河南師范大學(xué)

李 哲，姚 興，馬梓恒

1 作品介紹

本項(xiàng)目采用先進(jìn)的計算機(jī)控制技術(shù)和現(xiàn)代電力電子技術(shù)，研究開發(fā)科技含量高、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的全數(shù)字三電平礦用驅(qū)動設(shè)備控制系統(tǒng)，用于礦井驅(qū)動系統(tǒng)的改造和建設(shè)。系統(tǒng)采用可編程控制器（PLC）自動完成提升系統(tǒng)全過程控制、安全保護(hù)和人機(jī)對話等控制功能，實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動系統(tǒng)的位置控制，達(dá)到驅(qū)動設(shè)備全自動運(yùn)行的目的；利用上位機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)視、診斷功能，并通過局域網(wǎng)連接實(shí)現(xiàn)資源共享，從而提高礦井生產(chǎn)的現(xiàn)代化管理水平。驅(qū)動系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 防爆變頻驅(qū)動系統(tǒng)

2 技術(shù)原理

本產(chǎn)品控制器采用“DSP+FPGA+CPLD”作為主控芯片，能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的四象限驅(qū)動、重載零速懸停、故障保護(hù)及容錯控制等核心功能；采用“IGBT動態(tài)損耗控制算法+模型預(yù)測控制算法”在線計算功率器件損耗，實(shí)時控制系統(tǒng)內(nèi)溫度，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自身智能化能量控制；采用“超對稱鏡像互消”的超低雜散電感設(shè)計方法，將電感降低至100 nH以內(nèi)；該系統(tǒng)驅(qū)動電機(jī)時能夠起到節(jié)能減排的作用，實(shí)驗(yàn)室測得本產(chǎn)品相較傳統(tǒng)驅(qū)動方式至少節(jié)能21.26%。二極管箝位型三電平功率變換器（逆變器側(cè)）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。系統(tǒng)控制效果如圖3所示。

圖2 二極管箝位型三電平功率變換器（逆變器側(cè)）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖3 控制效果

3 作品創(chuàng)新點(diǎn)

與市場上現(xiàn)有的產(chǎn)品相比，本產(chǎn)品的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下三個方面：

（1）全知識產(chǎn)權(quán)。針對本產(chǎn)品已經(jīng)申請了包括外觀、結(jié)構(gòu)、控制算法、工藝流程等方面的專利，并申請了多項(xiàng)軟件著作權(quán)以保護(hù)核心技術(shù)代碼。

（2）應(yīng)用了超低損耗控制算法、超低雜散電感疊層母線、超高安全性防爆設(shè)計，使設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、雜散電感低、散熱良好，系統(tǒng)整體節(jié)能約20%。

（3）可智慧組網(wǎng)互聯(lián)，構(gòu)建智慧礦山。

4 應(yīng)用前景

國家在《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃（2016—2030年）》中指出：“到2050年，全面建成安全綠色、高效智能礦山技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)煤炭安全綠色、高效智能生產(chǎn)。”雙三電平變頻調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高性能、四象限運(yùn)行、單位功率因數(shù)、低諧波、高可靠性的控制，改變國內(nèi)一些傳統(tǒng)提升系統(tǒng)的調(diào)速方式，進(jìn)而改變了礦用電力傳動系統(tǒng)諧波重、無功消耗大的形象。本產(chǎn)品現(xiàn)在已經(jīng)在黑龍江省、內(nèi)蒙古自治區(qū)獲得應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)煤礦智能化建設(shè)奠定了應(yīng)用基礎(chǔ)。