矿井提升机电力传动控制虚拟仿真实验

矿井提升机电力传动控制虚拟仿真实验

矿井提升机电力传动控制虚拟仿真实验

简介

本实验基于我校在电力电子与电力传动学科的工程积累，通过虚拟手段，向学生展示完整的工业设计与运行过程，通过对矿井提升系统的控制，在熟悉、掌握电机及拖动技术的同时，掌握自动控制系统构成、参数计算、整定调试的基本方法和基本途径；培养同学能够运用现代工程工具和信息技术工具对复杂电气工程问题进行预测和模拟，并理解其局限性；进一步地，学会分析、解决生产实际过程中出现的问题，以及从工程师职业道德的高度认识工程实际与社会、健康、安全、法律、经济以及文化之间的关系。为今后从事相关的工作奠定一定的实践基础。

矿井提升机是矿山重要的设备，也可以称之为咽喉设备，它作为一个典型的位势力矩负载，要求其拖动电动机在其机械特性的四个象限内频繁周期性地进行启动、制动和反向运行。反映其运行状态的速度图和力图是根据设计的提升能力和安全规程确定的，对其在运行过程中的加速度、减速度以及各运行阶段的行程和最后的停车位置都有精确的要求和严格的限制。因此，提升机（亦称卷扬机)始终是电力拖动与控制的典型应用装置和研究对象。

本实验主要针对矿井提升电力拖动自动控制系统的设备选型确定、控制系统设计、仿真模型设计和验证进行虚拟仿真实验。


图1虚拟仿真实验主页面

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实验登录界面

用户可输入账号密码登入系统进行实验。在虚拟仿真项目评审期间，可直接点击“评估入口”进入实验开始实验，便于进行国家级虚拟仿真教学实验项目专家异地远程评审项目（仅在评审过程期间开放）

图3-1登录界面

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实验介绍界面

点击“登录”，即开始内容，准备实验。

该界面默认在图3-2中标出区域首先出现“项目简介”内容，点击“实验原理”、“教学方案”、“实验过程”、“技术要求”、“项目团队”可切换展示标注区域的内容。


图3-2 项目简介

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实验大厅界面

进入实验后，即看到实验大厅界面。包含“预习模式”、“实验模式”和“考核模式”以及“上传实验报告”按钮，如图3-3所示。


图3-3 实验大厅界面

预习模式

在实验大厅界面，点击“预习模式”，出现如图3-4界面。

预习模式包含：实验指导模块、矿井漫游模块、学习资料模块。


图3-4预习模式界面

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实验指导模块

进入系统时默认出现“实验概述”界面，点击实验指导模块中“实验目的”与“实验要求”按钮，分别出现以下界面。


图3-5实验指导模块界面

矿井漫游模块

点击“主井房”按钮，出现主井房区域三维自动漫游画面，可点击“漫游暂停”按钮，暂停当前自动漫游画面。漫游过程中，可通过鼠标左键操作720°观察三维场景。如图3-6所示。


图3-6 主井房

 点击“副井房”按钮，出现副井房区域三维自动漫游画面，可点击“漫游暂停”按钮，暂停当前自动漫游画面。漫游过程中，可通过鼠标左键操作720°观察三维场景。如图3-7所示。


图3-7副井房

点击“绞车房”按钮，出现绞车房区域三维自动漫游画面，可点击“漫游暂停”按钮，暂停当前自动漫游画面。漫游过程中，可通过鼠标左键操作720°观察三维场景。如图3-8所示。


图3-8绞车房

点击“手动漫游”按钮，出现矿区整体三维画面，漫游过程中，可通过鼠标左键操作720°观察三维场景，通过键盘“Q/W/E/A/S/D”控制画面的前后左右移动以及视角上升与下降，如图3-9所示。


图3-9手动漫游操作按钮

用户可手动漫游前往矿区三维场景任何区域，如图3-10所示。


图3-10手动漫游界面


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学习资料模块

点击设备设施，可查看直流电动机、钢丝绳、提升容器等三维模型及相关文字介绍，如图3-11所示。


图3-11设备设施查看界面

点击“电气元件”按钮，展开菜单，菜单中包含“电抗器”、“功率元器件”、“变压器”等内容，点击任意按钮即可查看相关介绍，如图3-12所示。



图3-12 电气元件查看界面

点击“控制器”按钮，展开菜单，菜单中包含“双闭环控制系统”与“可逆系统”相关介绍，如图3-13所示。


图3-13控制器查看界面

点击“图片资料”按钮，查看实验相关图片资料，如图3-14所示。



图3-14图片资料查看界面

点击“视频资料”按钮，查看实验相关视频资料，其中微课资料可点击链接直接跳转至指定微课网站，如图3-15所示。


图3-15视频资料查看界面


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实验模式

在预习模式界面点击“开始实验”按钮或在大厅界面点击“实验模式”按钮，即可进入实验模式。

1

工程背景参数

进入实验模式后，默认打开“工程背景参数”界面，查看本次实验的基础数据，如图3-16所示。




图3-16工程背景参数



2

设备选取

在左方导航地图（导航栏）界面点击“设备选取”按钮，即可进入开始进行设备选取。

点击“设备选取”按钮后，画面中出现主电路图，点击电路图上红框白底部分，进行设备选型，如图3-17所示。


图3-17设备选取


变压器

 

功率元器件

 

电动机

 

平波电抗器

 

功率元器件

 

表3-1主电路电气符号示意

点击“变压器”按钮，出现变压器选型界面，如图3-18所示。


图3-18变压器选型

点击“功率元器件”按钮，出现功率元器件选型界面，如图3-19所示。


图3-19功率元器件选型

点击“电动机”按钮，出现电动机选型界面，如图3-20所示。


图3-20电动机选型

点击“电动机”按钮，出现电动机选型界面，如图3-21所示。


图3-21平波电抗器选型

3

控制器设计

在左方导航地图（导航栏）界面点击“控制器”按钮，即可进入开始进行控制器设计环节。

点击1区域内电气工程符号移动放置2区域框图位置，全部放置完成后，点击“检查”按钮，确认控制器电路设计是否有误，如图3-22所示。

 若摆放正确，则绿色高亮显示；

 若摆放错误，则红色高亮显示。




图3-22控制系统设计

在左方导航地图（导航栏）界面点击“控制器”菜单中“控制参数设计”按钮，即可进入开始进行控制器参数设计环节，在对应文本框中分别输入“电流环比例系数、电流环积分系数、转速环比例系数、转速环几份系数”。如图3-23所示。


4

仿真模型设计

在左方导航地图（导航栏）界面点击“仿真模型”按钮，即可开始进行仿真模型设计环节，界面中采用绿色闪烁图框为可交互部分，单击即可进入其中进行仿真模型参数设计。如图3-23所示。


图3-23仿真模型设计

点击“速度给定”模块，进入速度给定设计环节，输入完成后，点击“确定”按钮。如图3-24。


图3-24速度给定模块

点击“ASR”模块，进入ASR参数设计环节，输入完成后，点击“确定”按钮。如图3-25。


图3-25ASR模块

点击“ACR”模块，进入ACR参数设计环节，输入完成后，点击“确定”按钮。如图3-26。


图3-26ACR模块

点击“DLC”模块，进入DLC参数设计环节，输入完成后，点击“确定”按钮。如图3-26。


图3-27 DLC模块

点击“平波电抗器”模块，进入平波电抗器参数设计环节，输入完成后，点击“确定”按钮。如图3-28。


图3-28平波电抗器模块

点击“直流电机”模块，进入直流电机参数设计环节，输入完成后，点击“确定”按钮。如图3-29。


图3-29平波电抗器模块

点击“变压器二次侧电压”模块，进入变压器二次侧电压参数设计环节，输入完成后，点击“确定”按钮。如图3-30。


图3-30变压器二次侧电压模块

设备选取、控制器设计、仿真模型设计三个环节完成后，检查整体参数设计是否有误，若无误则点击右下方“开始验证”按钮，进行设计验证环节。

设计验证环节为提升系统整体参数设计的验证过程，验证参数设计是否合理，能否让提升系统正常运行。用户可查看右下方监控系统界面图，观察参数是否正常，若有误则可点击“紧急制动”按钮后再点击“返回自检”修改参数。如图3-31所示。


图3-31验证环节

监控系统界面包含各项参数变化，用户主要可参考监控系统右下方“电动机转速给定速度图、电动机电枢图、DLE封锁信号图、ACR输出控制图、同步电压图、输出脉冲图”。如图3-32所示。




图3-32计算数据

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