專利名稱：一種用于電動挖掘機的交流變頻電氣控制裝置的制作方法
專利說明
一、技術(shù)領(lǐng)域本實用新型屬于電動機的速度或轉(zhuǎn)矩的控制裝置。尤其是涉及一種用于控制直流和交流電動機的組合裝置。
二背景技術(shù)：
目前，在國內(nèi)露天礦山一般用電動挖掘機(電鏟)作為采剝、裝載礦石的設(shè)備。這種設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)多采用高壓交流原動機—直流發(fā)電機組勵磁控制方式，該系統(tǒng)中間繼電器多、故障率高。另由于電動挖掘機(電鏟)的挖土機特性，使系統(tǒng)常處于過流運行狀態(tài)，磁場調(diào)節(jié)難以控制，經(jīng)常造成發(fā)電機過載而燒壞的現(xiàn)象。該系統(tǒng)還存在著電能損耗大、噪音大、維護工作量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)作業(yè)率低的缺點。
在電動挖掘機上用全數(shù)字化電氣控制系統(tǒng)取代交流原動機—直流發(fā)電機組(CN 02279548.0)是一大技術(shù)進步，它克服了高壓交流原動機—直流發(fā)電機組勵磁控制方式所存在的諸多缺點，采用晶閘管整流電路直接驅(qū)動各機構(gòu)直流電動機，用PLC可編程控制器替代中間繼電器控制，在節(jié)能、維護、生產(chǎn)等方面所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益明顯提高。但是，采用晶閘管整流電路產(chǎn)生高次諧波分量會對電網(wǎng)產(chǎn)生一定程度的危害，如果整流負載過大還須有抑制諧波分量的措施；其次由于直流電動機結(jié)構(gòu)上的原因，存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜和換向火花、需要定期更換電刷和換向器、維護保養(yǎng)困難、壽命較短等缺點。
三
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的任務(wù)是提供一種壽命長、結(jié)構(gòu)簡單、易于保養(yǎng)和維護、工作可靠、生產(chǎn)作業(yè)率高、噪音小、能大幅提升電氣控制水平和挖掘機的整體性能的交流變頻電氣控制裝置。
為實現(xiàn)上述任務(wù)，本實用新型所采用的技術(shù)方案是其由供電系統(tǒng)、交流變頻驅(qū)動系統(tǒng)、高速現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)組成；供電系統(tǒng)直接為交流變頻驅(qū)動系統(tǒng)供電，控制和操作均由高速現(xiàn)場控制總線系統(tǒng)完成。
供電系統(tǒng)的電源由高壓電纜通過高壓控制柜進入整流變壓器進行整流變壓。高速現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)由操作室、遠程I/O站、人機界面、嵌入式操作及通訊系統(tǒng)、串行通訊接口組成。
交流變頻驅(qū)動系統(tǒng)包括開斗系統(tǒng)交流變頻裝置、回轉(zhuǎn)行走系統(tǒng)交流變頻裝置、推壓系統(tǒng)交流變頻裝置、提升系統(tǒng)交流變頻裝置。這些交流變頻裝置均由數(shù)字操作盒、控制運算與檢測保護電路、功率回路組成。其中的功率回路由變頻電路和電源回饋電路組成。
交流變頻裝置的提升裝置、交流變頻裝置的推壓裝置采用回饋制動方式，交流變頻裝置的開斗裝置采用力矩控制方式。
由于采用上述技術(shù)，本實用新型的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)需要的硬件接線較傳統(tǒng)模式大為減少，交流變頻裝置與直流驅(qū)動裝置相比結(jié)構(gòu)簡單、控制精度高、能有效地抑制高次諧波對電網(wǎng)的危害，而交流電機和直流電機相比具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、能耗小、易于保養(yǎng)和維護、價格便宜、故障率低，無換向火花存在的特點?？傊?，本實用新型使系統(tǒng)的可靠性得到了極大的提高，能大幅提升電氣控制水平和挖掘機的整體性能。
另外在總線的平臺上還可預(yù)留有TCP/IP以太網(wǎng)接口，用于將來的遠程故障診斷，可為遠在現(xiàn)場的設(shè)備進行故障分析和在線處理，為設(shè)備的維護和故障處理帶來了方便。
本實用新型不僅適用電動挖掘機(電鏟)，還可適用于類似的控制裝置。
四

圖1是本實用新型的示意圖；圖2是本實用新型的交流變頻裝置示意圖。
五具體實施方式
在電力電子的其他領(lǐng)域里，交流調(diào)速已經(jīng)取代直流調(diào)速而成為了主流技術(shù)。因此，人們希望在電動挖掘機上能夠用可調(diào)速的交流變頻電動機來代替直流電動機，用減少硬件接線并可與智能化設(shè)備組合起來的高速現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)，通過控制與算法軟件以軟件替代硬件的方法實現(xiàn)電動挖掘機的自動控制，以減少故障點和維護工作量、提高控制精度和效率。特別是在一些大斗容的挖掘機上可以大幅提升電氣控制系統(tǒng)的水平，提高挖掘機的整體性能。
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
，對本實用新型如何實現(xiàn)其目標(biāo)做進一步的描述本實用新型如圖1所示，它由供電系統(tǒng)、交流變頻驅(qū)動系統(tǒng)、高速現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)組成；供電系統(tǒng)直接為交流變頻驅(qū)動系統(tǒng)供電，控制和操作均由高速現(xiàn)場控制總線系統(tǒng)完成。
供電系統(tǒng)的電源由高壓電纜[1]通過高壓控制柜[2]進入整流變壓器[3]進行整流變壓。
高速現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)由操作室[12]、遠程I/O站[11]、人機界面[10]、嵌入式操作及通訊系統(tǒng)[5]、串行通訊接口[4]組成。
交流變頻驅(qū)動系統(tǒng)包括開斗系統(tǒng)交流變頻裝置[6]、回轉(zhuǎn)行走系統(tǒng)交流變頻裝置[7]、推壓系統(tǒng)交流變頻裝置[8]、提升系統(tǒng)交流變頻裝置[9]。交流變頻驅(qū)動系統(tǒng)的交流變頻裝置[6]、[7]、[8]、[9]均由數(shù)字操作盒[17]、控制運算與檢測保護電路[16]、功率回路[15]組成。功率回路[15]由變頻電路[13]和電源回饋電路[14]組成。
交流變頻裝置的提升裝置[9]、交流變頻裝置的推壓裝置[8]采用回饋制動方式，交流變頻裝置的開斗裝置[6]采用力矩控制方式。
用交流變頻器取代原電動挖掘機上交流原動機—直流發(fā)電機組，取消了原各機構(gòu)的控制裝置。由供電系統(tǒng)直接為交流變頻器供電，所有的控制和操作由高速現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)完成。
全數(shù)字化交流變頻裝置中的開斗裝置[6]、回轉(zhuǎn)行走裝置[7]、推壓裝置[8]、提升裝置[9]如圖2所示，均由數(shù)字操作盒[17]、功率回路(主電路)[15]、控制運算與檢測保護回路[16]組成。其中，功率回路[15]由變頻電路[13]和電源回饋電路[14]組成，通過改變交流電源的頻率控制交流電機，功率回路[15]具有回饋制動和抑制高次諧波分量的功能，控制運算與檢測保護回路[16]由主控制電路、主電路驅(qū)動電路、信號檢測電路、保護電路和外部接口電路組成。主控電路微處理器是通過A/D、D/A等接口電路將外部接口電路送來的各種檢測信號和參數(shù)設(shè)定值，利用事先編制好的算法軟件進行處理并為其他的部分提供必要的控制信號和顯示信息。
全數(shù)字化交流變頻裝置的提升裝置[9]、推壓裝置[8]采用回饋制動方式；全數(shù)字化交流變頻裝置的開斗裝置[6]采用力矩控制方式。
所有的控制和操作由操作室[12]、人機界面[11]通過遠程I/O站[10]、嵌入式操作及通訊系統(tǒng)[5]、串行通訊口[4]及其中控制與算法軟件來完成。不需要任何中間過程，以提高抗擾動性。
采用全數(shù)字化交流變頻器取代原電動挖掘機上交流原動機—直流發(fā)電機組，分別給電鏟提升裝置[9]、推壓裝置[8]、行走回轉(zhuǎn)裝置[7]、開斗裝置[6]供電。取消了原機組的能量從電—機—電的轉(zhuǎn)化過程和空載待機過程，其節(jié)能率達到22％以上。新系統(tǒng)取消了原各機構(gòu)的調(diào)節(jié)電阻，使室內(nèi)噪聲及溫度大大降低，極大地改善工人的生產(chǎn)環(huán)境。全部的操作與控制由控制與算法軟件[5]、[4]來完成、控制與算法軟件以軟件替代硬件控制的方式取代了繼電控制系統(tǒng)，電路更簡單，控制更可靠，故障率大大降低。
現(xiàn)場總線系統(tǒng)所需的硬件接線較傳統(tǒng)模式大為減少，設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳輸采用通訊方式，而交流電機和直流電機相比結(jié)構(gòu)簡單、堅固，工作可靠，不存在換向火花、易于保養(yǎng)和維護，因此，系統(tǒng)的可靠性得到了極大的提高。
權(quán)利要求1.一種用于電動挖掘機的電氣控制裝置，其特征在于由供電系統(tǒng)、交流頻驅(qū)動系統(tǒng)、高速現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)組成；供電系統(tǒng)直接為交流變頻驅(qū)動系統(tǒng)供電，控制和操作均由高速現(xiàn)場控制總線系統(tǒng)完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電動挖掘機的電氣控制裝置，其特征在于所述的供電系統(tǒng)的電源由高壓電纜[1]通過高壓控制柜[2]進入整流變壓器[3]進行整流變壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電動挖掘機的電氣控制裝置，其特征在于所述的高速現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)由操作室[12]、遠程I/O站[11]、人機界面[10]、嵌入式操作及通訊系統(tǒng)[5]、串行通訊接口[4]組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電動挖掘機的電氣控制裝置，其特征在于所述的交流變頻驅(qū)動系統(tǒng)包括開斗系統(tǒng)交流變頻裝置[6]、回轉(zhuǎn)行走系統(tǒng)交流變頻裝置[7]、推壓系統(tǒng)交流變頻裝置[8]、提升系統(tǒng)交流變頻裝置[9]。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于電動挖掘機的電氣控制裝置，其特征在于所述的交流變頻驅(qū)動系統(tǒng)的交流變頻裝置[6]、[7]、[8]、[9]均由數(shù)字操作盒[17]、控制運算與檢測保護電路[16]、功率回路[15]組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于電動挖掘機的電氣控制裝置，其特征在于所述的功率回路[15]由變頻電路[13]和電源回饋電路[14]組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于電動挖掘機的電氣控制裝置，其特征在于所述的交流變頻裝置的提升裝置[9]、交流變頻裝置的推壓裝置[8]采用回饋制動方式，交流變頻裝置的開斗裝置[6]采用力矩控制方式。
專利摘要本實用新型屬于電動機的速度或轉(zhuǎn)矩的控制裝置。尤其是涉及一種用于控制直流和交流電動機的組合裝置。它由供電系統(tǒng)、交流變頻驅(qū)動系統(tǒng)、高速現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)組成。高速現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)由操作室[12]、遠程I/O站[11]、人機界面[10]、嵌入式操作及通訊系統(tǒng)[5]、串行通訊接口[4]組成。交流變頻驅(qū)動系統(tǒng)包括開斗裝置[6]、回轉(zhuǎn)行走裝置[7]、推壓系裝置[8]、提升裝置[9]，交流變頻驅(qū)動系統(tǒng)的[6]、[7]、[8]、[9]均由數(shù)字操作盒[17]、控制運算與檢測保護電路[16]、功率回路[15]組成。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、壽命長、易于保養(yǎng)和維護、生產(chǎn)作業(yè)率高、噪音小、能大幅提升電氣控制水平和挖掘機的整體性能的電氣控制裝置。
文檔編號H02P3/18GK2629340SQ0325411
公開日2004年7月28日 申請日期2003年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月21日
發(fā)明者莫建民, 劉惠康 申請人:武漢科技大學(xué)