【導讀】目前，我國絕大部分礦井提升機采用傳統(tǒng)的交流電控系統(tǒng)。動和調速換擋過程中電流沖擊大；屬于有級調速，調速的平滑性差；低速時機械特性較軟，靜差率較大；故障率高，節(jié)能效果差等。為克服傳統(tǒng)交流繞線轉子異步電動機串電阻調速。護和監(jiān)控，使系統(tǒng)更加安全可靠。

　　

【正文】 變換后形成的，這個假想模型揭示了兩種電動機之間存在的內在聯(lián)系。 交流異步電動機與直流電動機有一個內在的共同性，即直流電動機的主磁場與電樞繞組磁場運行中在空間角上是正交的，交流異步電動機也一樣。差別在于，直流電動機勵磁回路和電樞回路是分離的，能夠分別控制，而交流異步電動機的勵磁電流和轉矩電流卻合成了定子電流矢量，簡單地直接控制定子電流不能實現(xiàn)對轉矩的有效控制。 高性能的變頻調速系統(tǒng)，即矢量控制及直接轉矩控制的調速系統(tǒng)，需要 有準確可靠的速度檢測手段，即轉速傳感器。雖然矢量控制和直接轉矩控制都有無速度傳感器運行模式，但這種模式下的運行性能尤其是動態(tài)性能還是有一定差距，在性能要求特別高的應用中，仍然需要安裝轉速傳感器。 轉速檢測不僅是轉速閉環(huán)控制的反饋信號，也是重要的算法輸入信號，其精度直接影響控制效果，因此，轉速檢測元件要安裝在電動機軸上，不應安裝在減速器從動軸上或者通過機械嚙合裝置安裝，以免齒隙造成的檢測滯后，影響控制效果。轉速檢測的固定方式要使編碼器不跟隨電動機軸旋轉，固定件也不應該有旋轉方向的彈性形變存在，否則，會有很大的 瞬間誤差，也會導致控制性能下降。 由于采用數(shù)字式檢測手段，旋轉脈沖增量編碼器以精度高、線性好的優(yōu)勢逐步取代了測速發(fā)動機，成為轉速檢測的主要元件，而絕對編碼器也成了位置檢測的重要檢測元件。 脈沖編碼器是以旋轉光柵加光電檢測為檢測手段的，其結構精致、體積SS 科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 33 小、精度高，這些都是重要的優(yōu)點，同時，其精巧結構也給它的安裝設計帶來了一些麻煩。由于編碼器結構精巧，因此，不能承受太大的機械力，否則光柵盤容易擦傷。因此，安裝編碼器時不能硬性固定，其固定件要有一定撓性。 167。 行程檢測與顯示 利用旋轉編碼器將提升機的 運行位置轉化為脈沖， PLC 對此脈沖進行高速計數(shù)，通過相應的計算自動生成提升機位置的相關數(shù)據，傳送到 PLC內部高速計數(shù)器的存儲單元。為了提高計數(shù)器的脈沖精度，選用日本omron 公司的 e6ccwsc 型可逆旋轉編碼器，其脈沖準確精度高，在低速時不會丟失脈沖。 為了便于提升機司機操作，提升機電控系統(tǒng)需設置可靠的行程顯示裝置（又稱深度指示器）用于顯示提升容器在井筒中的位置。本文設計根據編碼器所測的運行距離（ 0～ 250m），采用 3 個 led 七段顯示器作為提升機位置的顯示。 圖 421 所示電路中，用具有鎖存，譯 碼，驅動功能的芯片 cd4513驅動共陰極 led 七段顯示器，三只 cd45 13 的數(shù)據輸入端 a～ d 共用可編程控制器的 4 個輸出端，其中 a 為最低位， d 為最高位。 le 是鎖存使能輸入端，在 le 信號的上升沿將數(shù)據輸入端輸入的 bcd 數(shù)鎖存在片內的寄存器中，并將該數(shù)譯碼后顯示出來。如果輸入的不是十進制數(shù)，顯示器熄滅。 le 為高電平時，顯示的數(shù)不受數(shù)據輸入信號的影響。顯然， n 個顯示器占用的輸出點數(shù)為： 4+n。 SS 科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 34 圖 421 plc 數(shù)字顯示電路 167。 液壓站的設計 液壓站概述： 礦井提升機制動裝置是礦井提升機的重要保護裝置。制動裝置的作用可歸納為： （ 1）在提升終了或提升機不工作時，可靠地閘住提升機。 （ 2）在減速階段參與提升機的速度控制。 （ 3）作為安全機構，在發(fā)生緊急事故時，對提升系統(tǒng)進行保護。 （ 4）對雙卷筒提升機，在打開調繩離合器，更換水平、調節(jié)繩長時，能閘住活卷筒、松開死卷筒，以便進行調繩操作。 現(xiàn)在礦井提升機的制動裝置多為盤式閘制動系統(tǒng)，它主要由制動器和液壓站組成。在提升機的操作使用過程中，盡管對制 動系統(tǒng)設計整定的制動力矩倍數(shù)達到提升機靜力矩的三倍多，但仍因制動系統(tǒng)失效而引發(fā)過卷、蹲罐等事故，造成嚴重的經濟損失。 根據對現(xiàn)有制動系統(tǒng)的可靠性原理分析，盤式閘制動系統(tǒng)引發(fā)事故的原SS 科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 35 因主要有： 液壓站在緊急制動時，管路回油不暢。 液壓站工作制動調壓穩(wěn)定性不夠。 殘壓過高。 電磁閥故障。 制動器故障，包括碟形彈簧疲勞或斷裂、閘瓦污染等造成制動力矩不足等。 新型高可靠性液壓站的設計： 針對現(xiàn)有制動系統(tǒng)存在的問題，我們研制了一種新型可靠性液壓站裝置，它是在原有的液壓站的基礎上，除了滿足原來液壓站 的工作制動、安全制動和調繩等功能外，還增加了其他的保護功能。 （ 1）電液比例溢流閥的調壓功能：液壓站中把原來的十字彈簧式調壓裝置改成電液比例溢流閥調壓裝置，這種裝置具有調壓線性度好、調壓穩(wěn)定、尺寸小等特點。 （ 2）多路回油保護功能：在緊急制動時，為了防止回油管路不暢或堵塞，液壓站中在原有的回油管上又并聯(lián)了一條回油管路，提高了緊急制動的可靠性。 （ 3）殘壓保護功能：在液壓站中增加了壓力繼電器（或電接點壓力表），在系統(tǒng)殘壓過高時，能夠實現(xiàn)安全制動，提高了系統(tǒng)的制動可靠性。 （ 4）電磁閥故 障監(jiān)測功能：在液壓站中，對每一個電磁閥的閥芯都安裝了監(jiān)測傳感器，當電磁閥出現(xiàn)故障時，能夠報警并顯示發(fā)生故障的電磁閥，給維修帶來了極大的方便。 （ 5） PLC 控制功能：整個液壓站的電控部分采用 PLC 控制器，提高了電控系統(tǒng)的可靠性。 （ 6）其它：結構上采用集成閥塊的形式，油泵、濾油器等液壓元件安裝在油箱外，從而提高液壓站的散熱效果，以便于管理以及維護。 液壓站系統(tǒng)配置圖 431 所示。 SS 科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 36 3 8 0 V 交 流 電3 8 0 V 交 流 電液 壓 站通 提 升 機 制 動 器內 部 連 線電 控 柜2 2 0 V 交 流 電安 全 接 點 （ 常 開 ）停 車 信 號 2 路 （ 常 開 ）減 速 點 信 號 2 路 （ 常 開 ）可 調 閘 信 號 直 流 0 1 5 V 圖 431 液壓站系統(tǒng)配置圖 液壓站采用可編程控制器 （ PLC）控制，根據液壓站動作過程進行編程。 正常工作制動：啟動液壓站電動機后即為正常工作狀態(tài)，其制動力的大小通過調節(jié)電液比例溢流閥的電流的大小來調整系統(tǒng)壓力。 井中安全制動：它是在提升容器還沒有到位，即井口容器到位信號閉合前， AC 接點信號閉合，為滿足制動減速度的要求，采用二級制動。 井口安全制動：它是在提升容器到位信號已經閉合， AC 接點信號又閉合，這時采用緊急制動情況，以防止惡性事故的發(fā)生。 調繩：在調繩狀態(tài)時，轉換打開開關并推動可調閘手柄，把調繩離合器打開。然后轉到調繩狀態(tài)，壓力油進入 B 管，打開提升機固定卷筒制動器，提升機即可開車運行進行調繩。調繩完畢后轉到離合器合上狀態(tài)，把調繩離合器合上。 電磁閥故障檢測：液壓站中每一個電磁閥設置閥芯檢測傳感器，當電磁閥故障時發(fā)出故障信號，實施安全制動，并通過 PLC 報警或顯示。 殘壓保護：殘壓保護信號需要和停車信號共同作用，如果停車信號SS 科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 37 閉合，同時殘壓高于設定的壓力值，實施安全制動。 溫度報警、壓差報警：當油溫過高或濾油器壓差過高時，溫度報警信號或壓差報警信號閉合，并通過 PLC 報警或顯示。 TBZ 型提升機盤式制動器補償增壓裝置的設計： 在提升機 的操作使用過程中， 盡管在制動器設計時選擇了很高安全儲備系數(shù)來保證制動器設計可靠性，但是由于司機操作失誤、制動器機械故障、電器控制失靈等原因，仍時常發(fā)生制動器剎車失效事故，導致提升容器過卷過放和斷繩墜落，這種危害性事故對提升系統(tǒng)破壞嚴重，影響生產時間長，經濟損失很大。 在目前的情況下，發(fā)生制動系統(tǒng)失效事故時，提升機司機無任何補救保護措施，只得任憑提升機“放大滑”。為了杜絕提升機“放大滑”事故，保證提升機的安全運行，我們使用了提升機盤式制動器補償增壓裝置。提升機盤式制動器補償增壓裝置是確保礦井提升系統(tǒng)安全運行的重 要設備，也是提升機發(fā)生意外事故時，安全保障的最后一個保護環(huán)節(jié)。它是一套與現(xiàn)役提升機液壓站并行運轉的補償制動液壓站，可以在原制動器以及液壓站故障失效的情況下，啟動制動器補償增壓裝置，提供額外的制動力矩使提升機制動停車，從而提高提升機的可靠性和安全性。盤式制動器工作液壓站與補償增壓液壓站的系統(tǒng)關系如圖 432 所示。 圖 432 改制后液壓系統(tǒng)原理圖 SS 科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 38 1－制動盤； 2— 閘瓦； 3— 活塞； 4— 碟形彈簧 5— 原液壓站； 6— 補償液壓站 補償制動器液壓站設有如下可靠性保護功能 : 適時和適度的補償增壓功能：根據檢測回 路的信號，對補償制動的投入時機進行適時控制，只有檢測到提升機處于危險失控狀態(tài)時，補償制動才投入使用，提升機正常運行時補償制動始終處于冷儲備狀態(tài)待命；對投入的補償制動力進行適度控制，根據提升機制動器失控的程度提供分級的補償制動力，保證提升機處于合理的制動減速度運行。 保壓冷儲備功能：為了隨時能夠產生補償制動力，設計有蓄能回路，保證蓄能器中始終具有一定壓力的油液，使蓄能回路處于待命狀態(tài)，在補償時與油泵同時向制動器供油，縮短補償制動的空動時間，以保證補償增壓的響應速度。提升機正常運行時，補償增壓裝置對原制動系 統(tǒng)不產生附加作用力及任何影響。 回油不暢監(jiān)控功能：在現(xiàn)役制動器液壓站電磁閥故障或管路堵塞造成制動器不能回油的故障情況下，通過設置的油路壓力監(jiān)測傳感器檢測其故障，并能實施安全制動使管路回油順暢。 防止沉罐功能：在提升機停車時，為避免殘壓過高引發(fā)的沉罐，甚至“放大滑”的重大事故，通過設置的油路壓力監(jiān)測傳感器檢測其殘壓，并能實施安全制動使其安全停車。 可編程控制功能：補償增壓裝置的電控系統(tǒng)采用 PLC 控制，制動器的補償增壓動作可以自動或手動兩種方式啟動。 補償增壓制動裝置的控制過程： 提升機安全制動時 (安全回路 AC 動作 )，檢測裝置檢測速度電壓信號，由此提取減速度參數(shù) a，然后與給定值 a0 比較，以確定補償增壓裝置是否投入以及補償制動正壓力的大小。若 a a0 則說明制動力矩不足，需補償制動力；若 a a0 則說明制動力矩滿足安全要求，不投入補償制動力。 補償增壓裝置用于提高礦山提升機制動系統(tǒng)的可靠性，適用于現(xiàn)役提升機使用的各類盤式制動器。它除了作為一種后備安全保護裝置外，也可針對某些制動器制動力矩達不到規(guī)程要求時，使更換或增設制動器影響生產，費SS 科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 39 用過高等情況，使補償增壓裝置參與制動，以提高安全制動力矩。 SS 科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 40 第 5 章 抗干擾電路設計 167。 主電路抗干擾措施 變頻器系統(tǒng)本身既是一個很強的干擾源，同時變頻器也是對干擾敏感的電子設備，因此，抗干擾措施的設計對于變頻調速系統(tǒng)的設計是一個重要的課題。 干擾的類型及危害：作為干擾源，變頻調速系統(tǒng)的對外干擾主要在三個有足夠功率流動的主電路中產生，即變頻器前的輸入電路、連接在直流電路上的制動電路以及變頻器到電動機的輸出電路。 輸入電路產生的干擾主要有兩個方面：沖擊電流干擾和諧波干擾；回饋制動可能產生諧波干擾；輸出電路則主要產生載波干擾。 輸入電路沖擊干擾 為提高系統(tǒng) 的動態(tài)響應，總是希望系統(tǒng)有快速的轉矩提升速度，這意味著變頻器輸出電流也有快速的變化率，即 di/dt 會大 一些。 輸出電路是“盲端”電路，不與外部電路直接相連，干擾主要以無線發(fā)射方式傳播。電流變化率不僅受電動機電磁慣性抑制，也受轉速調節(jié)器轉矩指令變化率抑制，其絕對值并不是很高的，沒有很大的無線發(fā)射功率，因此，在輸出電路的電流沖擊干擾表現(xiàn)并不嚴重。 輸入電路是與電網相連的，沖擊電流進入電網后，一方面會引起局部電網電壓的瞬時波動，另一方面會在感性負載上產生浪涌電壓，形成干擾。 輸入電路沖擊干擾主要危害連接在同一局部 電網上有較高輸入阻抗的設備，例如，變頻調速系統(tǒng)自身的控制電源等。 2 輸入電路諧波干擾 用二極管三相橋式整流器為直流電路充電時，由于二極管的反向截止作用，只有當三相交流電的瞬時值高于直流回路電壓時，橋臂中才會有電流流過，因此，充電電流會成為斷續(xù)的，如圖 511 所示。 SS 科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 41 圖 511 由圖 511 中可以看出，在沒有采取抗干擾措施時，輸入電路各相電流都是斷續(xù)的，與等效正弦波形（虛線）差別很大，因此，其中有比較大的諧波成分。 電流斷續(xù)現(xiàn)象使整流器件中電流瞬時值明顯比有效值大，增加了整流器件的負 擔。 諧波進入電網，對電網造成諧波污染凡要危害同一局部電網上對于諧波干擾敏感的電子設備。同時，電流有諧波而電壓卻基本沒有諧波，諧波頻率與基波頻率不同，因此諧波電流相位不 是 總 與基波電壓的相位一致的，有無功諧波電存在，使得輸入側等效功率因數(shù)大大降低。 3 輸出電路載波干擾 脈寬調制方式在輸出電路上產生的鋸齒狀電流載波，相當于在正弦交流電波形上疊加了一個載波頻率的無線發(fā)射功率，另一方面則由于頻率很高，使得輸出電纜分布電容的容抗較低，產生相對比較大的容性接地電流。