永磁变频驱动刮板输送机节能控制装置

917 编辑：中冶有色技术网来源：太原理工大学

2023-11-24 14:05:36

权利要求书： 1.一种永磁变频驱动刮板输送机节能控制装置，其特征在于，包括煤流状态检测反馈模块、主从驱动功率匹配控制模块（5）、I号永磁变频一体机（1）、II号永磁变频一体机（21）及刮板输送机（28）；

所述煤流状态检测反馈模块包括I号上位机（42）、PLC控制器（29）、I号数模转换器（30）、II号数模转换器（31）、I号电流传感器（4）、II号电流传感器（24）、压差传感器（33）、压差传感器机头感应端（34）、压差传感器机尾感应端（35）、煤流传感器（41）、I号称重传感器（36）、I号电容传感器（37）、II号称重传感器（38）、II号电容传感器（39）、III号称重传感器（40）、传感器接线盒（32）、I号转矩传感器（25）和II号转矩传感器（43）；其中，所述压差传感器机头感应端（34）、压差传感器机尾感应端（35）将采集到的机头机尾煤量信息传送给压差传感器（33），所述I号电流传感器（4）、II号电流传感器（24）、压差传感器（33）、煤流传感器（41）、I号称重传感器（36）、I号电容传感器（37）、II号称重传感器（38）、II号电容传感器（39）、III号称重传感器（40）、I号转矩传感器（25）和II号转矩传感器（43）分别通过传感器接线盒（32）将各自采集到的信息传送给PLC控制器（29），PLC控制器（29）运行处理后分别通过I号数模转换器（30）与II号数模转换器（31）将信息传送给I号变频控制模块（2）与II号变频控制模块（22）；

所述主从驱动功率匹配控制模块（5）包括II号上位机（13）、单片机控制模块（12）、I号模数转换器（7）、II号模数转换器（15）、I号速度调节器（6）、I号转矩调节器（8）、I号磁链调节器（9）、I号磁链观测与转矩变换模块（10）、I号电流变换模块（11）、信号补偿模块（14）、II号速度调节器（20）、II号转矩调节器（16）、II号磁链调节器（17）、II号磁链观测与转矩变换模块（18）和II号电流变换模块（19）；I号变频控制模块（2）与II号变频控制模块（22）分别将I号永磁电机（3）与II号永磁电机（23）的转速信号与定子电流信号传送给I号速度调节器（6）、II号速度调节器（20）、I号磁链观测与转矩变换模块（10）及II号磁链观测与转矩变换模块（18），I号速度调节器（6）的输出作为I号转矩调节器（8）的输入，I号磁链调节器（9）的输出作为I号转矩调节器（8）的输入，I号磁链观测与转矩变换模块（10）的输出作为I号磁链调节器（9）的输入，I号转矩调节器（8）、I号磁链调节器（9）、I号磁链观测与转矩变换模块（10）的输出均作为I号电流变换模块（11）的输入，I号电流变换模块（11）的输出作为I号变频控制模块（2）的输入，I号速度调节器（6）与II号速度调节器（20）分别通过I号模数转换器（7）与II号模数转换器（15）将各自的转矩信号传送给单片机控制模块（12），单片机控制模块（12）对信号进行内部程序运行处理后传送给II号上位机（13），单片机控制模块（12）对两输入转矩信息进行处理后输出补偿信号经过信号补偿模块（14）将II号电机（23）转矩信息传送给II号转矩调节器（16），II号磁链调节器（17）的输出作为II号转矩调节器（16）的输入，II号磁链观测与转矩变换模块（18）的输出作为II号磁链调节器（17）的输入，II号转矩调节器（16）、II号磁链调节器（17）与II号磁链观测与转矩变换模块（18）的输出均作为II号电流变换模块（19）的输入，II号电流变换模块（19）的输出作为II号变频控制模块（22）的输入，所述II号变频控制模块（22）在接收到补偿过的转矩信号后对II号电机（23）进行调速，实现机头电机与机尾电机的实时功率匹配。

说明书：一种永磁变频驱动刮板输送机节能控制装置技术领域

本发明属于煤矿电气设备技术领域，具体涉及一种永磁变频驱动刮板输送机节能控制装置。

背景技术

目前，我国矿下刮板输送机常用的驱动方式大多为双速电机、CST可控启动装置。双速电机的驱动方式通常按照双速电动机通过减速器联接刮板输送机的链条，电动机上装有两套绕组，分别是低速绕组和高速绕组。在电机通电启动时采用低速绕组，刮板输送链条随之提速转动，当运行达到稳定状态后，转换到高速绕组通电，在惯性的作用下，电机及刮板输送机在当前速度上继续提速，达到额定速度后恒速运行。双速电机驱动可以较好地实现装置启动与稳定运行的过渡，但存在启动功率低的问题，在煤流变化频繁的情况下，电机频繁降速升速，不断切换电机绕组大大增加了电能损耗，重载情况下易发生低速持续运行而无法使刮板输送机提速到额定转速的问题。并且在电机绕组的不断切换下不易进行机头机尾电机功率匹配的调控，造成更多不必要的电能损耗。

CST可控启动装置，是由多级齿轮减速器、湿式线形离合器与液压控制系统组成。在刮板输送机启动之前，CST可控启动装置的输出轴保持不动，在驱动电机提速到额定转速后，液压控制系统随之增加离合器的液压压力，带动刮板输送机增速运行达到额定状态。CST可控启动装置常用于空载启动，冲击电流小，但当刮板输送机在煤流负载较重又频繁升降速甚至接近于不断启停转换的工作状态下时，CST可控启动装置并不适用，且多用于异步电动机。

与常用的双速异步电机等驱动方式相比，永磁同步电机拥有效率更高，功率因数更高，可靠性更强，体积小，功率密度大且启动转矩大，噪声小，温升低等优点；与CST可控启动装置相比，变频驱动在启停转换、传动效率、稳定性等方面均具有突出的优势，且变频器控制能够更好地解决电机失控的问题，降低故障的发生率，延长设备的寿命，节能效果更佳，在机头机尾两电机功率匹配的调控中更加灵活。但是现有技术中并不存在上述通过永磁变频驱动的方式。

发明内容

本发明一种永磁变频驱动刮板输送机节能控制装置，其目的在于解决现有矿下刮板输送机工作时因煤流负载连续不规则变化导致机头机尾电机功率不匹配运行从而产生大量电能损耗的弊端。从而公开一种利用多种传感器从电机与输送刮板上对煤流状态信息进行多点采集、反馈，并将电流、转速、磁通三环矢量驱动进行融合控制，实现矿上在线煤流检测及主从驱动实时功率匹配的节能控制装置，适用于矿下综采工作面中重型输煤机械的节能控制等场合。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种永磁变频驱动刮板输送机节能控制装置，包括煤流状态检测反馈模块、主从驱动功率匹配控制模块、I号永磁变频一体机、II号永磁变频一体机及刮板输送机；

所述煤流状态检测反馈模块包括I号上位机、PLC控制器、I号数模转换器、II号数模转换器、I号电流传感器、II号电流传感器、压差传感器、压差传感器机头感应端、压差传感器机尾感应端、煤流传感器、I号称重传感器、I号电容传感器、II号称重传感器、II号电容传感器、III号称重传感器、传感器接线盒、I号转矩传感器和II号转矩传感器；其中，所述压差传感器机头感应端、压差传感器机尾感应端将采集到的机头机尾煤量信息传送给压差传感器,所述I号电流传感器、II号电流传感器、压差传感器、煤流传感器、I号称重传感器、I号电容传感器、II号称重传感器、II号电容传感器、III号称重传感器、I号转矩传感器和II号转矩传感器分别通过传感器接线盒将各自采集到的信息传送给PLC控制器，PLC控制器运行处理后分别通过I号数模转换器与II号数模转换器将信息传送给I号变频控制模块与II号变频控制模块；

所述主从驱动功率匹配控制模块包括II号上位机、单片机控制模块、I号模数转换器、II号模数转换器、I号速度调节器、I号转矩调节器、I号磁链调节器、I号磁链观测与转矩变换模块、I号电流变换模块、信号补偿模块、II号速度调节器、II号转矩调节器、II号磁链调节器、II号磁链观测与转矩变换模块和II号电流变换模块；I号变频控制模块与II号变频控制模块分别将I号永磁电机与II号永磁电机的转速信号与定子电流信号传送给I号速度调节器、II号速度调节器、I号磁链观测与转矩变换模块及II号磁链观测与转矩变换模块，I号速度调节器的输出作为I号转矩调节器的输入，I号磁链调节器的输出作为I号转矩调节器的输入，I号磁链观测与转矩变换模块的输出作为I号磁链调节器的输入，I号转矩调节器、I号磁链调节器、I号磁链观测与转矩变换模块的输出均作为I号电流变换模块的输入，I号电流变换模块的输出作为I号变频控制模块的输入，I号速度调节器与II号速度调节器分别通过I号模数转换器与II号模数转换器将各自的转矩信号传送给单片机控制模块，单片机控制模块对信号进行运行处理后传送给II号上位机，单片机控制模块对两输入转矩信息进行处理后输出补偿信号经过信号补偿模块将II号电机转矩信息传送给II号转矩调节器，II号磁链调节器的输出作为II号转矩调节器的输入，II号磁链观测与转矩变换模块的输出作为II号磁链调节器的输入，II号转矩调节器、II号磁链调节器与II号磁链观测与转矩变换模块的输出均作为II号电流变换模块的输入，II号电流变换模块的输出作为II号变频控制模块的输入，所述II号变频控制模块在接收到补偿过的转矩信号后对II号电机进行调速，实现机头电机与机尾电机的实时功率匹配。

本发明一种永磁变频驱动刮板输送机节能控制装置与传统驱动与控制方式比较，优点在于：1. 利用多种传感器从电机及输送刮板上对煤流状态信息进行多点实时采集、反馈，实现矿上在线煤流监测。2.采用电流、转速、磁通三环矢量驱动融合的控制模块，根据检测到的煤流变化，对机头电机转矩信号加以补偿传送给机尾电机变频控制器，从而实现主从驱动转速在任何速度趋向上均达到功率匹配，实现节能降耗的目的。

附图说明

图1是本发明提供的一种永磁变频驱动刮板输送机节能控制装置的结构示意图。

图中：1.I号永磁变频一体机 2.I号变频控制模块 3.I号永磁电机 4.I号电流传感器 5.主从机功率匹配控制模块 6.I号速度调节器 7.I号模数转换器 8.I号转矩调节器 9.I号磁链调节器 10.I号磁链观测与转矩变换模块 11.I号电流变换模块12.单片机控制模块 13.II号上位机 14.信号补偿模块 15.II号模数转换器 16.II号转矩调节器 17.II号磁链调节器 18.II号磁链观测与转矩变换模块 19.II号电流变换模块 20.II号速度调节器 21.II号永磁变频一体机 22.II号变频控制模块 23.II号永磁电机 24.II号电流传感器 25.I号转矩传感器 26.I号摩擦限矩器 27.I号减速器28.刮板输送机 29.PLC控制器 30.I号数模转换器 31.II号数模转换器 32.传感器接线盒 33.压差传感器 34.压差传感器机头感应端 35.压差传感器机尾感应端 36.I号称重传感器 37.I号电容传感器 38.II号称重传感器 39.II号电容传感器 40.III号称重传感器 41.煤流传感器 42.I号上位机 43.II号转矩传感器 44.II号摩擦限矩器45.II号减速器。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步更详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

参阅图1，图1是本发明提供的一种永磁变频驱动刮板输送机节能控制装置的结构示意图。该装置包括：煤流状态检测反馈模块、主从驱动功率匹配控制模块5、I号永磁变频一体机1、II号永磁变频一体机21及刮板输送机28；所述煤流状态检测反馈模块包括I号上位机42、PLC控制器29、I号数模转换器30、II号数模转换器31、I号电流传感器4、II号电流传感器24、压差传感器33、压差传感器机头感应端34、压差传感器机尾感应端35、煤流传感器41、I号称重传感器36、I号电容传感器37、II号称重传感器38、II号电容传感器39、III号称重传感器40、传感器接线盒32、I号转矩传感器25和II号转矩传感器43；其中，所述压差传感器机头感应端34、压差传感器机尾感应端35将采集到的机头机尾煤量信息传送给压差传感器33，所述I号电流传感器4、II号电流传感器24、压差传感器33、煤流传感器41、I号称重传感器36、I号电容传感器37、II号称重传感器38、II号电容传感器39、III号称重传感器40、I号转矩传感器25和II号转矩传感器43分别通过传感器接线盒32将各自采集到的信息传送给PLC控制器29，PLC控制器29运行处理后分别通过I号数模转换器30与II号数模转换器31将信息传送给I号变频控制模块2与II号变频控制模块22；

所述主从驱动功率匹配控制模块5包括II号上位机13、单片机控制模块12、I号模数转换器7、II号模数转换器15、I号速度调节器6、I号转矩调节器8、I号磁链调节器9、I号磁链观测与转矩变换模块10、I号电流变换模块11、信号补偿模块14、II号速度调节器20、II号转矩调节器16、II号磁链调节器17、II号磁链观测与转矩变换模块18和II号电流变换模块19；I号变频控制模块2与II号变频控制模块22分别将I号永磁电机3与II号永磁电机23的转速信号与定子电流信号传送给I号速度调节器6、II号速度调节器20、I号磁链观测与转矩变换模块10及II号磁链观测与转矩变换模块18，I号速度调节器6的输出作为I号转矩调节器8的输入，I号磁链调节器9的输出作为I号转矩调节器8的输入，I号磁链观测与转矩变换模块10的输出作为I号磁链调节器9的输入，I号转矩调节器8、I号磁链调节器9、I号磁链观测与转矩变换模块10的输出均作为I号电流变换模块11的输入，I号电流变换模块11的输出作为I号变频控制模块2的输入，I号速度调节器6与II号速度调节器20分别通过I号模数转换器7与II号模数转换器15将各自的转矩信号传送给单片机控制模块12，单片机控制模块12对信号进行内部程序运行处理后传送给II号上位机13，单片机控制模块12对两输入转矩信息进行处理后输出补偿信号经过信号补偿模块14将II号电机23转矩信息传送给II号转矩调节器16，II号磁链调节器17的输出作为II号转矩调节器16的输入，II号磁链观测与转矩变换模块18的输出作为II号磁链调节器17的输入，II号转矩调节器16、II号磁链调节器17与II号磁链观测与转矩变换模块18的输出均作为II号电流变换模块19的输入，II号电流变换模块19的输出作为II号变频控制模块22的输入，所述II号变频控制模块22在接收到补偿过的转矩信号后对II号电机23进行调速，实现机头电机与机尾电机的实时功率匹配。

本发明提供的是一种根据变化的煤流状态结合永磁变频一体机实时调速，在各种速度趋向下保持功率匹配的节能控制装置，按照附图1将I号称重传感器36、I号电容传感器37、II号称重传感器38、II号电容传感器39、III号称重传感器40、压差传感器机头感应端34、压差传感器机尾感应端35装设到输送刮板下方，将压差传感器33、煤流传感器41装设到刮板输送机28侧位，将I号电流传感器4、I号转矩传感器25与II号电流传感器24、II号转矩传感器43分别装设到I号永磁变频一体机1与II号永磁变频一体机21侧位。首先由I号电流传感器4、II号电流传感器24、压差传感器33、煤流传感器41、I号称重传感器36、I号电容传感器37、II号称重传感器38、II号电容传感器39、III号称重传感器40、I号转矩传感器25和II号转矩传感器43共同将采集到的动态煤流信息通过传感器接线盒32传送给PLC控制器29，接着由PLC控制器29对收集到的煤流变化信息进行内部程序运行处理，再分别经I号数模转换器30与II号数模转换器31将转矩信息传送给I号变频控制模块2与II号变频控制模块22，实现按照煤流状态变化进行实时调速的性能，同时PLC控制器29将变化的煤流信息传送给I号上位机42，实现矿上在线实时煤流监测。

按照附图1，II号上位机13、单片机控制模块12、I号模数转换器7、II号模数转换器15、I号速度调节器6、I号转矩调节器8、I号磁链调节器9、I号磁链观测与转矩变换模块10、I号电流变换模块11、信号补偿模块14、II号速度调节器20、II号转矩调节器16、II号磁链调节器17、II号磁链观测与转矩变换模块18、II号电流变换模块19共同组成主从驱动功率匹配控制模块5，I号变频控制模块2与II号变频控制模块22分别将I号永磁电机3与II号永磁电机23的转速信号与定子电流信号传送给I号速度调节器6、II号速度调节器20与I号磁链观测与转矩变换模块10、II号磁链观测与转矩变换模块18，I号速度调节器6的输出作为I号转矩调节器8的输入，I号磁链调节器9的输出作为I号转矩调节器8的输入，I号磁链观测与转矩变换模块10的输出作为I号磁链调节器9的输入，I号转矩调节器8、I号磁链调节器9、I号磁链观测与转矩变换模块10的输出均作为I号电流变换模块11的输入，I号电流变换模块11的输出作为I号变频控制模块2的输入；I号速度调节器6与II号速度调节器20分别通过I号模数转换器7与II号模数转换器15将各自的转矩信号传送给单片机控制模块12，单片机控制模块12对信号进行内部程序运行处理后传送给II号上位机13；单片机控制模块12对两输入转矩信息进行处理后输出补偿信号经过信号补偿模块14将II号电机23转矩信息传送给II号转矩调节器16，II号磁链调节器17的输出作为II号转矩调节器16的输入，II号磁链观测与转矩变换模块18的输出作为II号磁链调节器17的输入，II号转矩调节器16、II号磁链调节器17与II号磁链观测与转矩变换模块18的输出均作为II号电流变换模块19的输入，II号电流变换模块19的输出作为II号变频控制模块22的输入，所述II号变频控制模块22在接收到补偿过的转矩信号后对II号电机23进行调速，实现机头电机与机尾电机的实时功率匹配。

以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。