2022年矿用通风机变频调速装置设计方案 .docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 矿用通风机变频调速装置设计沈振强1 2周少武1陈婷1刘兵 21 ,湖南科技高校信息与电气学院,湖南 2 ,湖南机电职业技术学院电气工程系,湖南湘潭 411201 ）长沙 410151 ）摘要： 电机的变频调速是当代沟通调速系统中性能最优越的一种电力拖动系统；本文采用 32 位 ARM 处理器为核心, IGBT 为主功率器件,配以SPWM 专用芯片 SA8282,实现了系统的信号采集、处理以及系统爱护、沟通电动机的变频调速等功能；关键词： 通风机；变频调速； IGBT O引言在电力系统拖动中,应用最普遍的是标准系列的一般笼型异步电机和同步电机；这

2、些 电机使用变频器进行变频调速是最为合理的；因此变频调速是沟通调速中最抱负的,最有进展前途的,也是进展最快的；SPWM 掌握技术就是利用新型的半导体开关器件导通与关断把直流电压变换成电压脉冲列 ,通过掌握电压的脉冲宽度或周期达到变压或者掌握电压的脉冲宽度和脉冲列周期达到变频变压,是一种新型的掌握技术 2 ；1系统总体方案设计矿用通风机是矿山安全的重要设备,传统的矿用通风机采纳直流驱动,故障率高,维护困难；沟通电传动已成为电气传动的主要手段；本文应用沟通变频技 0 术,以 ARM处理器为核心,设计出矿山通用通风机的掌握装置；系统总体方案设计如图 1 所示；图 1 系统总统设计方案图系统由电抗器、

3、整流器、充电电阻、滤波电路、均压电阻、IGBT、电流互感器、电压1 / 6 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 12345检测电路、温度检测电路、CPU电路、 SPWM产生电路、驱动电路、各种爱护电路、面板显示电路、 RS485通信接口电路等组成；2系统的硬件电路设计 2.1 电流、电压、温度检测电路电压、电流数据采集：通过传 感器检测输出电压和电流,第一采 用运放对信号进行放大,阻抗转换D等处理；然后采纳Burr-Brown公司 的 ADS7841E进 行 AD 转 换 ；ADS7841E一个 16 位精度 4 通道

4、采 用 SPI 传输方式的芯片 4 ；内部结构如图 2.2 IGBT 驱动电路2 所示： 图 2 ADS7841E 内部框图CSCALE驱动系列为西门子EUPEC大电流、高电压 IGBT的模块配套； SCALE驱动系列产品用 ASIC设计,用直流 15V 电源驱动,开关频率达100KHZ,具有长寿命和高牢靠等性能,可以驱动 1200A 、1700V的 IGBT器件5 ；电路如图 3 所示：VCC_KZR20R22VCC_QDR581D482D62W_G12R16R1892MUR1100E D491R792.7K2.7K2.7K2.7KR65D63 1N5356B10K1V_OUT4C49C51

5、10R73 RthMUR1100E1 C7221N5356B220pF0.1uF 0.1uFU14R53GND_QDW_E110KV_OUT561D35D3811 22PU+VCC_KZ43VCC_QD GND_QD VDD GND 3 4 SO1 VL 5C_INA C_INB 6 7 RC1 INAD24 1N4732 VCC_QD GND_QD 9 INB RC2 MOD 10 11 SO2 GND GND_QD 12 VDC VCC_QDG120R601N40071N40072D66W_G222Rth121U34TLP181E1123C1TLP181GND_KZ3C65 G2 2SD1

6、06AI-17 Rth214D52161512C46C47E21790.1uF 0.1uFC2MUR1100E D531R81GND_KZR67D67 1N5356B10K21VCC_KZ1U20VCC8VCC_QD_GOVCC_KZ1U21VCC8VCC_QD_GO10R74 RthMUR1100E1 C7327R407R41220pF1N5356BEE222.7K C_INA2.7K C_INBTOUT R2936ZOUT R3036W_E23904GND 53904GND51D361 2D392W_E16N137GND_QD6N137GND_QD1N40071N4007图 3 IGBT驱

7、动电路2.3 32 位主控 CPU电路 LPC2132采纳 64 脚封装、多个 32 位定时器、极低的功耗、PWM输出、 8 路 10 位 ADC及多达 9 个的外部中断,内部可以用GPIOs,范畴为 48 脚；内置宽范畴的串行通信接 2 / 6 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 口,所以也特别适应于协议转换器、嵌入式调制解调器、通信网关以及其它各种类型的广泛应用；3系统的主要功率器件选型本文针对矿用主流 45KW通风机进行分析设计；31 主电路设计在沟通变频调速系统中,主电路作为直接执行机构,其牢靠性及稳固性直接影

8、响整个系统的运行；主电路一般是由整流电路、中间直流滤波电路和三相桥式逆变器三部分组成；系统主电路如图 4 所示；图 4 系统主电路32 IGBT 选型1电压规格挑选 Vces Vcep, Vcesp Ed= 1.1 U 1.1 2.34U 1.1 2.84 380V933V 注：1.1 ：线路电压波动因数 ：安全因数 注： 1.15 ：过压爱护水平 115% ：安全因数 所以 Vces=1700V IGBT 电压规格 2电流规格挑选 IcIo VInputnom =660Vrms 电机输出 =45kW 变频器容量： 60kVA P= Vo Io Vo=0.9 Vin Io=Ic/ 1.5 1.

9、4 注：P：变频器容量0.9 ：低于额定电压 10% 1.5 ：容量过载 Io=50A Ic=148AIGBT 电流规格）IGBT模块选用 FF200R170KE31700V,300A）33 三相整流桥选型1整流输出的电压平均值为：U2.34U2.34 2.2 380V2000V 2电流平均值： 输出电流平均值 为= / R 与单相电路情形一样,电容电流平均值 为零、因此=在一个电源周期中,有 6 个波头,流过每一个二极管的是其中的两个波头,因此二极管电流平均值为的 l/3 ,即1/2 ,即 ）/2 ,即=/3=/3 3二极管D 可能承担的最大正向电压为线电压峰值的380V/2465V；4二极

10、管 D可能承担的最大反向电压为线电压峰值2.2 U=2.2 380V2000V；依据工艺要求三相整流桥选用 4系统的软件设计2000V耐压, 200A电流的模块 DD200-20-Io14；系统的软件设计,建立在 ARM开发平台 ADS1.2的基础上； ADS1.2开发环境是 ARM核微掌握器的集成开发工具；系统主程序流程见图 5；4 / 6 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 送电上电系统初始化定时向 PLC ,面板发送系统状态信息掌握权挑选挑选面板掌握 挑选 PLC 掌握对系统各种工作参数设定按开机按钮变频器开头运

11、转、并启动开机过流防失速爱护运行过程中过压、过流、欠压、过热自处理爱护接受 PLC 或面板的数据包对掌握参数更新按关机按钮停机并启动停机过压防失速爱护断电停止作业图5 系统主程序流程图5结论本文采纳 32位ARM处理器为核心, IGBT为主功率器件,配以 SPWM 专用芯片 SA8282,完成了矿用变频调速装置软硬件的设计,并胜利应用于矿山通风机沟通变频调速掌握系统；参考文献1 张立等 . 现代电力电子技术器件、电路及应用 M. 北京 : 科学出版社 ,2002 ：6 19. 2 达善荣 . 煤矿风机变频调速的讨论 J. 煤矿机电 2000年第四期： 37. 3 彭军 . 三相沟通电机 SPW

12、M 变频调速系统设计及讨论 D. 电子科技高校 ,2005. 4How to choose frequency converters intended for electric drives operating with constant torque 5 / 6 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - M. V. Andrianov, V. I. Afonin and R. V. Rodionov Russian Electrical Engineering, 2022, Volume 79, Number 5, Pag

13、es 262-267. 5A new approach to the optimization of resistive frequency converters based on Schottky barrier diodes Yu. A. Nemlikher and I. A. Strukov Journal of Communications Technology and Electronics, 2022, Volume 54, Number 2, Pages 218-224. 作者简介 沈振强,男, 1973- ,湖南湘潭人,硕士讨论生,副教授,讨论方向为电机及电气工程应用技术 周少武,男, 1964- ,湖南湘潭人,博士讨论生,教授,讨论方向为运算机掌握工程与技术 陈 婷,女, 1977- ,湖南长沙人,硕士讨论生,讲师,讨论方向为电子与信息工程技术 刘 兵,男, 1974- ,湖南隆回县,高级工程师,讨论方向为楼宇智能化技术6 / 6 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 6 页