容易,能在宽范围内平滑调速和快速响应的优点,在直流调速系统中得到广泛得应用。直流电动机双闭环调速系统可以在电机最大允许电流和转矩受限制的情况下,能充分发挥电机的过载能力,在过渡过程中始终保持电流(转矩)为允许的最大值,使电力拖动系统以最大的加速度起动,到达稳态转速时,电流降下将使转矩马上与负载平衡,从而进入系统稳态运行。即在起动阶段只有电流负反馈没有转速负反馈。到达稳态时,只让转速负反馈发挥作用,不让电流负反馈发挥作用。

附图说明

图1是本发明实施例的原理结构框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：

一种电动挖掘机数字直流调速系统，包括控制器、同步电路、保护电路、检测电路和整流装置，所述检测电路包括速度检测电路和电流检测电路，所述控制器连接同步电路，所述保护电路连接控制器，所述检测电路连接控制器，所述控制器连接整流装置。所述的速度检测电路采用脉冲编码器；所述的电流检测电路采用霍尔传感器；所述的控制器采用TMS320LF2407A控制器。

结合图1，阐述本发明的工作原理：

为了使主电路三相全控桥的各相触发脉冲与晶闸管阳极电压保持严格的相位关系，控制系统设置专门的同步电路。同步变压器与主变压器一样接成Y/Y-12接法，同步电压先由二级RC滤波电路移除电源干扰，调整R值使其移相30，使副边三个相同步电压与晶闸管电源三相线电压保持同相位，三个同步电压分别经电压比较器LM339变为S1、S2、S3三个方波信号(“1” 表示高电平，”0”表示低电平)。S1、S2、S3三个信号异或，可以产生一个边沿与线电压自然换向点对齐的方波信号，该信号再经过一个RC电路和异或门处理，即可得到一定脉宽间隔是600的同步中断脉冲信号。同步脉冲信号产生的原理： S1、S2、S3的波形在电源一个正弦波形周期(6各相带)组成6种状态 “001-101-100-110-010-011。DSP通过I/O口读入S1、S2、S3的状态，就可以分析判断应该触发的响应主电路的晶闸管双触发脉冲的组号。同步脉冲序列在主电路线电压的每个自然换向点通过DSP外部中断引脚XINT向DSP申请中断，在同步信号中断服务程序种通过查表即可实现判相晶闸管，再计算定时时间常数t，并依次起动所判相对应的定时通道。例如CPU进入同步中断服务程序后，从I/O并行口读入S1、S2、S3三位的状态011，查已知表知是VT2、VT1，在计算定时时间常数后起动定时器，定时时间触发信号由DSP的IO口输出，送脉冲功率放大器后触发晶闸管，六位IO口中分别对应K1~K6六个晶闸管，当某位为1则触发相应的晶闸管。DSP在触发可控硅时，根据电流控制器的输出控制值kU，以同步基准点为参考点，算出控制角α的大小，再通过定时器按控制角的大小和触发顺序，准确的发出触发脉冲。

检测电路包括速度检测电路和电流检测电路：在直流调速系统中，一般有两种测速方式：测速发电机和脉冲编码器测速。测速发电机测量转速是长期以来一直使用的简便方法，直接将速度信号转换为对应的电压信号。脉冲编码器反馈信号是数字信号，主要解决如何更精确地测量脉冲信号问题。脉冲编码器由圆周上均匀地刻有光栅的圆盘，脉冲形成和放大电路组成。将它连接到电机轴上，当圆盘随电机一起转动时，通过光电元件地作用，一道道光栅变成一个个脉冲，所以脉冲地频率正比于电机转速。由于脉冲编码器输出的是数字信号，因此不占用TMS320LF2407A控制器的A/D转换资源。TMS320LF2407A控制器的每个事件管理器模块都有一个正交编码脉冲电路。该电路可用于连接光电编码器以获得旋转机械的位置和速率等信息。TMS320LF2407A控制器的正交编码脉冲输入单元能对脉冲的前后沿计数，同时可根据两路脉冲的相位来判别电机转向，而无需添加任何其它设备。光电码盘输出的A，B两路脉冲信号经整形后直接送入QEP单元的QEP1，QEP2引脚，经译码逻辑单元产生4倍频脉冲信号，CLK和转向信号DIR。对脉冲信号的计数可由T2，T3或T2T3级联组成32位计数器完成。计数器的方向有DIR信号决定，当QEPI输入超前时，所选计数器加计数，当QEP2输入超前时，计数器减计数。计数器的状态字中有专门的一位用于保存电机转向信息。

电流检测是电流控制的需要，也是电流保护的要求。电流检测方式包括：电流采样，电流互感器和霍尔传感器。霍尔传感器具有测量精度高，线性度好，响应快，隔离彻底的特点，近来在工业控制中得到广泛的应用，本系统采用霍尔电流传感器检测直流电流。

保护电路：出现缺相，过流，过压等异常现象可能导致系统不能正常工作，甚至会造成整个系统瘫痪，因此为了快速的对这些异常信号进行处理，将对这些异常进行处理，将对系统进行保护，故将此类保护设置为硬件保护。无论电源电压的进线顺序如何，同步电压的6个状态是按照一定的次序排列的，中间不能少一个状态，也不能多一个状态，状态的次序更不能错。缺相的出现会使6个状态中的某一两个状态中的两个晶闸管不能导通形成回路，从而导致整流电流不能输出期望的整流电压。而在工业现场或是因为人为因素或是电网方面的问题而往往容易引起缺相，因此有必要在三相电网输入端接入缺相保护电路。

双闭环调速系统具有控制容易,能在宽范围内平滑调速和快速响应的优点,在直流调速系统中得到广泛得应用。直流电动机双闭环调速系统可以在电机最大允许电流和转矩受限制的情况下,能充分发挥电机的过载能力,在过渡过程中始终保持电流(转矩)为允许的最大值,使电力拖动系统以最大的加速度起动,到达稳态转速时,电流降下将使转矩马上与负载平衡,从而进入系统稳态运行。即在起动阶段只有电流负反馈没有转速负反馈。到达稳态时,只让转速负反馈发挥作用,不让电流负反馈发挥作用。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims

1.一种电动挖掘机数字直流调速系统，其主要技术特征在于：包括控制器、同步电路、保护电路、检测电路和整流装置，所述检测电路包括速度检测电路和电流检测电路，所述控制器连接同步电路，所述保护电路连接控制器，所述检测电路连接控制器，所述控制器连接整流装置。

2.根据权利要求1所述的电动挖掘机数字直流调速系统，其特征在于：所述的速度检测电路采用脉冲编码器。

3.根据权利要求1所述的电动挖掘机数字直流调速系统，其特征在于：所述的电流检测电路采用霍尔传感器。

4.根据权利要求1所述的电动挖掘机数字直流调速系统，其特征在于：所述的控制器采用TMS320LF2407A控制器。