DTC控制技术在电铲车中的应用
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【摘 要】随着现代工业化进程的发展，对于露天矿开采中的主要设备电力挖掘机（ 电铲） ，提出了更高效率和节能的要求，本文针对目前我国电铲应用现状，设计了一套基于dtc 控制的全数字化交流调速系统，通过对其各传动单元特性曲线分析比较，有效地解决了传动系统对电铲运行可靠性的影响，降低了设备成本和能耗，极大地提高了设备的工作效率。
目前，工业发达国家已广泛应用交流变频调速于钢铁、有色冶金、石油、化工、纺织、电力、机械、轻工和造纸等行业传动领域。在露天开采设备，如拉铲和单斗挖掘机等设备上使用交流变频调速技术，除了其具有卓越的调速性能外，还有非常显著的节电效果，是矿山设备技术改造和产品更新换代的理想设备。本文主要论述了新型的交流变频技术在电力挖掘机（ 电铲） 中的应用。
1 DTC 技术的原理
DTC 直接转矩控制是继矢量变换控制后，在交流调速领域中出现的一种新型调速技术，在逆变器的开关状态最佳状态时产生PWM 信号，以获得高动态的转矩性能。电源输出电压反馈值Uf与基准电压值Ug比较。放大后得到误差电压Ue。该误差电压经过与锯齿波发生器产生的锯齿波信号电压进行比较，从而产生了占空比变化的矩形波驱动波形。直接转矩控制不需要矢量控制中的解耦和复杂的矢量坐标变换，而是将转子磁通定向更换为定子磁通定向，通过实时检测电机定子电压和电流，计算转矩和磁链的幅值，并分别与转矩和磁链的给定值比较所得差值来控制定子磁链的幅值以及该矢量相对于转子磁链的夹角，由转矩和磁链调节器直接输出所需的空间电压矢量，从而达磁链和转矩直接控制的目的。直接转矩控制结构简单，受电机参数变化影响小，能够获得极佳的动态性能。
2 系统硬件
直接转矩控制硬件系统输入电压为三相交流电，经过交―直―交整流逆变后，变为频率可变的三相电。逆变器由6 个IGBT 桥电路组成，其中每个IGBT 都采用RC 阻容缓冲吸收脉冲尖波。直流母线上并联的耗能电阻和IGBT 构成了泵升抑制电路，电路将检测整流后母线电压并与电压限幅值相比较，在泵生电路中产生用于控制IBGT 导通和关断的控制信号，以保护整个系统强电电路的安全。弱电电路包括：模拟量检测模块、保护模块、通信模块、IGBT 驱动模块、D/A 输出模块、测速模块等。系统电路供电均有单独辅导电源开关提供，供电稳定、强弱电分离、抗干扰能力强。
3 软件部分
图1 所示为系统主程序流程图，主流程图说明了整个系统流程的运行架构，包括PLC 初始化、运行环境定义、A/D 转换等功能。其中，封锁驱动输出命令是保证在系统初始化时防止IGBT 的误动作而进行的PWM 通道关闭处理；PLC 初始化是对程序中所用到的各种参数进行必要的初始恢复设定，包括寄存器、常量、变量、A/D模块、符号扩展等状态位的定义等；A/D 转换是对电压、电流的实时检测；PWM 波形生成是指PWM 模块根据A/D 转换结果结合最优开关表生成IGBT 开关状态信号；故障检测是对内外部故障中断的检测与判断，并根据检测结果将程序转至相应的中断服务子程序。
图1 系统主程序流程 图2 系统驱动信号生成流程图
图2 所示为系统驱动信号生成流程图，程序分为2 个部分：首先是对电机三相定子电流和定子电压进行检测，实时检测的对比数据结果经过A/D 转换模块进行转换；对A/D 转换结果进行坐标变换，将电流、电压分量经过各种算法生成电压矢量进行准确的IGBT 驱动。软件部分的软件控制任务主要完成以下几方面的内容：
（1）对异步电机定子电压和电流进行实时数据采样，完成A/D 转换。（2）根据检测到的模拟量，通过估计算法完成磁链的观测和速度估算。（3）根据直接转矩控制理论，通过最优开关表确定逆变器6 个IGBT 模块的开关状态并生成PWM脉冲。（4）检测并判别系统故障，及时做出中断处理。
4 结语
本套控制系统采用交流变频电动机，从根本上解决了电气传动系统对挖掘机运行可靠性的影响，大大提高了设备的完好率及生产效率，并降低维护工作量和维修费用。该系统已经投运到国内一些大型的露天矿厂，从实际运用看系统动态响应快、定位准确且运行稳定，能够满足电铲工况要求。
参考文献：
[1] 李亚武，王挺.电铲控制技术的创新[J].中国科技信息，2011（22）.
[2] 杜座军.395B电铲推压电机没有驱动故障的原因分析及解决办法[J].内蒙古石油化工，2011（20）.
作者简介：段永照（1987―），男，内蒙古巴彦淖尔人，本科，现就职于内蒙古包钢钢联股份有限公司巴润矿业分公司，研究方向：采矿工程。