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1、河南理工大学毕业设计（论文）说明书摘要刮板输送机是煤矿开采的关键设备之一，是采煤工作面唯一的连续运输设备。随着刮板输送机装机功率的增大，它的起动问题越来越成为人们关注的焦点。软起动器因为起动电流小、节约能源以及减少了对机械的起动冲击，而广泛应用于三相笼型异步电动机的起动中。传统的降压起动方法基本上是靠单纯的降低电压来起动电动机的，起动转矩很小，不适用于刮板输送机。本文在分析大功率刮板输送机的基础上，根据刮板输送机的具体要求，采用变频调速技术来实现刮板输送机变频软起动。系统的控制电路采用新的起动方法变频起动，来保证电动机在起动初期具有低电流、高转矩的特性。系统采用IGBT作为主功率器件，以80C
2、196MC单片机为控制核心，充分利用其片内波形发生器能直接用软件产生PWM波的特点，同时采用M57962K-01构成IGBT的驱动电路，在控制上采用恒UF控制且在低频补偿的策略。本文还给出了系统的软件、硬件和保护电路的设计方法。这些设计使系统能够可靠工作，运行状态良好，达到了设计目的。关键词：刮板输送机； 变频软起动； 变频调速； 恒UF控制； PWM波80C196MCAbstractArmored Face Conveyor is one of the key equipments in coal mining face , and what is more is that it is th
3、e only continuous conveying equipment . With the increase of the , more and more attentions are paid on it. Soft starter is widely used in the startup of asynchronous electromotor because of its small startup current , the economy of energy sources and reducing mechanical startup impact . Convention
4、al reduced-voltage start methods start up asynchronous electromotor merely by decreasing voltageSo the startup torque is very small and can not fit the request for Armored Face ConveyorBased on the analysis on large power Armored Face Conveyor, and according to the specific requirements of Armored F
5、ace Conveyor , this paper indicates that the variable frequency could be used to realize soft-Start procedure of Armored Face Conveyor. The new method of reducing power supply frequency is proposed in circuit of control system to guarantee high starting torque and small starting current at the start
6、up timeThis kind of drive system uses the power IGBT as main switch, the 16 bit single chip microcomputer 80C196MC as the control unitThe wave form generator can generate directly three phase PWM wave forms by software in the 80C196MC. The IGBT drive circuit uses M57962K-01 driver. The system use co
7、nstant V/F control and low frequency compensation regulationIn this paper，the software，hardware and protected circuit are discussed These designs can make system work more reliably and reach expectant aimKEYWORDS：Armored Face Conveyor ; the soft starter based on variable frequency; variable frequenc
8、y variable speed ; constant VF control ; PWM wave ; 80C196MC 目录摘要1Abstract2目录31绪论11.1刮板输送机基本结构11.2刮板输送机的起动控制要求21.3交流异步电动机起动方式比较31.4论文研究的内容42 刮板输送机变频软起动器硬件电路设计52.1系统硬件电路结构总体设计52.3驱动电路设计92.4检测电路设计112.4.1 转速检测电路设计112.4.2 电流检测及过流保护电路设计122.5保护电路设计132.5.1过压欠压保护电路132.5.2泵升控制电路152.5.3过热保护电路172.5.4 断链保护电路172
9、.5.5 堆煤保护电路192.5.6故障综合处理电路202.6控制电路设计212.6.1选择主控芯片80C196MC212.6.2 80C196MC结构特点212.6.3 80C196MC存储器扩展电路232.6.4 看门狗电路252.7 键盘显示电路272.8 外围输入电路292.9系统供电电源设计303 刮板输送机变频软起动器软件设计323.1刮板输送机起动特点及变频软起动曲线选择323.2变频软起动器的恒压频比控制方式343.3变频软起动器的SPWM产生方式373.4 变频软起动器主程序383.5刮板输送机变频软起动参数设置子程序403.6 基于Harrison曲线的SPWM子程序403
10、.6.1 SPWM波形生成原理与控制算法403.6.2 基于Harrison曲线的SPWM输出程序433.7 A/D 转换子程序443.8堵转自动控制程序474 系统运行484.1变频软启动器运行前参数的整定484.2变频软启动器运行过程48结论54附录 刮板输送机变频软起动器电路图55参 考 文 献56致谢571河南理工大学毕业设计（论文）说明书1绪论1.1刮板输送机基本结构刮板输送机是综采工作面的关键设备，在煤炭生产过程中有无可替代的作用，它的工作情况直接影响井下的生产。工作面刮板输送机主要用来与采煤机、液压支架、顺槽转载机、破碎机和带式输送机配套而实现综采工作面的落煤、装煤、运煤、移溜和
11、顶板支护等工序的机械化。刮板输送机一般适用于018-415m的煤层，并可作为采煤机和刨煤机运行的轨道和安装基础，以及液压支架向前移动的支点。刮板输送机的主要结构如图1-1所示：图1-1 刮板输送机结构图机头部机头部是由机头架、链轮、减速器、盲轴、联轴器和电动机组成，它是将电动机的动力传递给刮板链的装置。机尾部机尾部分为有驱动装置的和无驱动装置的两种。图1-1所示为有驱动装置的机尾部，因机尾不需要卸载高度，除了机尾架与机头架有所不同外，其他部件与机头部相同。中部槽与附属部件中部槽是刮板输送机的机身，由槽帮钢和中板焊接而成，上槽是装运物料的承载槽，下槽底部敞开供刮板链返程用。刮板链刮板链由链条和刮
12、板组成，是刮板输送机的牵引构件，刮板的作用是刮推槽内的物料。目前使用的有中单链、中双链和边双链三种。刮板的间距，由所运物料的性质、块度和安装倾角确定。刮板链切人物料的阻力应大于物料在槽内移动的阻力。紧链装置刮板链安装时，要给予一定的预紧力，使它运行时在张力最小点不发生链条松弛或堆积。推移装置推移装置是在采煤工作面内将刮板输送机向煤壁推移的机械。综采工作面使用液压支架上的推移千斤顶，非综采工作面用单体液压推溜器或手动液压推溜器。1.2刮板输送机的起动控制要求综采工作面刮板输送机工作条件恶劣，存在停车的随时性。刮板输送机链条刮板运动的静摩擦力很大，特别是刮板输送机停机后，还有片帮煤给输送机加载产生
13、“压溜”，造成设备难起动。井下又受到了电网容量的限制、空间限制、同时又处于爆炸性气体与煤尘的环境中，使解决井下大型运输设备的重载难起动问题更加艰难。刮板输送机的起动控制有以下要求：（1）尽可能小的起动电流，以减少对电网的冲击、减少电机发热和供电系统的影响。（2）由于刮板输送机起动初始为吸收间隙的空载运动，要求电机此时转矩要小，速度要慢；由静止转为运动时，要求电动机有足够大的转矩来克服静摩擦阻力，并且能有平稳提升的起动转矩和符合要求的机械特性曲线，逐步加速；克服静摩擦后，负载会明显减少，此时电机的力矩提升又相对变慢，这样才可实现平稳起动。1.3交流异步电动机起动方式比较交流感应电机直接起动是直接
14、给电机加额定电压，起动速度快，但危害大。首先，直接起动时的起动电流可达额定电流的47倍，造成电网电压跌落，对电网的冲击很大；其次，直接起动产生的过大冲击转距往往使电动机转子笼条、端环断裂，定子端部绕组绝缘磨损、击穿或转轴扭曲等，从而影响电机的寿命，同时，过大的冲击力会造成传动的其他设备非正常的磨耗和老化，影响设备精度。随着科学技术的发展，多种技术应用于软起动领域，出现了许多新型的软起动产品，它们具有控制方式灵活简便、对系统冲击小、控制元件不易损坏及维护方便等诸多优点，现已逐步取代传统的控制装置。下面就几种软起动方式做一些分析比较。（1）传统起动方式 电动机传统起动方式有自耦减压、Y减压、串电抗
15、器减压等。其优点是控制线路简单、前期投入成本低、维护方便。传统起动方式缺点是：对电网的冲击大，影响电网供电质量；对机械设备冲击大，降低设备使用寿命；容易导致电气故障，同时变压器容量要求较大。（2）晶闸管调压软起动晶闸管调压软起动器采用大功率可控硅作主回路开关元件，通过改变可控硅的导通角来实现电动机电压的平稳升降和无触点通断，起动电流可以限制到电机额定电流的175到500。晶闸管调压软起动实质上也是一种降压起动，与传统的降压起动不同之处在于电压并非突变，而是利用无触点电子开关器件控制电压的平稳上升。（3）变频软起动方式 变频起动也是一种软起动，是交流异步电动机理想的起动方式。它既具有软起动的特点又可在电机正常运行时调整频率。它把电力配电网50Hz恒定频率的交流电变成可调频率的交流电，供普通的交流异步电动机作电源用。由于变频器采用电压频率按比例平滑上升的控制方式，能提供低频起动转矩，有利于电动机平稳起动，且可控制起动速度，是一种真正的平滑软起动方式。同时它保持了电动机的硬机械特性，与其他起动方式相比，起动电流小而起动转矩大，对设备无冲击力矩，既不影响其他设备的运行，又有较理想的起动特性。通过综合研究比较上述起动
