【正文】 （23）式中：為通過線路的電流。故采用1140V比660V供電的供電距離會(huì)加長。從式（22）中我們可以看到,在輸送線路、不變的時(shí)候,電壓損耗與供電電壓成反比,所以采用1140V與660V供電相比較,電壓損耗減低,節(jié)約電能。增加供電距離。所以采用提高供電電壓等級是解決這一問題最優(yōu)方案。采用1140V較660V供電電壓提高倍,輸電能力提高約3倍。通過以下公式我們也可以看出：電網(wǎng)的輸電能力 （21）式中： 為通過線路的輸送功率，單位（KW）；為線路阻抗，單位（Ω）；為線路電壓損失；為供電電壓。與中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)相比，由于減小了單相接地電流改善了電器元件的運(yùn)行條件，限制了嚴(yán)重電弧沖擊及其它危害，還由于中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)采用了電流型漏電繼電器，可以根據(jù)客觀實(shí)際的要求作用于跳閘或信號，既能保護(hù)人身安全，又可實(shí)現(xiàn)選擇性保護(hù)，準(zhǔn)確反映接地事故范圍，縮短排除故障的時(shí)間，因此，地面660V供電系統(tǒng)無論從安全角度或可靠性方面都優(yōu)于380V供電系統(tǒng)。再假設(shè)單相接地短路的條件較復(fù)雜，將很難保證電相接地短路故障時(shí)能可靠跳閘，因?yàn)榱阈蜃杩沟挠?jì)算存在許多問題，如目前動(dòng)力變壓器的零序阻抗值就沒有；導(dǎo)線穿管線路的零序阻抗值也有問題；一般電纜保護(hù)管的接地方法如處理不當(dāng)也要出現(xiàn)較大的零序阻抗；目前我國生產(chǎn)的鎧裝全塑電纜就是一種高零序阻抗的電纜；有時(shí)短路點(diǎn)還有一定電阻存在，如此重多因素，就很可能出現(xiàn)單相接地短路故障時(shí)空氣開關(guān)不分?jǐn)嗟那闆r，必然長時(shí)間燃弧直到發(fā)展成相間短路，這說明中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)存在著不少問題。這說明了電力系統(tǒng)以地作參考點(diǎn)的必要性，就是說，在一般情況下系統(tǒng)對地的電壓必須是一個(gè)可以接受的數(shù)值，以防止相地電容藕合發(fā)展成共振而造成系統(tǒng)對地的過電壓。但其主要優(yōu)點(diǎn)在于安全性、可靠性兩個(gè)方面，而安全性和可靠性的關(guān)鍵取決于中性點(diǎn)接地方式，下面就其接地方式進(jìn)行簡要比較分析：（1）中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)：我國煤礦井下660V配電采用三相三線中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，在一定條件下，中性點(diǎn)不接地的配電系統(tǒng)提高了供電可靠性，保障了人身和設(shè)備安全，但是，雖然系統(tǒng)與地沒有任何金屬的連接，但由于各相與地之間固有電容的存在，事實(shí)上與地存在電容性連接，在系統(tǒng)電容都平衡和對稱的情況下系統(tǒng)的中性點(diǎn)和地將具有相同的電位，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)單相金屬性接地時(shí)，接地相與地是等電位的，系統(tǒng)的中性點(diǎn)與地偏離一相電壓，每個(gè)未接地相與地之間的電位由相電壓提高到線電壓，由于該值很小，即使是持久性存在，也能被系統(tǒng)接受，只是系統(tǒng)的對地電壓增加倍，在現(xiàn)行電氣設(shè)備制造標(biāo)準(zhǔn)條件下制造的設(shè)備，在單相接地故障下系統(tǒng)仍能繼續(xù)運(yùn)行，且似乎可以長期運(yùn)行，但是，一旦故障性質(zhì)發(fā)生變化，如對地故障出現(xiàn)斷續(xù)性或者是有變化的電感性的，則將有可能造成弧光短路或共振，于是系統(tǒng)的對地電壓可能升高到危險(xiǎn)的高電壓，比正常時(shí)高幾倍，這種過電壓特別容易使絕緣損傷，可發(fā)展成為相 地 相短路。在用電功率相同的條件下電流將減少很多，由于損耗與負(fù)載電流的平方成正比，因此電能損耗可顯著降低；間接的節(jié)省了能源的損耗并降低了人生安全問題；并擴(kuò)大異步電動(dòng)機(jī)的制造容量等等，升壓對于煤礦供電系統(tǒng)來說是一種強(qiáng)有力的節(jié)省能源消耗的措施。地面660V配電系統(tǒng)與380V供電系統(tǒng)相比較，就輸電方面來說來說，660V供電相比較于380V供電的輸電距離更遠(yuǎn)，并且660V的輸電能力得到了一定的提高。早在1990年能原能源部就發(fā)出了在煤炭工業(yè)新建地面系統(tǒng)及選煤廠應(yīng)采用660V供電的通知，660V升壓供電不僅限于煤礦也適用于石油加工，發(fā)電廠，供水站等企業(yè) 。所以380V供電和660V供電就顯示出了其相應(yīng)的弊端。圖23 IT系統(tǒng) 供電方式的比較研究 380V與660V供電系統(tǒng)比較我國煤礦的供電系統(tǒng),部分采用380V供電，低壓動(dòng)力為660V供電,綜合機(jī)械化動(dòng)力采用1140V供電。并且在IT系統(tǒng)中中性點(diǎn)不接地或者經(jīng)由高阻接地，所以在發(fā)生單相接地故障的時(shí)候，三相設(shè)備和接線電壓的單相設(shè)備依舊可以運(yùn)行。IT系統(tǒng)所有設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分均由各自的PE線分別接地，如圖23所示。 IT系統(tǒng)IT系統(tǒng)的中性點(diǎn)不接地或者經(jīng)高阻（1000）接地。若發(fā)生單相接地的故障的時(shí)候，則會(huì)造成單相短路現(xiàn)象，保護(hù)裝置則會(huì)自動(dòng)跳閘，切除故障線路。 TT系統(tǒng)TT系統(tǒng)的中性點(diǎn)直接接地，而其中設(shè)備外露可導(dǎo)電部分均各自經(jīng)由PE線單獨(dú)接的如圖22所示。TNS系統(tǒng)廣泛運(yùn)用于對安全要求較高的場所以及對抗電磁干擾要求高的數(shù)據(jù)處理和精密檢測等實(shí)驗(yàn)場所，越來越多用于主宰供電系統(tǒng)。（2）TNS系統(tǒng)N線與PE線分開，設(shè)備外露導(dǎo)電部分均接PE線，由于PE線中無電流通過，故不會(huì)產(chǎn)生電磁干擾。由于N線與PE線合為PEN線節(jié)約了有色金屬和投資，較為經(jīng)濟(jì)。PEN線中有電流通過，會(huì)對某些接PEN線的設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾。如圖21所示。這種接公共PE線或者PEN線的方式稱為“接零”。并根據(jù)實(shí)際要求，擬定了本課題的主要研究內(nèi)容。在此基礎(chǔ)上，本文著重分析了現(xiàn)階段最適用的基于磁場定向的矢量控制的調(diào)速方式，并對其進(jìn)行了詳細(xì)的分析，以給我們帶來區(qū)別于其他控制方式的優(yōu)點(diǎn)，以及其發(fā)展?jié)摿Α０ǖV用提升機(jī)的供電方式的優(yōu)缺點(diǎn)比較，綜述了提升機(jī)在不同的供電方式的優(yōu)缺點(diǎn)。直接轉(zhuǎn)矩控制方法是現(xiàn)在異步電機(jī)控制研究的熱點(diǎn)之一。日本學(xué)者又提出了讓電動(dòng)機(jī)的磁鏈?zhǔn)噶炕旧涎貓A形軌跡運(yùn)動(dòng)的磁通軌跡控制原理。直接轉(zhuǎn)矩控制不需要解耦電動(dòng)機(jī)模型，強(qiáng)調(diào)對電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行直接控制。矢量控制的調(diào)速性能優(yōu)良，可以和直流電機(jī)相比，但是需要復(fù)雜的坐標(biāo)變換計(jì)算和對轉(zhuǎn)子磁鏈的精確觀測。1971年德國西門子公司的等提出的“感應(yīng)電動(dòng)機(jī)磁場定向的控制原理”和美國的和申請的專利“感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子電壓的坐標(biāo)變換控制”，經(jīng)過不斷的實(shí)踐和改進(jìn)，形成了現(xiàn)已得到普遍應(yīng)用的矢量控制變頻控制調(diào)速系統(tǒng)。人們經(jīng)過深入的研究，提出了對異步電動(dòng)機(jī)更有效的控制策略。一般來說，它只適用于轉(zhuǎn)速變化緩慢的場合，而在要求電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速作出快速響應(yīng)的動(dòng)態(tài)過程中，電動(dòng)機(jī)除了穩(wěn)態(tài)電流以外，還會(huì)出現(xiàn)相當(dāng)大的瞬態(tài)電流，由于它的影響，電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩有很大的不同。對此人們又提出了轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)。這種調(diào)速方法采用轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比和低頻電壓補(bǔ)償?shù)目刂品桨?，其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低，適用于風(fēng)機(jī)、水泵等對調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能要求不高的場合。同時(shí)交流電動(dòng)機(jī)采用變頻起動(dòng)更能顯著改善交流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能，大幅度降低電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流，增加起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。特別是最近20多年來，隨著新型的電力電子器件和高性能微處理器的應(yīng)用以及控制技術(shù)的迅速發(fā)展，使變頻調(diào)速技術(shù)獲得了巨大的進(jìn)步，現(xiàn)在很多調(diào)速方式都是基于變頻調(diào)速的基礎(chǔ)上的。通過變頻裝置可將電網(wǎng)的固定頻率轉(zhuǎn)換為可調(diào)的頻率，使電機(jī)在寬廣的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑的無級調(diào)速。變頻調(diào)速是其中最有效的調(diào)速方式，是交流調(diào)速的理想調(diào)速方案。目前，用交流調(diào)速系統(tǒng)取代直流調(diào)速系統(tǒng)在許多領(lǐng)域成為一種趨勢，從數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人用的小功率伺服電機(jī)到上萬千瓦的重型機(jī)械主傳動(dòng)，都采用了交流調(diào)速技術(shù)。交流電動(dòng)機(jī)本身具有結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固耐用、運(yùn)行可靠和慣性小等優(yōu)點(diǎn)，能適用于一些直流調(diào)速無法勝任的場合，如化纖紡絲機(jī)等高精度、高速化的生產(chǎn)機(jī)械，泵、空壓機(jī)和電梯等無齒輪化的生產(chǎn)機(jī)械以及冶金等大容量的生產(chǎn)機(jī)械。傳統(tǒng)交流調(diào)速技術(shù)方法存在調(diào)速精度差、效率低、調(diào)速范圍小等一系列的缺點(diǎn)，所以在高精度調(diào)速的應(yīng)用中，我們一般采用的是直流調(diào)速系統(tǒng)。礦用提升機(jī)的不斷發(fā)展帶來的效益是不可忽視的，現(xiàn)在全球的能源系統(tǒng)中，煤礦能源占據(jù)很大的比例，并且提升機(jī)系統(tǒng)的供電控制方式不僅僅只適用于礦井方面在很多方面同樣適用，只要有電機(jī)就涉及到電機(jī)的供電以及電機(jī)的調(diào)速控制所以這樣一個(gè)系統(tǒng)并不帶有局限性，可以發(fā)展到很多方面，所以對于礦用提升機(jī)的控制方式的研究是具有劃時(shí)代意義的，因?yàn)樵诤芏喾矫娑紩?huì)運(yùn)用到電機(jī)比如建設(shè)、采掘、石油開采等等，對可以針對起來進(jìn)行修改。為了更好的運(yùn)用能源，又開發(fā)出了一種新的最具有效率的基于磁場定向的矢量控制調(diào)速系統(tǒng)。隨著傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，尤其是大功率的交流變頻技術(shù)的發(fā)展，礦用提升機(jī)的機(jī)電控制系統(tǒng)的傳動(dòng)方案也越來越多樣化。隨著機(jī)械與傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，最開始采用電磁離合器的調(diào)速技術(shù)，雖然裝置結(jié)構(gòu)及控制線路簡單，運(yùn)行可靠，維修方便；但由于速度失大，效率低的缺陷已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在的發(fā)展要求了，為了實(shí)現(xiàn)礦用提升機(jī)交流傳動(dòng)的高性能控制運(yùn)行，提高提升機(jī)運(yùn)行的可靠性，以替代以前的電磁離合器調(diào)速，彌補(bǔ)其各種缺點(diǎn)，并實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，提高牽引性能。說到礦用提升機(jī)不得不提到礦用提升機(jī)的控制，并且相關(guān)于煤礦器械的發(fā)展，提升機(jī)作為煤礦系統(tǒng)中必不可少的部分，發(fā)展也是體現(xiàn)得最為明顯的，特別是提升機(jī)控制調(diào)速方面，從最初的基于滑差電磁離合器的調(diào)速方式到基于轉(zhuǎn)差頻率控制的調(diào)速方式再到現(xiàn)在的基于矢量控制的調(diào)速方式。所以不同的供電方式和不同的控制方式是值得我們?nèi)ケ容^研究的，研究和開發(fā)合理的供電控制方式進(jìn)一步的提高它所帶來的相關(guān)性能的同時(shí)也是集安全、能耗于一體的開發(fā)，因此礦用提升機(jī)的供電控制方式的比較研究是比較有豐富的學(xué)術(shù)研究價(jià)值的。所以調(diào)速控制方式的選擇在很大程度上決定了提升機(jī)能否實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、安全、可靠地起制動(dòng)運(yùn)行，避免了嚴(yán)重的機(jī)械磨損，防止較大的機(jī)械沖擊，減少機(jī)械部分維修的工作量，延長提升機(jī)械的使用壽命。在提升機(jī)系統(tǒng)中，一旦提升機(jī)的行程失去控制，沒有按照給定速度曲線運(yùn)行，就會(huì)發(fā)生提升機(jī)超速、過卷事故，造成楔形罐道、箕斗的損壞，影響礦井正常生產(chǎn)，甚至造成重大人員傷亡，給煤礦生產(chǎn)帶來極大的經(jīng)濟(jì)損失。雖然礦井提升系統(tǒng)本身有一些安全保護(hù)措施，但是由于現(xiàn)場使用環(huán)境條件惡劣，造成了各種機(jī)械零件和電氣元件的功能失效，以及操作者的人為過失和對行程監(jiān)測研究的局限性，使得現(xiàn)有保護(hù)未能達(dá)到預(yù)期的效果，致使提升系統(tǒng)的事故至今仍未能消除；由于礦井系統(tǒng)的供電方式必須考慮到電能的損耗，安全，以及什么樣的供電系統(tǒng)適合什么樣的煤礦。所以對于如何高效率的提高提升機(jī)的性能以及合理利用資源的前提下獲得更大的效益對我們來說是必要的。直到目前為止，我國正在服務(wù)的礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)大多數(shù)還是轉(zhuǎn)子回路串金屬電阻的交流調(diào)速系統(tǒng)，設(shè)備陳舊、技術(shù)落后。特別要強(qiáng)調(diào)的是，此時(shí)期在國外一著名的提升機(jī)制造公司，如西門子、ABB、ALSTHOM都利用新的技術(shù)和裝備，開發(fā)或完善了提升機(jī)的安全保護(hù)和監(jiān)控裝置，使安全保護(hù)性能又有了新的提高。上世紀(jì)八十年代初，計(jì)算機(jī)又被用于提升機(jī)的監(jiān)視和管理。在提升機(jī)機(jī)械和電氣傳動(dòng)技術(shù)飛速發(fā)展的同時(shí)，電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使提升機(jī)的電氣控制系統(tǒng)更是日新月異。在上世紀(jì)七十年代西門子公司發(fā)明矢量控制的交一直一交變頻原理之后，標(biāo)志著用同步電動(dòng)機(jī)來代替直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速的技術(shù)時(shí)代已經(jīng)到來。近幾十年來，國內(nèi)外用于煤礦上的提升機(jī)機(jī)械部分以及電氣部分都在飛速的發(fā)展，并且兩者相互促進(jìn)，相互提高。當(dāng)代社會(huì)中煤礦是我們經(jīng)常提到的一個(gè)話題，說道煤礦就不得不提到礦用提升機(jī)，或許這個(gè)詞對很多人來說是很陌生的，但是礦用提升機(jī)卻關(guān)系到整個(gè)煤礦的運(yùn)行以及整個(gè)煤礦的經(jīng)濟(jì)效益，所以礦用提升機(jī)在煤礦中占主角地位。1998年7月第一套國產(chǎn)的3300 V煤礦采區(qū)供電系統(tǒng)在山西省晉城礦務(wù)局古書院煤礦試驗(yàn)成功，標(biāo)志著我國煤礦井下采區(qū)供電系統(tǒng)電壓升級工作的勝利實(shí)現(xiàn)，為我國煤礦的高產(chǎn)高效礦井建設(shè)提供了有力的保障，同時(shí)，也縮短了我國煤礦采區(qū)供電系統(tǒng)與國際先進(jìn)水平的差距。8O年代以來，在原煤炭工業(yè)部的組織和指揮下，我國煤礦向提高采煤工作面單產(chǎn)、實(shí)現(xiàn)集中化生產(chǎn)和減人減面的目標(biāo)邁進(jìn)，不斷地更新采煤工作面裝備，使綜采工作面設(shè)備的裝機(jī)容量不斷增大，出現(xiàn)了一批總裝機(jī)容量已達(dá)1500KW～2000KW的新型高產(chǎn)的綜采工作面。雖然，當(dāng)時(shí)正處于文革之中，我國煤炭戰(zhàn)線的科研人員和煤機(jī)生產(chǎn)企業(yè)在政府有關(guān)部門的支持和幫助下，經(jīng)過近十年的努力，研制出了千伏級的采煤工作面供電系統(tǒng)的全部裝備，并很快投入使用，實(shí)現(xiàn)了我國采煤工作面供電系統(tǒng)的又一次升級換代。1964年原煤炭工業(yè)部組織人員成立了煤礦工作面升壓工作組，經(jīng)過多次試驗(yàn)，確定將采煤工作面供電電壓提高到660V，并組織相關(guān)煤機(jī)廠生產(chǎn)專供井下使用的電壓等級為660 V的電機(jī)及相應(yīng)的控制設(shè)備，來適應(yīng)660V供電的需求，因而構(gòu)成了660V的供電系統(tǒng)。mine safetyV第一章 緒論 課題研究背景及意義在國民經(jīng)濟(jì)日益發(fā)展的今天，提升機(jī)在當(dāng)今煤礦事業(yè)的飛速發(fā)展中起著非常重要的作用，如何解決提升機(jī)的供電以及合理利用提升機(jī)的控制方式來達(dá)到高效的效率，是我們關(guān)心的一個(gè)重要問題。 slip frequency。關(guān)鍵詞：礦井提升機(jī)；供電方式；轉(zhuǎn)差頻率；矢量控制；煤礦安全A parative study of mine hoist power supply and control methodDesign General Description:Mine hoist is a kind of important transportation device in coal mine production,is part of a coal mine in indispensable,for the continuous development of mining machinery,mine hoist are constantly power supply system of mine hoist is 380V control mode in the past also is as old as the age,can not adapt to the development of coal mine the first of mine hoist performance is not good,the circuit loss is relatively large,high cost ,lower reliability, high cost in repair, low efficiency of the development of power electronic te