【正文】 的開放式現(xiàn)場總線 。現(xiàn)場總線（ CCLink）就是在這樣的背景下產(chǎn)生的。當這些裝置和設備相距較遠，分布較廣時，就會使電纜線的用量和鋪設費用隨之大大地增加，造成整個項目的投資成本增高，系統(tǒng)連線復雜，可靠性下降，維護工作量增大，系統(tǒng)進一步擴展困難等問題。因此，為最大限度地降低功耗，根據(jù)終端設備的頻率，以及與特殊應用有內(nèi)在聯(lián)系的電平特性，用戶應選擇不同的器件。 Psw = Ets 總損耗是兩部分損耗之和： Ptot = Pcond + Psw 在這一點上，總功耗顯然與 Ets 和 VCE(sat)兩個主要參數(shù)有內(nèi)在的聯(lián)系。這三者之間的表達式： Pcond = VCE IC ，其中， 是負載系數(shù)。 （六 ） 最大工作頻率 開關頻率是用戶選擇適合的 IGBT 時需考慮的一個重要的參數(shù)，所有的硅片制造商都為不同的開關頻率專門制造了不同的產(chǎn)品。例如，可以降低導通期間從 P+基片注入的空穴數(shù)量的百 分比，同時，通過提高摻雜質(zhì)水平和緩沖層厚度，來提高重組速度。在 IGBT 處于正偏壓期間，這些電荷被注入到 N區(qū)，這是 IGBT 與 MOSFET 開關對比最不利特性之主要原因。當發(fā)送到柵極的信號降低到密勒效應初始值時， VCE開始升高。因為 Rg數(shù)值變化也會影響 dv/dt 斜率，因此， Rg值對功耗的影 響很大 。數(shù)據(jù)表中常用的驅(qū)動電壓是 15V。通過改變柵電阻 Rg 的值來控制器件的速度是可行的，通過這種方式，輸出寄生電容 Cge和 Cgc 可實現(xiàn)不同的電荷速率。如果這一電子流產(chǎn)生的電壓處于 范圍內(nèi)， P+ / N 則處于正向偏壓控制，少數(shù)載流子注入 N 區(qū)，形成一個空穴雙 17 極流。這就是說， IGBT 的驅(qū)動系統(tǒng)實際上應與 MOSFET的相同，而且復雜程度低于雙極驅(qū)動系統(tǒng)。 （五 ） 動態(tài)特性 動態(tài)特性是指 IGBT 在開關期間的特性。當必須并聯(lián)兩個以上的設備時，這個問題變得十分重要，而且只能按照對應某 一電流率的 VCE(sat)選擇一個并聯(lián)設備來解決問題。功率 MOSFET 的溫度系數(shù)是正的，而雙極的溫度系數(shù)則是負的。當溝道上的電壓大于VGE Vth 時，電流處于飽和狀態(tài)，輸出電阻無限大。理解器件在工作時的物理特性所需的結構元件（寄生元件不考慮在內(nèi)）。此時，仍然是由 N漂移區(qū)中的耗盡層承受外部施加的電壓。第二點清楚地說明了 NPT 器件的壓降比等效（ IC 和速度相同） PT 器件的壓降高的原因。因過多地降低這個層面的厚度，將無法取得一個有效的阻斷能力，所以，這個機制十分重要。因此，根據(jù)所達到的溫度，降低這種作用在終端設備設計上的電流的不理想效應是 16 可行的，尾流特性與 VCE、 IC和 TC 之間的關系。少子的衰 減使集電極電流具有特征尾流波形，集電極電流引起以下問題：功耗升高；交叉導通問題，特別是在使用續(xù)流二極管的設備上，問題更加明顯。在任何情況下，如果 MOSFET 電流在開關階段迅速下降，集電極電流則逐漸降低，這是因為換向開始后，在 N 層內(nèi)還存在少數(shù)的載流子（少子）。最后的結果是，在半導體層次內(nèi)臨時出現(xiàn)兩種不同的電流拓撲：一個電子流 (MOSFET 電流 )； 一個是空穴電流（雙極）。當正柵偏壓使柵極下面反演 P基區(qū)時，一個 N 溝道形成，同時出現(xiàn)一個電子流，并完全按照功率 MOSFET 的方式產(chǎn)生一股電流。其中一個 MOSFET 驅(qū)動兩個雙極器件。較低的壓降，轉(zhuǎn)換成一個低 VCE(sat)的能力，以及 IGBT 的結構，同一個標準雙極器件 相比，可支持更高電流密度。由于實現(xiàn)一個較高的擊穿電壓 BVDSS 需要一個源漏通道，而這個通道卻具有很高的電阻率，因而造成功率 MOSFET 具有 RDS(on)數(shù)值高的特征，而 IGBT 消除了現(xiàn)有功率 MOSFET 的這些主要缺點。 IGBT 的設計是通過 PNP － NPN 晶體管的連接形成晶 閘管。 采取這樣的結構可在 N層作電導率調(diào)制，提高電流密度。但是， NPN 晶體管和發(fā)射極由于鋁電極短路，設計時盡可能使 NPN 不起作用。 IGBT 是以 GTR 為主導件、 MOSFET 為驅(qū)動件的復合結構。 IGBT 在結構上類似于 MOSFET ，其不同點在于 IGBT 是在 N 溝道功率 MOSFET 的 N+ 基板（漏極）上增加了一個 P+ 基板（ IGBT 的集電極），形成 PN 結 j1 ，并由此引出漏極、柵極和源極則完全與 MOSFET 相似。 IGBT 綜合了以上兩種器件的優(yōu)點，驅(qū)動功率小而飽和壓降低。GTR 飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動電流較大 。 第三節(jié) IGBT 結構及工作原理 IGBT 是變頻器逆變部分，又叫做交 － 直 － 交變頻器 ，它的功能是： 交流供電電源經(jīng)整流后再 通過 IGBT 可 調(diào)制成頻率可調(diào)的一種交流電源輸出。 所選變頻器具有保護和自診斷功能，完善的保護功能以保障電氣設備的正常運行，此變頻器具有過壓、欠壓、過流、過熱、短路、接地、三相不平衡、缺相等保護。同時為防止起動時瞬時打滑，要求 14 等加速起動。 五 、 變頻系統(tǒng)的功能 系統(tǒng)可任意調(diào)整加、減速度。 電源部分指提供變頻器內(nèi)部使用的不同等級的電源。 控制部分指變頻器的主控制模塊，主要功能是接受或輸出各種指令（起停，急停，手動選擇，自動選擇，故障復位，變頻器就緒，變頻器運行，變頻器故障），速度編碼器的信號采集等。 輸入輸出電抗器用來有效的抑制變頻器產(chǎn)生的諧波分量。 13 ZJT3— 355/1140(660) 水冷式礦用本質(zhì)安全型交流變頻調(diào)速控制裝置 的 技術參數(shù) 如表二所示 ： 表二 ZJT3— 355/1140(660)的技術參數(shù) 名稱 參數(shù) 名稱 參數(shù) 額定交流電壓 1140V(660) 控 制型式 轉(zhuǎn)矩控制型 矢量控制型 額定最大輸出電流 355A 額定工作制 不間斷工作制 輸入電源頻率 50Hz 過載能力 150%額定電流 60S 180%額定電流 10S 輸出頻率范圍 0～ 50Hz 在數(shù)字控制模式條件下的分辨率 注：每次過載的間隔時間應大于 20min。 根據(jù)市場各公司資料和價格，擬選用 ABB 公司提供的直接轉(zhuǎn)矩控制方式產(chǎn)品。 （ 3）建立定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩的數(shù)學觀測模型，利用可測量的物理量，以軟測量技術獲得定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩的反饋值，采用滯環(huán)式閉環(huán)控制方式，利用電壓空間矢量的開關狀態(tài)切換來實現(xiàn)對磁通和電磁轉(zhuǎn)矩的分別控制，這就是基于磁鏈跟蹤脈寬調(diào)制的直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理。 （三）運行控制模式 三種運行控制模式 （ 1） u/f 控制方式思路簡單，附加要求少，控制容易實 現(xiàn)，適合于多數(shù)二次方轉(zhuǎn)矩負載以及對動態(tài)性能要求不高的反抗性轉(zhuǎn)矩負載應用。 三 、 調(diào)速方案的 確定 （一）驅(qū)動系統(tǒng)類型 為了與現(xiàn)場機械部分對接，采用一臺變頻器帶一臺電動機的單獨拖動，整流與逆變一一對應組成變頻器的常規(guī)方式。 （二）能夠?qū)崿F(xiàn)運人、運煤及驗繩檢修多種速度。 軟啟動的主要目的是降低異步電機的啟動電流，提高系統(tǒng)運行平穩(wěn)性，延長電機及相關設備的使用壽命。 啟動參數(shù)可調(diào)。 軟停車功能。軟啟動器在啟動電機時，電機啟動電流從零線性上升至設定值。 電機完成啟動過程后，軟啟動控制器便控制交流接觸器吸合，短路所有晶閘管，使電機直接投網(wǎng)運行，避免不必要的能源損耗。利用晶閘管的電子開關特性，通過控制其觸發(fā)導通角的大小來改變晶閘管的開通程度，以此來改變電動機啟動時輸入電壓和輸入電流的大小，達到控制電機的啟動特性。 軟啟動方式是在電源和電機之間串入軟啟動器的 一種電機啟動方式，也可歸入降壓啟動的范疇，但它不同于一般的降壓啟動，它采用的是逐步升壓的方式，電流也是逐步增大的，其停止時電流和電壓也是逐步減小的。有的交－交變壓變頻裝置用電抗器將輸出電流強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。一般的交－交變壓變頻裝置雖然沒有濾波電容，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。電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容；電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流濾波是電感。 （ 2） 交－直－交變頻器 交－直－交變頻器則是先把交流電經(jīng)整流器整流成直流電，在經(jīng)過逆變器把這個直流電流變成頻率和電壓都可變的交流 電。其主要優(yōu)點是沒有中間環(huán)節(jié)，故變換效率高。 從結構上看，變頻器分為交－交變頻器和交－直－交變頻兩類。 二、電 動 機選型 由于設備用于煤礦井下，所以必須選用防爆型電動機 ； 井下低壓供電皮帶電壓等級一般為 :AC660V； 由膠帶運行速度范圍 ~2 米 /秒反算電動機轉(zhuǎn)速，則電動機 n=96~387轉(zhuǎn) /分， 另外考慮用戶要求電動機選型應為今后皮帶速度提到 米 /秒留有余量，電動機的極數(shù)選 12 極； 變頻調(diào)速低速運行時電動機容易發(fā)熱，因此選用水冷電動機 ； 電動機 選型結 果 如表一所示 表一 電 動 機選型 臺數(shù) 型號 功率 頻率（ Hz） 電壓（ V） 電流（ A） 轉(zhuǎn)速 （轉(zhuǎn) /分） 生產(chǎn)廠家 2 YBSS－250－ 12 250KW 50Hz 660V 495 南陽防爆電機集團 第二節(jié) 變頻器選型 一、變頻器 通用變頻器的基本結構和類型 變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。—— 電動機轉(zhuǎn)動慣量 ； 9 G1 —— 驅(qū)動輪與減速機轉(zhuǎn)動部分的變位重量。/1000/20+495178。/20+ (4620 2178。/20+ 780 2178。(GD178。)/t+G1 V178。/t+（ q′ +q″ ）LV178。 一、電動機起動功率驗算 （一） 重載起動時增加的功率 P″ =1/η 〔 + qA LV178。 )+ 〕 =－ ㎏ 第三節(jié) 張力分布示意圖 張力分布圖如圖一所示： 圖一 張力 分布示意圖 3′ S3 S4 2′ ′ S2 S1 4′ ′ 1′ ′ β 7 第四節(jié) 逐點張力計算 從膠帶兩端至鋼絲繩兩端二段距離內(nèi)，由鋼絲繩重量所產(chǎn)生的阻力可忽略不計， 驅(qū)動段最小張力為 Smin ， S S S S4 視為鋼絲繩各點張力 ， F為驅(qū)動輪的牽引力，其計算過程如下： 驅(qū)動段最小張力 Smin =S2= （ C3 qA / nK + qK ） l″ 10/C0 = 2( +)6 10/ == ㎏ 其它各點張力 S1=S2－ W″ =11483－ （－ 4207） =15690 ㎏ S3= K0 S2 = 11483= ㎏ S4=S3+ W′ =+17600=㎏ 驅(qū)動輪牽引力 F=S4－ S1 =－ 15690= ㎏ 第五節(jié) 電動機功率計算 若設電動機的功率用 P′ 表示，則電動機的功率為： P′ =m1 FV/102η = 2/（ 102 ） 8 = 式中： F—— 驅(qū)動輪的牽引力； V—— 皮帶運煤時的速度； m1 —— 電動機功率備用系數(shù) 范圍 （ ~） ，取 m1 為 ； η —— 機械傳動效率 范圍 （ ~） ，取 η 為 。 )+ 〕 =17600 ㎏ 空載段阻力 W″ =L〔 ( qA +2 qK )(ω cos β － sin β )+ q″ω 〕 =780 〔 (+2 )( 176。30′ 提升高度 :H= m 輸送能力： Q=600t/h 牽引鋼絲繩 :6 W(26) 減速機型號 :GLJ170 傳動比 :i= 驅(qū)動輪直徑 :D=3500 ㎜ 摩擦襯墊 :鋁基合金 導向輪直徑 :D=2800 ㎜ 帶速： V物 =膠帶寬度 :B= m 1單位長度物料重量： q=Q/=600/ 2= ㎏ / m 1單位長度膠帶重量： qA = ㎏ / m 1單位長度鋼絲繩重量： qK = ㎏ / m 1鋼絲繩運行阻力系數(shù)： ω= （ ~） 1鋼絲繩允許撓度系數(shù)： C0 =（ ~） 1牽引鋼絲繩載荷分布不均勻系數(shù)： C3 = 1上托輪轉(zhuǎn)動部分重量： q′= ㎏ / m 1下托輪轉(zhuǎn)動部分重量： q″= ㎏ / m 6 1鋼絲繩經(jīng)一個導向輪的阻力系數(shù)： K0 = 牽引鋼絲繩數(shù)： nK =2 2下托輪間距： l″=6 m 第二節(jié) 阻力計算 阻力計算包括有載段的阻力計算和空載段的阻力計算， 其 具體計算過程如下： 有載段阻力 W′ =L〔 (q+ qA +2 qK )(ω cos β +sin β )+ q′ω 〕 =780 〔 (++2 )( 176。 緊密結合現(xiàn)場實際情況，減速機、驅(qū)動輪、牽引鋼絲繩、膠帶、機身保持不變。 系統(tǒng)的電磁兼容性符合國家標準。 充分利用現(xiàn)有資源，在技術先進的基礎上，做到經(jīng)濟實用。 第二節(jié) 設計原則和標準 遵循“五高”方針，即高起點、高技術、高質(zhì)量、高效率、高效益，突出效益優(yōu)先。 用計算機繪制相關圖紙。 采用梯形圖法完成軟件設計。 根據(jù)皮帶運輸?shù)膶嶋H要求，結合變頻控制方法分析，