CN110467073A - 一种矿井提升机动力制动系统及其控制方法 - Google Patents

一种矿井提升机动力制动系统及其控制方法 Download PDF

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CN110467073A CN201910782425.5A CN201910782425A CN110467073A CN 110467073 A CN110467073 A CN 110467073A CN 201910782425 A CN201910782425 A CN 201910782425A CN 110467073 A CN110467073 A CN 110467073A
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王北一
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Abstract

一种矿井提升机动力制动系统及其控制方法属于电机控制领域；现有设备出现故障不能及时进行制动；包括三相整流模块依次连接软启动模块、直流变换模块、电机模块、失压保护模块和机械闸模块；三相整流模块依次连接过压保护模块和移相控制模块，直流变换模块依次连接直流变换保护模块和移相控制模块，积分给定模块依次连接速度调节模和移相控制模块，移相控制模块依次连接隔离驱动模块和直流变换模块，电机模块依次连接速度检测模块和速度调节模块；直流变换保护模块包括过热保护电路、消弧保护电路、IGBT过压保护电路和IGBT失压保护电路；解决设备出现故障未及时制动的问题；本方法在矿井提升机动力制动系统正常工作的同时，全方位的对系统进行保护。

Description

一种矿井提升机动力制动系统及其控制方法
技术领域
本发明属于电机控制领域，尤其涉及一种矿井提升机动力制动系统及其控制方法。
背景技术
矿井提升机是矿山的关键设备，它肩负着井上井下的物体运输的重任。矿井提升有主井提升和副井提升之分，主井提升的作用是沿井筒提升有益矿物〔如煤炭等)；副井提升的主要作用是沿井筒提升矸石、下放材料、升降人员或设备等。矿井提升机是联系地下和地上的唯一途径，其性能好坏直接关系到矿山的生产效率、安全性及可靠性，其安全、可靠运行是整个矿井正常生产的必要条件，一旦发生故障，其造成的经济损失是巨大的。“运输是矿井的动脉，提升是咽喉”形象地描述了矿井提升机提升系统的重要作用。
提升机制动系统性能的好坏直接关系到提升机运行的安全性和可靠性。如果某提升机设备在工作过程中出现故障，而又未能及时进行制动并且排除故障，其结果不仅有可能会导致设备本身损坏，甚至可能造成机毁人亡的严重后果。
发明内容
本发明克服了上述现有技术的不足，提供一种矿井提升机动力制动系统及其控制方法，本装置通过失压保护模块、过压保护模块和直流变换保护模块对三相电源、直流变换模块和电机模块进行全面保护，有效的解决了设备在工作过程中出现故障造成严重后果的技术问题；本方法在矿井提升机动力制动系统正常工作的同时，全方位的对系统进行保护。
本发明的技术方案：
技术方案一
一种矿井提升机动力制动系统，包括三相整流模块、软启动模块、直流变换模块、电机模块、失压保护模块、过压保护模块、直流变换保护模块、隔离驱动模块、速度检测模块、机械闸模块、移相控制模块、速度调节模块和积分给定模块；所述三相整流模块依次连接软启动模块、直流变换模块、电机模块和失压保护模块；所述所述三相整流模块的输出端连接过压保护模块的输入端，所述过压保护模块的输出端连接移相控制模块的输入端，所述直流变换模块的输出端连接直流变换保护模块的输入端，所述直流变换保护模块的输出端连接移相控制模块的输入端，所述积分给定模块的输出端连接速度调节模的输入端，所述速度调节模的输出端连接移相控制模块的输入端，所述移相控制模块的输出端连接隔离驱动模块的输入端，所述隔离驱动模块的输出端连接直流变换模块的输入端，所述电机模块的输出端连接速度检测模块的输入端，所述速度检测模块的输出端连接速度调节模块的输入端，所述失压保护模块的输出端连接机械闸模块的输入端；
所述直流变换保护模块包括过热保护电路、消弧保护电路、IGBT过压保护电路和IGBT失压保护电路。
进一步地，所述三相整流模块包括整流电路、逆变电路、变压电路和二次整流电路；所述整流电路依次连接逆变电路、变压电路和二次整流电路。
进一步地，所述失压保护模块包括压敏电阻R和熔断器F；所述压敏电阻R一端与熔断器F的一端连接，所述压敏电阻R的另一端和熔断器F的另一端分别连接电机模块的供电电源。
进一步地，所述过压保护模块包括触点ZC1、触点ZC2、触点ZC3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2、电容C3、熔断器F1、熔断器F2和熔断器F3；所述触点ZC1分别串联电阻R3和熔断器F1，所述触点ZC2分别串联电阻R2和熔断器F2，所述触点ZC3分别串联电阻R1和熔断器F3，所述电阻R1、电阻R2、电阻R3分别连接电容C1、电容C2、电容C3，所述电容C1分别与电容C2、电容C3连接。
进一步地，所述消弧保护电路包括二极管D50、电阻R87、电阻R88、电阻R103、电容C60、电阻R65、电阻R94、电阻R89、电容C70、二极管D51、放大器U7C、电阻R90、电阻R66、可调电阻W18、放大器U7D、电阻R119、二极管D52、三极管Q10、二极管D67和继电器XHJ；所述二极管D50分别连接电阻R87的一端和电阻R103的一端，所述电阻R87的另一端分别连接电阻R88的一端和电容C60的一端，所述电阻C60的另一端分别连接电阻R103的另一端和电阻R65的一端，电阻R65的另一端分别连接电阻R94和电阻R89，电阻R89连接放大器U7C的正极输入端，放大器U7C的负极输入端分别连接电阻R88的另一端、二极管D51和电容C70；电容C70分别连接二极管D51、放大器U7C的输出端和电阻R90，电阻R90连接放大器U7D的负极输入端，放大器U7D的正极输入端通过电阻R66连接可调电阻W18的可调端，放大器U7D的输出端串联电阻R119后分别连接二极管D52和三极管Q10的基极，二极管D52分别连接GND和三极管Q10的发射极，三极管Q10的集电极连接继电器XHJ，继电器XHJ与二极管D67并联。
进一步地，所述IGBT过压保护电路包括电阻R56、光耦隔离U161、电阻R631、电阻R921、电阻R641、电容C17、放大器UD、可调电阻R54、电阻R55和二极管D14；所述电阻R56串联光耦隔离U161的引脚1，光耦隔离U161的引脚3分别连接电阻R631的一端和电阻R921的一端，所述电阻R631的另一端分别连接电容C17的一端和电阻R641的一端，电容C17的另一端分别连接电阻R921的另一端和GND，电阻R641的另一端分别连接放大器UD的正极输入端和电阻R55的一端，电阻R55的另一端分别连接二极管D14和放大器UD的输出端，放大器UD的负极输入端连接可调电阻R54的可调端，可调电阻R54的固定两端分别连接电源+15V和GND。
进一步地，所述IGBT失压保护电路包括电阻R62、光耦隔离U16、二极管D40、电阻R63、电阻R92、电容C62、电阻R64、二极管D43、三极管Q5、二极管D61和继电器SYJ；所述电阻R62连接光耦隔离U16的引脚1，光耦隔离U16的引脚3分别连接二极管D40的一端和电阻R92的一端，二极管D40的另一端串联电阻R63后分别连接电阻R64的一端和电容C62的一端，电容C62的另一端分别连接电阻R92的另一端、二极管D43的一端、三极管Q5的发射极和GND，二极管D43的另一端分别连接电阻R64的另一端和三极管Q5的基极，三极管Q5的集电极串联继电器SYJ，二极管D61与继电器SYJ并联。
进一步地，所述隔离驱动模块包括IGBT驱动电路，所述IGBT驱动电路包括光耦合器IC2、电阻R4、电阻R33、电容C94、电容C33、二极管D32、电阻R38、晶体管T2、电容C37、稳压二极管D37、电阻R43、达林顿管T6、达林顿管T10、电阻R49、二极管17、稳压二极管D69和电阻R44；所述光耦合器IC2的引脚V-分别连接电容C94的一端、电容C33的一端和达林顿管T10的集电极，所述电容C94的另一端分别连接光耦合器IC2的引脚V+、电容C33的另一端和达林顿管T6的集电极，光耦合器IC2的引脚OUT分别连接另一引脚OUT、电阻R33的一端和电阻R4的一端，所述电阻R33的另一端分别连接二极管D32的一端、达林顿管T6的基极和达林顿管T10的基极，二极管D32的另一端依次连接电阻R38和晶体管T2的集电极，晶体管T2的基极分别连接电容C37的一端、稳压二极管D37的一端和电阻R43的一端，晶体管T2的发射极分别连接电容C37的另一端、电阻R43的另一端、稳压二极管D69的一端和电阻R44的一端，稳压二极管D69的另一端分别连接电阻R44的另一端和电阻R49的一端，电阻R49的另一端分别连接达林顿管T6和达林顿管T10的发射极，电阻R4的另一端分别连接稳压二极管D37的另一端和二极管D17。
进一步地，所述积分给定模块包括速度给定积分电路，所述速度给定积分电路包括电阻R5、电阻R6、放大器U5D、调节电阻W1、电阻R3、电阻R4、电阻R7、放大器U7A、电容C1、电容CU71和电容CU72；所述放大器U5D的正输入端分别连接电阻R5和电阻R7的一端，电阻R7的另一端分别连接电容C1的一端和放大器U7A的输出端，电容C1的另一端分别连接电阻R3的一端和放大器U7A的负输入端，电阻R3的另一端连接调节电阻W1的可调节端，调节电阻W1的两端分别连接放大器U5D的输出端和电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接放大器U7A的正极输入端，放大器U7A两侧端分别通过电容CU71和电容CU72连接GND，放大器U5D的负极输入端通过电阻R6连接GND。
技术方案二
一种基于技术方案一所述一种矿井提升机动力制动系统实现的控制方法，包括以下步骤：
步骤a、将三相整流模块连接三相380V交流电源；
步骤b、三相380V交流电经过三相整流模块转换为直流供电电压；
步骤c、经过软启动模块控制直流变换模块将幅值固定直流电变换成幅值和极性为可变的直流电压，为电机模块供电；
步骤d、通过速度检测模块对电机模块的进行速度检测，并将速度数据传输至速度调节模块，积分给定模块向速度调节模块传输初始给定信号，速度调节模块将电机模块的实际速度数据与初始给定信号进行比较，将差值反馈到移相控制模块，移相控制模块输出移相控制PWM信号通过隔离驱动模块控制直流变换模块改变供电电压从而控制电机模块的速度；
步骤e、通过失压保护模块实时采集电机模块的供电电压，当电压过大时，通过控制机械闸模块锁死电机模块，防止电机模块发生反转，造成意外；通过过压保护模块实施采集三相整流模块的侧电网电压，当产生浪涌过电压及操作错误产生操作过电压时进行短路保护；通过直流变换保护模块对直流变换模块进行过热保护、过压保护、失压保护及消弧保护。
本发明相对于现有技术具有以下有益效果：
本发明提供了一种矿井提升机动力制动系统及其控制方法，本装置通过失压保护模块、过压保护模块和直流变换保护模块对三相电源、直流变换模块和电机模块进行全面保护，有效的解决了设备在工作过程中出现故障造成严重后果的技术问题；本方法在矿井提升机动力制动系统正常工作的同时，全方位的对系统进行保护。
附图说明
图1是本发明结构框图；
图2是三相整流模块电路图；
图3是失压模块电路图；
图4是过压模块电路图；
图5是消弧保护电路图；
图6是IGBT过压保护电路图；
图7是IGBT失压保护电路图；
图8是隔离驱动模块电路图；
图9是积分给定模块电路图；
图10是过热保护电路图；
图11是降压变压器电路图；
图12是驱动电路电源电路图；
图13是继电器工作电源电路图；
图14是运放工作电源电路一图；
图15是运放工作电源电路二图；
图16是最低限幅时四路移相脉冲波形图；
图17是变压器次级电压图；
图18是变压器初级电压波形图；
图19是变压器初级电流波图；
图20是前桥臂驱动及电压波形图；
图21是后桥臂驱动及电流图；
图22是不同负载电流时样机的效率图。
图中：1三相整流模块、2软启动模块、3直流变换模块、4电机模块、5失压保护模块、6过压保护模块、7直流变换保护模块、8隔离驱动模块、9速度检测模块、10机械闸模块、11移相控制模块、12速度调节模块、13积分给定模块。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明进行详细说明。
具体实施方式一
一种矿井提升机动力制动系统，如图1所示，包括三相整流模块1、软启动模块2、直流变换模块3、电机模块4、失压保护模块5、过压保护模块6、直流变换保护模块7、隔离驱动模块8、速度检测模块9、机械闸模块10、移相控制模块11、速度调节模块12和积分给定模块13；所述三相整流模块1依次连接软启动模块2、直流变换模块3、电机模块4和失压保护模块5；所述所述三相整流模块1的输出端连接过压保护模块5的输入端，所述过压保护模块5的输出端连接移相控制模块11的输入端，所述直流变换模块3的输出端连接直流变换保护模块7的输入端，所述直流变换保护模块7的输出端连接移相控制模块11的输入端，所述积分给定模块13的输出端连接速度调节模12的输入端，所述速度调节模12的输出端连接移相控制模块11的输入端，所述移相控制模块11的输出端连接隔离驱动模块8的输入端，所述隔离驱动模块8的输出端连接直流变换模块3的输入端，所述电机模块4的输出端连接速度检测模块9的输入端，所述速度检测模块9的输出端连接速度调节模块12的输入端，所述失压保护模块5的输出端连接机械闸模块10的输入端；
所述直流变换保护模块7包括过热保护电路、消弧保护电路、IGBT过压保护电路和IGBT失压保护电路。
消弧保护电路用于防止高压电弧短路或高压电流进入动力制动装置造成事故。IGBT过压保护电路用于通过控制移相控制模块11的电流检测端C/S+，使其电压高于2.5V，导致移相控制模块11关断输出。过热保护电路用于通过温控开关实现电路的保护。
具体地，所述三相整流模块1包括整流电路、逆变电路、变压电路和二次整流电路；所述整流电路依次连接逆变电路、变压电路和二次整流电路。
如图2所示，二极管D1～D6组成整流电路；电阻R5、R6和电容C4、C5组成滤波电容；R4为限流电阻，限制起动时的和闸浪涌电流；功率电子开关管IGBT1～IGBT4、高频变压器T1组成逆变电路；二极管D11、D12组成单相全波整流输出电路即二次整流电路；C8为隔直电容；C9为高频滤波电容。W1为压敏电阻。R7、R8为假负载，三相整流模块将交流电压变为直流电压，此外还具有整流输出滤波和主回路的软启动功能，并且具有一定的输出电压保持能力，即能防止来自电网的干扰进入电源，又能防止电源产生的干扰，具有抗干扰性。
具体地。直流变换模块3包括DC/DC变换电路。
具体地，如图3所示，所述失压保护模块5包括压敏电阻R和熔断器F；所述压敏电阻R一端与熔断器F的一端连接，所述压敏电阻R的另一端和熔断器F的另一端分别连接电机模块4的供电电源。
所述失压保护模块5用于当6000V高压进入低压电路时，压敏电阻R被击穿，形成短路；并且快速熔断器F动作，将电路断开，从而保护低压电路不受损害。
具体地，如图4所示，所述过压保护模块6包括触点ZC1、触点ZC2、触点ZC3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2、电容C3、熔断器F1、熔断器F2和熔断器F3；所述触点ZC1分别串联电阻R3和熔断器F1，所述触点ZC2分别串联电阻R2和熔断器F2，所述触点ZC3分别串联电阻R1和熔断器F3，所述电阻R1、电阻R2、电阻R3分别连接电容C1、电容C2、电容C3，所述电容C1分别与电容C2、电容C3连接。
所述过压保护模块6用于抑制浪涌过电压，在每根输入母线上装有快速熔断器，减少电路产生严重的影响。
具体地，如图5所示，所述消弧保护电路包括二极管D50、电阻R87、电阻R88、电阻R103、电容C60、电阻R65、电阻R94、电阻R89、电容C70、二极管D51、放大器U7C、电阻R90、电阻R66、可调电阻W18、放大器U7D、电阻R119、二极管D52、三极管Q10、二极管D67和继电器XHJ；所述二极管D50分别连接电阻R87的一端和电阻R103的一端，所述电阻R87的另一端分别连接电阻R88的一端和电容C60的一端，所述电阻C60的另一端分别连接电阻R103的另一端和电阻R65的一端，电阻R65的另一端分别连接电阻R94和电阻R89，电阻R89连接放大器U7C的正极输入端，放大器U7C的负极输入端分别连接电阻R88的另一端、二极管D51和电容C70；电容C70分别连接二极管D51、放大器U7C的输出端和电阻R90，电阻R90连接放大器U7D的负极输入端，放大器U7D的正极输入端通过电阻R66连接可调电阻W18的可调端，放大器U7D的输出端串联电阻R119后分别连接二极管D52和三极管Q10的基极，二极管D52分别连接GND和三极管Q10的发射极，三极管Q10的集电极连接继电器XHJ，继电器XHJ与二极管D67并联。
如图5所示，第一级运放及外围器件组成积分电路，第二级运放及外围器件组成比较器，控制端为高电平0.5秒后比较器翻转，继电器动作；提升机在切除高压电源投入动力制动时，需要在电弧消灭之后进行。为了防止高压电弧短路或高压电流进入动力制动装置造成事故，特设有消弧继电器XHJ来延时。当ZC或FC断电后，它的常开触点断开XHJ线圈回路，其衔铁经延时0.5秒后释放，常开触点XHJ闭合，接通动力制动继电器回路，使动力制动接触器回路中的常开触点闭合，该回路才有接通的可能。经XHJ延时后，电弧已可靠熄灭。
具体地，如图6所示，所述IGBT过压保护电路包括电阻R56、光耦隔离U161、电阻R631、电阻R921、电阻R641、电容C17、放大器UD、可调电阻R54、电阻R55和二极管D14；所述电阻R56串联光耦隔离U161的引脚1，光耦隔离U161的引脚3分别连接电阻R631的一端和电阻R921的一端，所述电阻R631的另一端分别连接电容C17的一端和电阻R641的一端，电容C17的另一端分别连接电阻R921的另一端和GND，电阻R641的另一端分别连接放大器UD的正极输入端和电阻R55的一端，电阻R55的另一端分别连接二极管D14和放大器UD的输出端，放大器UD的负极输入端连接可调电阻R54的可调端，可调电阻R54的固定两端分别连接电源+15V和GND。
为了保证电路的可靠工作，控制电路必须和主回路隔离，因此来自主回路的电压反馈信号必须经过光耦隔离，本实施方式光耦隔离型号为TLP250系列，参数如下：
输入阀值电流IF＝5mA(max)；电源电流ICC＝11mA(max)；电源电压(VCC)＝10～35V；输出电流IO＝±0.5A(min)；开关时间tpLH/tpHL＝0.5μs(max)。
如图6所示，R62是限流电阻，其取值要保证输入电流不超过光耦的最大驱动电流；运放工作在非线性区，当比较器使用。当输入电压高于整定值时，运放输出高电平(+15V)，过压保护动作；否则，运放输出低电平(0V)，保护不动作。
具体地，如图7所示，所述IGBT失压保护电路包括电阻R62、光耦隔离U16、二极管D40、电阻R63、电阻R92、电容C62、电阻R64、二极管D43、三极管Q5、二极管D61和继电器SYJ；所述电阻R62连接光耦隔离U16的引脚1，光耦隔离U16的引脚3分别连接二极管D40的一端和电阻R92的一端，二极管D40的另一端串联电阻R63后分别连接电阻R64的一端和电容C62的一端，电容C62的另一端分别连接电阻R92的另一端、二极管D43的一端、三极管Q5的发射极和GND，二极管D43的另一端分别连接电阻R64的另一端和三极管Q5的基极，三极管Q5的集电极串联继电器SYJ，二极管D61与继电器SYJ并联。
所述IGBT失压保护电路用于当动力制动电源的输出电压高于20V时，则失压继电器动作，使失压指示灯亮，说明系统工作正常。当动力制动电源输出电压低于20V时，则失压继电器关断，失压指示灯灭，此时安全回路动作，即机械抱闸。
具体地，如图10所示，所述过热保护电路包括第一过热保护电路和第二过热保护电路，所述第一过温保护电路包220V电源、40度温控常开开关和风扇，所述220V电源分别连接40度温控常开开关和风扇，所述40度温控常开开关和风扇串联；
所述第二过热保护电路包括+15V电源和80度常开开关；所述+15V电源和80度常开开关串联。
功率器件过热时，性能降低，使用寿命缩短，严重时器件将损坏。因此设置基于硬件的温度保护电路，以确保系统的安全运行。
本实施方式采用两个温控开关，分两级对功率器件进行热保护，如图10所示。使用时把温控开关和功率器件一起安装在散热片上。其中一个温控开关选用40℃常开开关，串联在风扇供电线路中，当散热片温度高于40℃，温控开关闭合，启动风扇散热。另一个为80℃常开开关，当散热片温度高于100℃，温控开关闭合F0为高电平，移相控制模块11的C/S+端电压>2.5V，移相控制模块11关断驱动输出，导致功率管全部关断。
具体地，如图8所示，所述隔离驱动模块8包括IGBT驱动电路，所述IGBT驱动电路包括光耦合器IC2、电阻R4、电阻R33、电容C94、电容C33、二极管D32、电阻R38、晶体管T2、电容C37、稳压二极管D37、电阻R43、达林顿管T6、达林顿管T10、电阻R49、二极管17、稳压二极管D69和电阻R44；所述光耦合器IC2的引脚V-分别连接电容C94的一端、电容C33的一端和达林顿管T10的集电极，所述电容C94的另一端分别连接光耦合器IC2的引脚V+、电容C33的另一端和达林顿管T6的集电极，光耦合器IC2的引脚OUT分别连接另一引脚OUT、电阻R33的一端和电阻R4的一端，所述电阻R33的另一端分别连接二极管D32的一端、达林顿管T6的基极和达林顿管T10的基极，二极管D32的另一端依次连接电阻R38和晶体管T2的集电极，晶体管T2的基极分别连接电容C37的一端、稳压二极管D37的一端和电阻R43的一端，晶体管T2的发射极分别连接电容C37的另一端、电阻R43的另一端、稳压二极管D69的一端和电阻R44的一端，稳压二极管D69的另一端分别连接电阻R44的另一端和电阻R49的一端，电阻R49的另一端分别连接达林顿管T6和达林顿管T10的发射极，电阻R4的另一端分别连接稳压二极管D37的另一端和二极管D17。
如图8所示，隔离驱动模块8包括放大和过流保护两部分；
放大部分包括光耦合器IC2型号TIP250、达林顿管T6型号TIP122、T10型号TIP127和电阻元件R33、R44、R4以及18V稳压管D69，其中光耦合器起隔离作用，T6、T10组成互补式推挽输出。过电流保护部分包括二极管D17、D37、稳压管D32、晶体管T2、及阻容元件R8、R38、R43、C37。
工作原理：
正常工作时：当驱动电路的输入端1脚和2脚输入信号时，光偶合器TLP250导通，其信号经过R33后到达达林顿管，信号经过其推挽放大后，经过R49输出到IGBT基极。此时5脚为高电平，因此PC817不导通，保护电路不工作。
过流保护时：当IGBT过流时，虽然IGBT导通时本身的内阻很小，但由于此时的电流很大，因而使电压瞬速增大，从而使D17截止，击穿3V稳压管D37使电容C37充电，当电压到达三极管8050的门槛电压后，使其瞬速导通。此时5号脚相当于接地，光偶PC817瞬速导通，从而控制UC3879的脉冲瞬速关断，使IGBT也瞬速关断，实现了对IGBT的保护。
具体地，所述速度检测模块9包括测速发电机，测速发电机是一种检测机械转速的电磁装置。它能把机械转速变换成电压信号，其输出电压与输入的转速成正比关系，在电机上安装直流测速发电机，发出正比于电机转速的电压，此电压与给定电压相比较，其偏差送到速度调节器中，如欲调整，可以改变给定电压。当等于或接近给定值时，系统达到平衡，电机在给定数值下以恒定的加速度减速。
如果电机负载或交流电压发生变化或其它扰动，则经过速度反馈后，系统能起到自动调节和稳定作用。测速发电机发出的电压信号送入绝对值电路后，再分别送入给积分给定模块13和速度调节模块12。
具体地，移相控制模块11包括移相控制集成芯片UC3879，能够产生四路移相控制的PWM信号并且具有稳压、稳流及多种保护功能。
具体地，所述速度调节模块12包括转速调节器ASR。
具体地，如图9所示，所述积分给定模块13包括速度给定积分电路，所述速度给定积分电路包括电阻R5、电阻R6、放大器U5D、调节电阻W1、电阻R3、电阻R4、电阻R7、放大器U7A、电容C1、电容CU71和电容CU72；所述放大器U5D的正输入端分别连接电阻R5和电阻R7的一端，电阻R7的另一端分别连接电容C1的一端和放大器U7A的输出端，电容C1的另一端分别连接电阻R3的一端和放大器U7A的负输入端，电阻R3的另一端连接调节电阻W1的可调节端，调节电阻W1的两端分别连接放大器U5D的输出端和电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接放大器U7A的正极输入端，放大器U7A两侧端分别通过电容CU71和电容CU72连接GND，放大器U5D的负极输入端通过电阻R6连接GND。
为解决机械凸轮板恒定减速度给定的缺点，利用电机模块4的实际速度反馈信号，作为制动力矩的初始给定信号。如图9所示。第一级为同相比例放大器，通常放大倍数很大；第二级为积分器。两级串联后加电压负反馈环节构成闭环，通常闭环放大倍数为1。
具体地，还包括辅助电源模块，辅助电源模块包括降压变压器、驱动电路电源、继电器工作电源和运放工作电源，如图11-15所示；交流电压经变压器降压后，在其二次绕组上分别产生一路20V、三路14V、三路6V、两路共地15V的感应电压。感应电压经整流桥和滤波电容或经三端稳压器件和电容器控制后，产生24V、+15V、-5V四路稳定直流电压。
具体实施方式二
一种基于具体实施方式一所述一种矿井提升机动力制动系统实现的控制方法，包括以下步骤：
步骤a、将三相整流模块1连接三相380V交流电源；
步骤b、三相380V交流电经过三相整流模块1转换为直流供电电压；
步骤c、经过软启动模块2控制直流变换模块3将幅值固定直流电变换成幅值和极性为可变的直流电压，为电机模块4供电；
步骤d、通过速度检测模块9对电机模块4的进行速度检测，并将速度数据传输至速度调节模块12，积分给定模块13向速度调节模块13传输初始给定信号，速度调节模块12将电机模块4的实际速度数据与初始给定信号进行比较，将差值反馈到移相控制模块11，移相控制模块11输出移相控制PWM信号通过隔离驱动模块8控制直流变换模块3改变供电电压从而控制电机模块4的速度；
步骤e、通过失压保护模块5实时采集电机模块4的供电电压，当电压过大时，通过控制机械闸模块10锁死电机模块4，防止电机模块4发生反转，造成意外；通过过压保护模块6实施采集三相整流模块1的侧电网电压，当产生浪涌过电压及操作错误产生操作过电压时进行短路保护；通过直流变换保护模块7对直流变换模块3进行过热保护、过压保护、失压保护及消弧保护。
具体实施方式三
本实施方式研制的矿井提升机动力制动系统中的22kW电力操作开关电源中主开关器件工作在ZVZCS条件下，开关频率为20kHz。开关变压器的匝数比为40:9，Lk＝13.6μH，Ce＝2.2μF。本实施方式用于绞车，该绞车电机定子电压为：6000V，电子电流为：31.5A；电机运行时间为：每天20小时。系统的测试参数如下：
1、输入交流电压：三相380VAC士20％，50Hz。
2、输出电压0-140V，电流0-40A。
3、开关频率：20KHz。
4、整机效率：η≥90％。
5、工作温度：-20C0-+80C0。
6、海拔高度不超过1500m；
7、环境温度不高于40℃，存储温度不低于-40℃；
8、相对湿度不超过85％，没有剧烈的振动和颠簸；
9、周围介质没有爆炸危险，导电尘埃和能破坏金属及绝缘的腐蚀性气体。
10、运行速度可在0～2m/s范围内任意调节；
在上述工作的基础上，研制了一台22kW电力操作开关电源。并对该装置进行了性能测试，波形图如下所示：
图16为速调锁零时，VQ1VQ4VQ2VQ3的移相触发信号，移相宽度为2.2μS。设负载电阻为1Ω，此时负载电流为20A。
图17为变压器二次侧电压波形。图18为变压器初级电压波形。图19为变压器的初级电流波形。
图20为VQ1，VQ2的ZVS开关波形，图中uag，ubg为负值时，管压降υTVQ1，υTVQ2＝0，所以为ZVS开通；图中uagubg下降到零时，管压降υTVQ1，υTVQ2＝0，所以为ZVS关断；
图21为VQ3，VQ4的ZCS开关波形，图中ucg，udg＝10V时，所以为ZCS开通；图中ucg，udg为负值时，所以为ZCS关断。
系统实验样机在不同负载情况下的效率曲线如图22所示。
其中，满载时效率η＝93.8％。
该动力制动电源装置用于矿井交流提升机电控系统，作为主电机在制动状态运行时的直流电源。在动力制动状态下自动调节输出电流的大小，以改变制动力的强弱，在调节输出电流的同时自动配置转子电阻，充分发挥系统的制动能力。可实现速度反馈控制或脚踏给定控制两种方式运行。装置与晶闸管动力制动装置和机组相比有以下优点：
1、采用PWM控制方式及IPM器件，体积小、重量轻、占地面积小；
2、具有优良的动、静态特性，运行可靠、效率高；
3、设有力矩自检功能，自动判别动力制动电源是否投入；
4、运行速度可在0～2m/s范围内任意调节；
5、控制电路采用模块式，更换简单方便；
6、安装、维护简单，操作方便，节省电能和金属材料。
7、并可实现速度反馈控制或脚踏给定控制两种方式运行。
通过上述的研究，完成了矿井提升机动力制动系统的设计,并在实际的工作环境中对矿井提升机动力制动系统样机进行了测试,对实测波形及数据分析，本发明安全、可靠、高效、节能，设备故障率低，操纵灵活、方便等优点。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、润饰等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种矿井提升机动力制动系统，其特征在于，包括三相整流模块(1)、软启动模块(2)、直流变换模块(3)、电机模块(4)、失压保护模块(5)、过压保护模块(6)、直流变换保护模块(7)、隔离驱动模块(8)、速度检测模块(9)、机械闸模块(10)、移相控制模块(11)、速度调节模块(12)和积分给定模块(13)；所述三相整流模块(1)依次连接软启动模块(2)、直流变换模块(3)、电机模块(4)和失压保护模块(5)；所述所述三相整流模块(1)的输出端连接过压保护模块(5)的输入端，所述过压保护模块(5)的输出端连接移相控制模块(11)的输入端，所述直流变换模块(3)的输出端连接直流变换保护模块(7)的输入端，所述直流变换保护模块(7)的输出端连接移相控制模块(11)的输入端，所述积分给定模块(13)的输出端连接速度调节模(12)的输入端，所述速度调节模(12)的输出端连接移相控制模块(11)的输入端，所述移相控制模块(11)的输出端连接隔离驱动模块(8)的输入端，所述隔离驱动模块(8)的输出端连接直流变换模块(3)的输入端，所述电机模块(4)的输出端连接速度检测模块(9)的输入端，所述速度检测模块(9)的输出端连接速度调节模块(12)的输入端，所述失压保护模块(5)的输出端连接机械闸模块(10)的输入端；
所述直流变换保护模块(7)包括过热保护电路、消弧保护电路、IGBT过压保护电路和IGBT失压保护电路。
2.根据权利要求1所述一种矿井提升机动力制动系统，其特征在于，所述三相整流模块(1)包括整流电路、逆变电路、变压电路和二次整流电路；所述整流电路依次连接逆变电路、变压电路和二次整流电路。
3.根据权利要求1所述一种矿井提升机动力制动系统，其特征在于，所述失压保护模块(5)包括压敏电阻R和熔断器F；所述压敏电阻R一端与熔断器F的一端连接，所述压敏电阻R的另一端和熔断器F的另一端分别连接电机模块(4)的供电电源。
4.根据权利要求1所述一种矿井提升机动力制动系统，其特征在于，所述过压保护模块(6)包括触点ZC1、触点ZC2、触点ZC3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2、电容C3、熔断器F1、熔断器F2和熔断器F3；所述触点ZC1分别串联电阻R3和熔断器F1，所述触点ZC2分别串联电阻R2和熔断器F2，所述触点ZC3分别串联电阻R1和熔断器F3，所述电阻R1、电阻R2、电阻R3分别连接电容C1、电容C2、电容C3，所述电容C1分别与电容C2、电容C3连接。
5.根据权利要求1所述一种矿井提升机动力制动系统，其特征在于，所述消弧保护电路包括二极管D50、电阻R87、电阻R88、电阻R103、电容C60、电阻R65、电阻R94、电阻R89、电容C70、二极管D51、放大器U7C、电阻R90、电阻R66、可调电阻W18、放大器U7D、电阻R119、二极管D52、三极管Q10、二极管D67和继电器XHJ；所述二极管D50分别连接电阻R87的一端和电阻R103的一端，所述电阻R87的另一端分别连接电阻R88的一端和电容C60的一端，所述电阻C60的另一端分别连接电阻R103的另一端和电阻R65的一端，电阻R65的另一端分别连接电阻R94和电阻R89，电阻R89连接放大器U7C的正极输入端，放大器U7C的负极输入端分别连接电阻R88的另一端、二极管D51和电容C70；电容C70分别连接二极管D51、放大器U7C的输出端和电阻R90，电阻R90连接放大器U7D的负极输入端，放大器U7D的正极输入端通过电阻R66连接可调电阻W18的可调端，放大器U7D的输出端串联电阻R119后分别连接二极管D52和三极管Q10的基极，二极管D52分别连接GND和三极管Q10的发射极，三极管Q10的集电极连接继电器XHJ，继电器XHJ与二极管D67并联。
6.根据权利要求1所述一种矿井提升机动力制动系统，其特征在于，所述IGBT过压保护电路包括电阻R56、光耦隔离U161、电阻R631、电阻R921、电阻R641、电容C17、放大器UD、可调电阻R54、电阻R55和二极管D14；所述电阻R56串联光耦隔离U161的引脚1，光耦隔离U161的引脚3分别连接电阻R631的一端和电阻R921的一端，所述电阻R631的另一端分别连接电容C17的一端和电阻R641的一端，电容C17的另一端分别连接电阻R921的另一端和GND，电阻R641的另一端分别连接放大器UD的正极输入端和电阻R55的一端，电阻R55的另一端分别连接二极管D14和放大器UD的输出端，放大器UD的负极输入端连接可调电阻R54的可调端，可调电阻R54的固定两端分别连接电源+15V和GND。
7.根据权利要求1所述一种矿井提升机动力制动系统，其特征在于，所述IGBT失压保护电路包括电阻R62、光耦隔离U16、二极管D40、电阻R63、电阻R92、电容C62、电阻R64、二极管D43、三极管Q5、二极管D61和继电器SYJ；所述电阻R62连接光耦隔离U16的引脚1，光耦隔离U16的引脚3分别连接二极管D40的一端和电阻R92的一端，二极管D40的另一端串联电阻R63后分别连接电阻R64的一端和电容C62的一端，电容C62的另一端分别连接电阻R92的另一端、二极管D43的一端、三极管Q5的发射极和GND，二极管D43的另一端分别连接电阻R64的另一端和三极管Q5的基极，三极管Q5的集电极串联继电器SYJ，二极管D61与继电器SYJ并联。
8.根据权利要求1所述一种矿井提升机动力制动系统，其特征在于，所述隔离驱动模块(8)包括IGBT驱动电路，所述IGBT驱动电路包括光耦合器IC2、电阻R4、电阻R33、电容C94、电容C33、二极管D32、电阻R38、晶体管T2、电容C37、稳压二极管D37、电阻R43、达林顿管T6、达林顿管T10、电阻R49、二极管17、稳压二极管D69和电阻R44；所述光耦合器IC2的引脚V-分别连接电容C94的一端、电容C33的一端和达林顿管T10的集电极，所述电容C94的另一端分别连接光耦合器IC2的引脚V+、电容C33的另一端和达林顿管T6的集电极，光耦合器IC2的引脚OUT分别连接另一引脚OUT、电阻R33的一端和电阻R4的一端，所述电阻R33的另一端分别连接二极管D32的一端、达林顿管T6的基极和达林顿管T10的基极，二极管D32的另一端依次连接电阻R38和晶体管T2的集电极，晶体管T2的基极分别连接电容C37的一端、稳压二极管D37的一端和电阻R43的一端，晶体管T2的发射极分别连接电容C37的另一端、电阻R43的另一端、稳压二极管D69的一端和电阻R44的一端，稳压二极管D69的另一端分别连接电阻R44的另一端和电阻R49的一端，电阻R49的另一端分别连接达林顿管T6和达林顿管T10的发射极，电阻R4的另一端分别连接稳压二极管D37的另一端和二极管D17。
9.根据权利要求1所述一种矿井提升机动力制动系统，其特征在于，所述积分给定模块(13)包括速度给定积分电路，所述速度给定积分电路包括电阻R5、电阻R6、放大器U5D、调节电阻W1、电阻R3、电阻R4、电阻R7、放大器U7A、电容C1、电容CU71和电容CU72；所述放大器U5D的正输入端分别连接电阻R5和电阻R7的一端，电阻R7的另一端分别连接电容C1的一端和放大器U7A的输出端，电容C1的另一端分别连接电阻R3的一端和放大器U7A的负输入端，电阻R3的另一端连接调节电阻W1的可调节端，调节电阻W1的两端分别连接放大器U5D的输出端和电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接放大器U7A的正极输入端，放大器U7A两侧端分别通过电容CU71和电容CU72连接GND，放大器U5D的负极输入端通过电阻R6连接GND。
10.一种基于权利要求1所述一种矿井提升机动力制动系统实现的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a、将三相整流模块(1)连接三相380V交流电源；
步骤b、三相380V交流电经过三相整流模块(1)转换为直流供电电压；
步骤c、经过软启动模块(2)控制直流变换模块(3)将幅值固定直流电变换成幅值和极性为可变的直流电压，为电机模块(4)供电；
步骤d、通过速度检测模块(9)对电机模块(4)的进行速度检测，并将速度数据传输至速度调节模块(12)，积分给定模块(13)向速度调节模块(13)传输初始给定信号，速度调节模块(12)将电机模块(4)的实际速度数据与初始给定信号进行比较，将差值反馈到移相控制模块(11)，移相控制模块(11)输出移相控制PWM信号通过隔离驱动模块(8)控制直流变换模块(3)改变供电电压从而控制电机模块(4)的速度；
步骤e、通过失压保护模块(5)实时采集电机模块(4)的供电电压，当电压过大时，通过控制机械闸模块(10)锁死电机模块(4)，防止电机模块(4)发生反转，造成意外；
通过过压保护模块(6)实施采集三相整流模块(1)的侧电网电压，当产生浪涌过电压及操作错误产生操作过电压时进行短路保护；通过直流变换保护模块(7)对直流变换模块(3)进行过热保护、过压保护、失压保护及消弧保护。
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