電動(dòng)挖掘機(jī)數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電動(dòng)挖掘機(jī)數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)，其主要技術(shù)特征在于：包括控制器、同步電路、保護(hù)電路、檢測(cè)電路和整流裝置，所述檢測(cè)電路包括速度檢測(cè)電路和電流檢測(cè)電路，所述控制器連接同步電路，所述保護(hù)電路連接控制器，所述檢測(cè)電路連接控制器，所述控制器連接整流裝置；所述的速度檢測(cè)電路采用脈沖編碼器；所述的電流檢測(cè)電路采用霍爾傳感器；所述的控制器采用TMS320LF2407A控制器。本發(fā)明系統(tǒng)采用TMS320LF2407A控制器，驅(qū)動(dòng)大功率晶閘管組成的正反全控橋主回路，在控制回路中將轉(zhuǎn)速反饋與電流反饋信號(hào)接入控制器，利用控制器內(nèi)部豐富的軟件功能，編程實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速與電流的綜合反饋；該裝置具有價(jià)格低、調(diào)速性能好、維護(hù)方便以及節(jié)能顯著等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】電動(dòng)挖掘機(jī)數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電動(dòng)挖掘機(jī)調(diào)速系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種電動(dòng)挖掘機(jī)數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電動(dòng)挖掘機(jī)是我國(guó)礦山、水泥行業(yè)及水利建筑露天工地用來挖掘礦石和堅(jiān)硬巖石的大型自動(dòng)化設(shè)備。目前我國(guó)礦山電動(dòng)挖掘機(jī)調(diào)速控制部分基本上還采用F-D直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)。但是F-D直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)行費(fèi)用高，噪音大等方面的缺陷，主要表現(xiàn)為:1.由于磁放大器及磁性觸發(fā)器是采用磁通量飽和的原理來實(shí)現(xiàn)小電流控制大電流，相對(duì)于不斷革新的大功率晶閘管元器件，其技術(shù)已是非常落后，2.F-D直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，控制線路繁多，維護(hù)難度大，由于元件復(fù)雜或線路問題經(jīng)常發(fā)生故障，維護(hù)很不方便，3.由于采用的是交、直流發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，其能量的轉(zhuǎn)換為電能先轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，機(jī)械能再轉(zhuǎn)換為電能，存在運(yùn)行成本高，電能耗損較大。
[0003]隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展,對(duì)電氣傳動(dòng)在啟制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)以及調(diào)速精度、調(diào)速范圍、靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)響應(yīng)等方面提出了更高要求，這就要求大量使用調(diào)速系統(tǒng)。由于直流電機(jī)的調(diào)速性能和轉(zhuǎn)矩控制性能好，從20世紀(jì)30年代起，就開始使用直流調(diào)速系統(tǒng)。它的發(fā)展過程是這樣的:由最早的旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組控制發(fā)展為放大機(jī)、磁放大器控制；再進(jìn)一步，用靜止的晶閘管變流裝置和模擬控制器實(shí)現(xiàn)直流調(diào)速；再后來，用可控整流和大功率晶體管組成的PWM控制電路實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的直流調(diào)速，使系統(tǒng)快速性、可控性、經(jīng)濟(jì)性不斷提高。調(diào)速性能的不斷提高，使直流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用非常廣泛。我國(guó)直流調(diào)速傳動(dòng)裝置經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段:第一階段，66年?76年可控硅直流調(diào)速傳動(dòng)裝置應(yīng)用技術(shù)的創(chuàng)始階段。第二階段，78年?92年，不少設(shè)計(jì)、研究、制造單位吸取了前一階段的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，學(xué)習(xí)和借鑒國(guó)外廠家先進(jìn)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，表現(xiàn)在三個(gè)方面:1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)德國(guó)西門子公司雙環(huán)理論及開發(fā)MODULPAC.C系列先進(jìn)設(shè)計(jì)方法。2.元件篩選及選用上注意了半導(dǎo)體元件質(zhì)量(特別是印板工藝進(jìn)行了改革一大板結(jié)構(gòu))控制系統(tǒng)的可靠性大大提高。3.整機(jī)制造技術(shù)工藝上的改進(jìn)。第三階段，92-2003年，世界各國(guó)的外商向開放的中國(guó)市場(chǎng)推銷技術(shù)先進(jìn)、性能良好的全數(shù)字直流調(diào)速傳動(dòng)裝置，比較典型的是西門子公司6R24-27系列的直流調(diào)速傳動(dòng)裝置以及ABB公司推出的DCV700系列和英國(guó)歐陸公司SSD-590系列3.直流調(diào)速系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)在于調(diào)速范圍廣、靜差率小、穩(wěn)定性好以及具有良好的動(dòng)態(tài)性能。在高性能的拖動(dòng)技術(shù)中，相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)幾乎都采用直流電力拖動(dòng)系統(tǒng)，目前，直流調(diào)速系統(tǒng)仍然是自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。未來直流調(diào)速將向全數(shù)字直流調(diào)速控制的趨勢(shì)發(fā)展:首先，隨著大功率晶閘管的出現(xiàn)調(diào)速系統(tǒng)的體積越來越小，造價(jià)能更加低廉且更易穩(wěn)定。其次，突破能適應(yīng)不同對(duì)象的數(shù)字控制器，使各單元更獨(dú)立易操作。目前提高系統(tǒng)的智能化是迫切的需要，網(wǎng)絡(luò)化控制與智能化管理使得系統(tǒng)維修成本降低，操作更為簡(jiǎn)單。
[0004]直流調(diào)速系統(tǒng)在理論上和實(shí)踐上都比較成熟，從控制技術(shù)的角度來看，它又是交流調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)。因此，直流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用研究有實(shí)際意義在工程實(shí)踐中，有許多生產(chǎn)機(jī)械要求在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行速度的平滑調(diào)節(jié)并且要求有良好的靜、動(dòng)態(tài)性能。由于直流電動(dòng)機(jī)具有極好的運(yùn)行性能和控制性，盡管它不如交流電動(dòng)機(jī)那樣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、制造方便、維護(hù)容易，是長(zhǎng)期以來，直流調(diào)速系統(tǒng)一直占據(jù)壟斷地由于全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的出現(xiàn)，目前，直流調(diào)速系統(tǒng)仍然是自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。
[0005]晶閘管可控整流供電的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是電氣傳動(dòng)領(lǐng)域中應(yīng)用比較廣泛，在理論和實(shí)踐方面都是比較成熟的系統(tǒng)。由于它具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速，直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)數(shù)字化已經(jīng)走向?qū)嵱?，其主要特點(diǎn)是:具有信息存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)通信的功能；動(dòng)態(tài)參數(shù)整理方便；可采用數(shù)字濾波來提高系統(tǒng)的抗干擾性能；可采用數(shù)字反饋來提高系統(tǒng)的精度；可以方便地設(shè)計(jì)監(jiān)控、故障自診斷、故障自動(dòng)復(fù)原程序，以提高系統(tǒng)的可靠性；容易與上位機(jī)變化信息；維護(hù)方便、降低成本等。在晶閘管可控整流供電的直流調(diào)速系統(tǒng)中，采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，精度很高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于針對(duì)傳統(tǒng)的挖掘電機(jī)系統(tǒng)存在技術(shù)落后、故障高、動(dòng)態(tài)效率低、耗能高等缺點(diǎn)，提供一種電動(dòng)挖掘機(jī)數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)，系統(tǒng)采用TMS320LF2407A控制器，驅(qū)動(dòng)大功率晶閘管組成的正反全控橋主回路，在控制回路中將轉(zhuǎn)速反饋與電流反饋信號(hào)接入TMS320LF2407A控制器，利用TMS320LF2407A控制器內(nèi)部豐富的軟件功能，編程實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速與電流的綜合反饋；該裝置具有價(jià)格低、調(diào)速性能好、維護(hù)方便以及節(jié)能顯著等優(yōu)點(diǎn)。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種電動(dòng)挖掘機(jī)數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)，其主要技術(shù)特征在于:包括控制器、同步電路、保護(hù)電路、檢測(cè)電路和整流裝置，所述檢測(cè)電路包括速度檢測(cè)電路和電流檢測(cè)電路，所述控制器連接同步電路，所述保護(hù)電路連接控制器，所述檢測(cè)電路連接控制器，所述控制器連接整流裝置。
[0008]而且，所述的速度檢測(cè)電路采用脈沖編碼器。
[0009]而且，所述的電流檢測(cè)電路采用霍爾傳感器。
[0010]而且，所述的控制器采用TMS320LF2407A控制器。
[0011 ] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
1、本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有控制容易，能在寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速和快速響應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)，在直流調(diào)速系統(tǒng)中得到廣泛得應(yīng)用。直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以在電機(jī)最大允許電流和轉(zhuǎn)矩受限制的情況下，能充分發(fā)揮電機(jī)的過載能力，在過渡過程中始終保持電流(轉(zhuǎn)矩)為允許的最大值，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)以最大的加速度起動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速時(shí)，電流降下將使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載平衡，從而進(jìn)入系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。即在起動(dòng)階段只有電流負(fù)反饋沒有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋。到達(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí)，只讓轉(zhuǎn)速負(fù)反饋發(fā)揮作用，不讓電流負(fù)反饋發(fā)揮作用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的原理結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例做進(jìn)一步詳述:一種電動(dòng)挖掘機(jī)數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)，包括控制器、同步電路、保護(hù)電路、檢測(cè)電路和整流裝置，所述檢測(cè)電路包括速度檢測(cè)電路和電流檢測(cè)電路，所述控制器連接同步電路，所述保護(hù)電路連接控制器，所述檢測(cè)電路連接控制器，所述控制器連接整流裝置。所述的速度檢測(cè)電路采用脈沖編碼器；所述的電流檢測(cè)電路采用霍爾傳感器；所述的控制器采用TMS320LF2407A 控制器。
[0014]結(jié)合圖1，闡述本發(fā)明的工作原理:
為了使主電路三相全控橋的各相觸發(fā)脈沖與晶閘管陽(yáng)極電壓保持嚴(yán)格的相位關(guān)系，控制系統(tǒng)設(shè)置專門的同步電路。同步變壓器與主變壓器一樣接成Y/Y-12接法，同步電壓先由二級(jí)RC濾波電路移除電源干擾，調(diào)整R值使其移相30，使副邊三個(gè)相同步電壓與晶閘管電源三相線電壓保持同相位，三個(gè)同步電壓分別經(jīng)電壓比較器LM339變?yōu)镾1、S2、S3三個(gè)方波信號(hào)(“I”表示高電平，”0”表示低電平)。S1、S2、S3三個(gè)信號(hào)異或，可以產(chǎn)生一個(gè)邊沿與線電壓自然換向點(diǎn)對(duì)齊的方波信號(hào)，該信號(hào)再經(jīng)過一個(gè)RC電路和異或門處理，即可得到一定脈寬間隔是600的同步中斷脈沖信號(hào)。同步脈沖信號(hào)產(chǎn)生的原理:S1、S2、S3的波形在電源一個(gè)正弦波形周期(6各相帶)組成6種狀態(tài)“001-101-100-110-010-011。DSP通過I/O 口讀入S1、S2、S3的狀態(tài)，就可以分析判斷應(yīng)該觸發(fā)的響應(yīng)主電路的晶閘管雙觸發(fā)脈沖的組號(hào)。同步脈沖序列在主電路線電壓的每個(gè)自然換向點(diǎn)通過DSP外部中斷引腳XINT向DSP申請(qǐng)中斷，在同步信號(hào)中斷服務(wù)程序種通過查表即可實(shí)現(xiàn)判相晶閘管，再計(jì)算定時(shí)時(shí)間常數(shù)t，并依次起動(dòng)所判相對(duì)應(yīng)的定時(shí)通道。例如CPU進(jìn)入同步中斷服務(wù)程序后，從I/O并行口讀入S1、S2、S3三位的狀態(tài)011，查已知表知是VT2、VT1，在計(jì)算定時(shí)時(shí)間常數(shù)后起動(dòng)定時(shí)器，定時(shí)時(shí)間觸發(fā)信號(hào)由DSP的IO 口輸出，送脈沖功率放大器后觸發(fā)晶閘管，六位IO 口中分別對(duì)應(yīng)Κ1?(6六個(gè)晶閘管，當(dāng)某位為I則觸發(fā)相應(yīng)的晶閘管。DSP在觸發(fā)可控硅時(shí)，根據(jù)電流控制器的輸出控制值kU，以同步基準(zhǔn)點(diǎn)為參考點(diǎn)，算出控制角α的大小，再通過定時(shí)器按控制角的大小和觸發(fā)順序，準(zhǔn)確的發(fā)出觸發(fā)脈沖。
[0015]檢測(cè)電路包括速度 檢測(cè)電路和電流檢測(cè)電路:在直流調(diào)速系統(tǒng)中，一般有兩種測(cè)速方式:測(cè)速發(fā)電機(jī)和脈沖編碼器測(cè)速。測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)量轉(zhuǎn)速是長(zhǎng)期以來一直使用的簡(jiǎn)便方法，直接將速度信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)。脈沖編碼器反饋信號(hào)是數(shù)字信號(hào)，主要解決如何更精確地測(cè)量脈沖信號(hào)問題。脈沖編碼器由圓周上均勻地刻有光柵的圓盤，脈沖形成和放大電路組成。將它連接到電機(jī)軸上，當(dāng)圓盤隨電機(jī)一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過光電元件地作用，一道道光柵變成一個(gè)個(gè)脈沖，所以脈沖地頻率正比于電機(jī)轉(zhuǎn)速。由于脈沖編碼器輸出的是數(shù)字信號(hào)，因此不占用TMS320LF2407A控制器的A/D轉(zhuǎn)換資源。TMS320LF2407A控制器的每個(gè)事件管理器模塊都有一個(gè)正交編碼脈沖電路。該電路可用于連接光電編碼器以獲得旋轉(zhuǎn)機(jī)械的位置和速率等信息。TMS320LF2407A控制器的正交編碼脈沖輸入單元能對(duì)脈沖的前后沿計(jì)數(shù)，同時(shí)可根據(jù)兩路脈沖的相位來判別電機(jī)轉(zhuǎn)向，而無需添加任何其它設(shè)備。光電碼盤輸出的Α，B兩路脈沖信號(hào)經(jīng)整形后直接送入QEP單元的QEP1，QEP2引腳，經(jīng)譯碼邏輯單元產(chǎn)生4倍頻脈沖信號(hào)，CLK和轉(zhuǎn)向信號(hào)DIR。對(duì)脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)可由Τ2，Τ3或Τ2Τ3級(jí)聯(lián)組成32位計(jì)數(shù)器完成。計(jì)數(shù)器的方向有DIR信號(hào)決定，當(dāng)QEPI輸入超前時(shí)，所選計(jì)數(shù)器加計(jì)數(shù)，當(dāng)QEP2輸入超前時(shí)，計(jì)數(shù)器減計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器的狀態(tài)字中有專門的一位用于保存電機(jī)轉(zhuǎn)向信息。
[0016]電流檢測(cè)是電流控制的需要，也是電流保護(hù)的要求。電流檢測(cè)方式包括:電流采樣，電流互感器和霍爾傳感器?；魻杺鞲衅骶哂袦y(cè)量精度高，線性度好，響應(yīng)快，隔離徹底的特點(diǎn)，近來在工業(yè)控制中得到廣泛的應(yīng)用，本系統(tǒng)采用霍爾電流傳感器檢測(cè)直流電流。
[0017]保護(hù)電路:出現(xiàn)缺相，過流，過壓等異?，F(xiàn)象可能導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作，甚至?xí)斐烧麄€(gè)系統(tǒng)癱瘓，因此為了快速的對(duì)這些異常信號(hào)進(jìn)行處理，將對(duì)這些異常進(jìn)行處理，將對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，故將此類保護(hù)設(shè)置為硬件保護(hù)。無論電源電壓的進(jìn)線順序如何，同步電壓的6個(gè)狀態(tài)是按照一定的次序排列的，中間不能少一個(gè)狀態(tài)，也不能多一個(gè)狀態(tài)，狀態(tài)的次序更不能錯(cuò)。缺相的出現(xiàn)會(huì)使6個(gè)狀態(tài)中的某一兩個(gè)狀態(tài)中的兩個(gè)晶閘管不能導(dǎo)通形成回路，從而導(dǎo)致整流電流不能輸出期望的整流電壓。而在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)或是因?yàn)槿藶橐蛩鼗蚴请娋W(wǎng)方面的問題而往往容易引起缺相，因此有必要在三相電網(wǎng)輸入端接入缺相保護(hù)電路。
[0018]雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有控制容易，能在寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速和快速響應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)，在直流調(diào)速系統(tǒng)中得到廣泛得應(yīng)用。直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以在電機(jī)最大允許電流和轉(zhuǎn)矩受限制的情況下，能充分發(fā)揮電機(jī)的過載能力，在過渡過程中始終保持電流(轉(zhuǎn)矩)為允許的最大值，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)以最大的加速度起動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速時(shí)，電流降下將使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載平衡，從而進(jìn)入系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。即在起動(dòng)階段只有電流負(fù)反饋沒有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋。到達(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí)，只讓轉(zhuǎn)速負(fù)反饋發(fā)揮作用，不讓電流負(fù)反饋發(fā)揮作用。
[0019]需要強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明所述的實(shí)施例是說明性的，而不是限定性的，因此本發(fā)明并不限于【具體實(shí)施方式】中所述的實(shí)施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出的其他實(shí)施方式，同樣屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種電動(dòng)挖掘機(jī)數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)，其主要技術(shù)特征在于:包括控制器、同步電路、保護(hù)電路、檢測(cè)電路和整流裝置，所述檢測(cè)電路包括速度檢測(cè)電路和電流檢測(cè)電路，所述控制器連接同步電路，所述保護(hù)電路連接控制器，所述檢測(cè)電路連接控制器，所述控制器連接整流裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)挖掘機(jī)數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于:所述的速度檢測(cè)電路采用脈沖編碼器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)挖掘機(jī)數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于:所述的電流檢測(cè)電路采用霍爾傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)挖掘機(jī)數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于:所述的控制器采用TMS320LF2407A控制器。
【文檔編號(hào)】H02P7/28GK103441717SQ201310338800
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月6日
【發(fā)明者】毛振剛, 毛佳琳, 毛媛媛 申請(qǐng)人:毛振剛