【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 額定值不變。下面分兩種情況說(shuō)明:這是考慮從基頻(電動(dòng)機(jī)額定頻率AN)向下調(diào)速的情況，為了保持電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力， 應(yīng)保持氣隙主磁通Φm不變， 這就要求降 低供電頻率的同時(shí)降低感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，保持E1/ f1 = 常數(shù)， 即保持電動(dòng)勢(shì)和頻率之比為常數(shù)進(jìn)行控制。 這種控制又稱為恒磁通變頻調(diào)速，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。但是，E1難于檢測(cè)和直接控制。當(dāng)El和f1值較高時(shí)，定子的漏阻抗壓降相對(duì)比較小，如果忽略不計(jì)，則可以近似的保持定子相電壓U1和頻率f1的比值為常數(shù)即可。這就是恒壓頻比，是近似的恒磁通控制。當(dāng)頻率較低時(shí)，U1和E1都變小， 定子漏阻抗壓降(主要是定子電阻壓降)不能再忽略,這種情況下，可以適當(dāng)?shù)奶岣叨ㄗ与妷阂?補(bǔ)償定子電阻壓降的影響,使氣隙磁通基本保持不變， 。這是考慮由基頻開(kāi)始向上調(diào)速的情況，頻率由額定值. f 1N向上增大，但電壓U1受額定電 壓U1N的限制不能再升高，只能保持U1 =U1N不變。必然會(huì)使主磁通隨著f1的上升而減小，相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速的情況，屬于近似的恒功率調(diào)速方式。綜合兩種情況，異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的基本控制方式如圖22所示，為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)，低頻調(diào)速時(shí)通過(guò)電壓補(bǔ)償?shù)姆绞絹?lái)保持恒轉(zhuǎn)矩。 圖22 異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)的控制特性第三節(jié) 變頻調(diào)速控制方式分類在變頻調(diào)速領(lǐng)域，異步電機(jī)的控制方式多種多樣，但從轉(zhuǎn)矩的響應(yīng)性和過(guò)渡特性來(lái)看，變頻調(diào)速的控制方式分為以下幾種:①U/F控制U/F控制是交流電機(jī)最簡(jiǎn)單的一種控制方法，通過(guò)控制過(guò)程中始終保持U/F為常數(shù)，來(lái)保證轉(zhuǎn)子磁通的恒定。然而U/F控制是一種開(kāi)環(huán)的控制方式，速度動(dòng)態(tài)特性較差，電機(jī)轉(zhuǎn)矩利用率低，控制參數(shù)(如加/減速度等)還需要根據(jù)負(fù)載的不同來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，特別是低速時(shí)由于定子電阻和逆變器等器件開(kāi)關(guān)延時(shí)的存在，系統(tǒng)可能會(huì)發(fā)生不穩(wěn)定現(xiàn)象。這種控制方式多用于調(diào)速精度不高的場(chǎng)所。②轉(zhuǎn)差頻率控制轉(zhuǎn)差頻率控制是檢測(cè)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，對(duì)轉(zhuǎn)差頻率采取閉環(huán)控制。與U/F控制相比，調(diào)速精度要求較高，且系統(tǒng)容易穩(wěn)定，即能在寬廣的調(diào)速范圍內(nèi)，將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、功率因數(shù)及效率控制在最佳狀態(tài)。但是采用此法的電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)只能是單機(jī)運(yùn)行，同時(shí)轉(zhuǎn)差頻率控制未能實(shí)施對(duì)電機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩的閉環(huán)控制，盡管這種系統(tǒng)的靜態(tài)精度較高，但由于快速性較差，故適用于對(duì)響應(yīng)的快速性要求不高的系統(tǒng)。③矢量控制矢量控制是一種建立在轉(zhuǎn)子磁鏈定向的基礎(chǔ)上，通過(guò)一系列的坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)電機(jī)定子電流轉(zhuǎn)矩分量和磁通分量的解藕的控制方法，可以將作為控制對(duì)象的感應(yīng)電機(jī)當(dāng)作直流電機(jī)來(lái)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩的控制。目前，實(shí)用中多采用轉(zhuǎn)差頻率矢量控制，由于其沒(méi)有實(shí)現(xiàn)直接磁通的閉環(huán)控制，無(wú)需檢測(cè)出磁通，因而容易實(shí)現(xiàn)。但是其控制器的設(shè)計(jì)在某種程度上依賴于電機(jī)的參數(shù)，為了減少控制上對(duì)電機(jī)參數(shù)的敏感性，已經(jīng)提出了許多參數(shù)辨識(shí)、參數(shù)補(bǔ)償和參數(shù)自適應(yīng)方案，收到了較好的效果。④直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)也是一種轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制方法，其克服了坐標(biāo)變換和解禍運(yùn)算的復(fù)雜性，直接對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，通過(guò)轉(zhuǎn)矩誤差、磁通控制誤差，按一定的原則選擇逆變器開(kāi)關(guān)狀態(tài)，控制施加在定子端的三相電壓，調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出功率，達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。由于DTC直接著眼于轉(zhuǎn)矩控制，對(duì)轉(zhuǎn)子參數(shù)變化表現(xiàn)為狀態(tài)干擾而非參數(shù)干擾，DTC方法比矢量控制方法具有較高的魯棒性。但是DTC也存在不足之處，其最大的困難就在于低速性能不理想。異步電動(dòng)機(jī)用變頻器傳動(dòng)的方塊圖，如圖23所示，變頻器由變流器、平滑電路、逆變器、控制器四大部分組成，變流器將交流電變?yōu)橹绷麟?，平滑電路將此直流電平滑后，由逆變器將它變換為頻率可調(diào)的交流電，向電動(dòng)機(jī)提供電壓、電流和頻率。圖23 變頻器的基本結(jié)構(gòu)第四節(jié) 變頻器按中間直流環(huán)節(jié)方式分類電流型變頻器當(dāng)交直交變壓變頻裝置的中間直流環(huán)節(jié)采用大電感濾波時(shí)，直流電流波形比較平直，因而電源內(nèi)阻抗很大，對(duì)負(fù)載來(lái)說(shuō)基本上是一個(gè)電流源，輸出交流電流是矩形波或階梯波，這類變頻裝置叫做電流源型變頻器。有的交交變頻裝置用電 抗器將輸出電流強(qiáng)制變成矩形波或階梯波，具有電流源的性質(zhì)，它也是電流源型變頻器。這種電流源型變頻器，其逆變器中的晶閘管每個(gè)周期工作1200 ，屬于1200導(dǎo)電型。電流源型變頻器一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于再生狀態(tài)時(shí)，反饋到直流側(cè)的再生電能可以方便的回懊到交流電網(wǎng)，不需要主回路中附加任何設(shè)備，只要利用網(wǎng)側(cè)的可逆變流器改變其輸出電壓極性即可，這種電流型變頻器有制動(dòng)發(fā)電能力，又能設(shè)置電流環(huán)提高承載能力，適合需要快速減速和調(diào)速范圍寬的場(chǎng)合，適配大功率電機(jī)，國(guó)內(nèi)單機(jī)容量可達(dá)12000KW，國(guó)外達(dá)數(shù)萬(wàn)K W級(jí)。 電壓型變頻器在交直交變壓變頻裝置中，當(dāng)中間直流環(huán)節(jié)采用大電容濾波時(shí)，直流電壓波形比較平直，在理想情況下是一個(gè)內(nèi)阻抗為零的恒壓源，輸出交流電壓是矩形波或階梯波，這類變頻裝置叫做電壓源型變頻器。一般的交直交變壓變頻裝置雖然沒(méi)有濾波電容，但供電電 源的低阻抗使它具有電壓源的性質(zhì)，也屬于電壓源型變頻器。對(duì)負(fù)載電動(dòng)機(jī)而言，變頻器是一個(gè)交流電壓源，在不超過(guò)電壓容量的情況下可以驅(qū)動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，具有不選擇負(fù)載的通用性。中小功率變頻器通常采用電容濾波即電壓型變頻器。逆變器開(kāi)關(guān)器件己由晶閘管 （SC R)、功率晶體管 （GTR)，發(fā)展到絕緣柵雙極型晶體管 (IGBT)，以至智能型功率模塊 (IPM)，集成門(mén)極換流晶閘管 (IGCT)等。第三章：系統(tǒng)設(shè)計(jì)第一節(jié) 提升機(jī)電控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)獨(dú)特的地理環(huán)境和構(gòu)造給礦井主電路設(shè)計(jì)和維護(hù)帶來(lái)諸多不便，本設(shè)計(jì)中我們用P L C實(shí)現(xiàn)各種故障保護(hù)和對(duì)繼電器I/O口觸點(diǎn)的控制，大大節(jié)約了人力物力財(cái)力，使維護(hù)變得安全可靠。來(lái)自系統(tǒng)各部分的保護(hù)信號(hào)直接引入到 P L C中， P L C將其處理后分為立即施閘、終端施閘、電氣制動(dòng)和報(bào)警四類，根據(jù)不同故障控制閘控系統(tǒng) ， 控制聲光報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警，并送監(jiān)視器顯示故障類型。由保護(hù) P L C根據(jù)系統(tǒng)的安全要求，構(gòu)成軟件安全回路。還將由編碼器信號(hào)經(jīng)軟件計(jì)算后處理成罐籠在井筒中的在線速度， 進(jìn)行后備位置、 速度保護(hù)?；赑LC控制的大功率礦井提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)由動(dòng)力裝置、變頻器、操作臺(tái)和控制監(jiān)視系統(tǒng)組成，系統(tǒng)框圖各部分功能如下：動(dòng)力裝置：包括主電機(jī)、電源模塊、制動(dòng)器和底座，完成人、物、料的運(yùn)輸任務(wù)。主電機(jī)通過(guò)減速器向卷筒提供牽引所需的動(dòng)力；變頻調(diào)速器：是動(dòng)力裝置的能量供給單元，通過(guò)它可將輸入工頻電能轉(zhuǎn)換成頻率可調(diào)的電能提供給交流電動(dòng)機(jī)，以達(dá)到控制交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。操作臺(tái)：操作臺(tái)設(shè)置兩個(gè)手柄，分別用于速度輔助給定及制動(dòng)力給定。它是整個(gè)礦井提升機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)的控制核心，通過(guò)它可以設(shè)定系統(tǒng)的工作方式和控制方式，可以發(fā)布系統(tǒng)的各種控制命令，以實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)啟動(dòng)、加速、平穩(wěn)運(yùn)行、減速、停車以及緊急制動(dòng)等各種控制功能?？刂票O(jiān)視系統(tǒng)：是操作人員和控制系統(tǒng)及運(yùn)輸系統(tǒng)之間的橋梁，它可以在線監(jiān)測(cè)提升機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)的各種工作參數(shù)、工作狀態(tài)、故障參數(shù)和故障狀態(tài)。第二節(jié) PLC外圍硬件設(shè)計(jì)一 、電源回路電源部分采用雙回路供電模式，電源柜主要是給變頻柜和動(dòng)力柜供電，同時(shí)用來(lái)進(jìn)行過(guò)流保護(hù)和電壓、電流測(cè)量。并且將操作臺(tái)中的主電源上電開(kāi)關(guān)串入變頻柜送電斷路器的失壓脫扣線圈中，用來(lái)實(shí)現(xiàn)緊急停車。供電主回路示意圖如圖31所示。圖31 主電路回路圖動(dòng)力柜主要是給油泵、風(fēng)機(jī)和操作臺(tái)供電，同時(shí)具有斷相、缺相、過(guò)流保護(hù)和電機(jī)過(guò)熱保護(hù)。其中油泵有:制動(dòng)油泵兩個(gè)，潤(rùn)滑油泵兩個(gè)。操作臺(tái)采用UPS電源供電。操作臺(tái)電源供電方式，如圖32所示，從動(dòng)力柜來(lái)的AC220V電在操作臺(tái)中經(jīng)斷路器分六路供電，分別給兩套PLC電源模塊供電、給數(shù)顯儀表供電、給開(kāi)關(guān)電源(AC220V輸入，DC24V輸出)、給可調(diào)閘線性電源供電。其中:開(kāi)關(guān)電源分別給DC24V回路、液壓站電磁閥和現(xiàn)場(chǎng)儀表供電。圖32 操作臺(tái)供電方式二 位置信號(hào)采集及傳感器的信號(hào)采集行程開(kāi)關(guān)的設(shè)置(1)深指器(如圖33(a)所示)上一共安裝七個(gè)行程開(kāi)關(guān)，依次分別是:上過(guò)卷開(kāi)關(guān)、上終端開(kāi)關(guān)、減速點(diǎn)開(kāi)關(guān)、上井口開(kāi)關(guān)、下終端開(kāi)關(guān)、下過(guò)卷開(kāi)關(guān)、下井口開(kāi)關(guān)。其中上過(guò)卷開(kāi)關(guān)，減速點(diǎn)開(kāi)關(guān)，上下井口開(kāi)關(guān)分別接常閉觸點(diǎn)引入操作臺(tái)中。(2)輥筒(如圖33(b)所示)出繩口附近也安裝一個(gè)行程開(kāi)關(guān)，用來(lái)檢測(cè)松繩(延時(shí)85)，輥筒離合器附近安裝三個(gè)行程開(kāi)關(guān)，分別用做檢測(cè)離合器分、合狀態(tài)和調(diào)繩閉鎖。 圖33 深指器和輥筒(3)室外井架上安裝兩上終端開(kāi)關(guān)，兩個(gè)過(guò)卷開(kāi)關(guān)，兩個(gè)極限過(guò)卷開(kāi)關(guān)。外接線時(shí)用防爆接線盒與電纜對(duì)接。圖34 井架及井筒行程開(kāi)關(guān)的設(shè)置在左右裝卸位置安一個(gè)，，作為上下極限過(guò)卷開(kāi)關(guān)。(4)井筒中包括井架上安裝6個(gè)防爆磁開(kāi)關(guān)(一般為常開(kāi)帶記憶型的)。分別在如下位置安裝:在左右爬行入口處各安一個(gè)，作為上下井口開(kāi)關(guān)在左右減速開(kāi)始點(diǎn)位置各安一個(gè)，作為上下減速點(diǎn)開(kāi)關(guān)在左右減速點(diǎn)開(kāi)關(guān)前5米各安一個(gè)，作為上下深度校正開(kāi)關(guān)。如圖34所示。傳感器的安裝傳感器的設(shè)置主要是針對(duì)液壓站和潤(rùn)滑站兩部分。液壓站的主要作用是:可以為盤(pán)式制動(dòng)器提供不同的油壓值的壓力油，以獲得不同的制動(dòng)力矩。在事故狀態(tài)下，可以使制動(dòng)器的油壓迅速降到預(yù)選設(shè)定的某一值P。級(jí)，經(jīng)過(guò)沿時(shí)后制動(dòng)器的全部油壓迅速回到零，使制動(dòng)器達(dá)到全制動(dòng)狀態(tài)。 圖35 液壓站及潤(rùn)滑站A液壓站部分(如圖35(a)所示)所需傳感器壓力傳感器兩個(gè)、溫度傳感器一個(gè)、電接點(diǎn)壓力表一塊、電接點(diǎn)溫度表一塊，為防止壓力油過(guò)熱或者上凍在液壓站安裝電加熱器一個(gè)(在操作臺(tái)上加裝手動(dòng)啟停按鈕)、風(fēng)冷卻器一個(gè)(在操作臺(tái)上加裝手動(dòng)啟停按鈕)。B潤(rùn)滑站部分(如圖35(b)所示)所需傳感器壓力傳感器一個(gè)、溫度傳感器一個(gè)、電接點(diǎn)壓力表一塊、電接點(diǎn)溫度表一塊，為防止?jié)櫥瓦^(guò)熱或者上凍在潤(rùn)滑站安裝電加熱器一個(gè)(在操作臺(tái)上加裝手動(dòng)啟停按鈕)、冷卻水泵一臺(tái)(在操作臺(tái)上加裝手動(dòng)啟停按鈕)。編碼器輸入及隔離電路共四個(gè)編碼器，分別安裝于電機(jī)軸、深指器軸、天輪，主要用于采集速度、深度的電平信號(hào):電機(jī)軸頭安裝旋轉(zhuǎn)編碼器一個(gè)360P/r；輥筒主軸安裝旋轉(zhuǎn)編碼器一個(gè)5000P/r或3000P/r；天輪處安裝旋轉(zhuǎn)編碼器兩個(gè)1000P/r；深指器絲桿上安裝兩套霍爾傳感器上述電平信號(hào)輸送到操作臺(tái)需要通過(guò)信號(hào)分配器分配，分別進(jìn)入兩套PLC模塊和控制回路中。信號(hào)隔離電路原理如圖36。圖36(a)中的旋轉(zhuǎn)編碼器為NPN型，圖