【正文】 的基本思路 34 按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的矢量控制的基本原理 36 本章小結(jié) 38第四章 控制方式的比較研究 39 三種控制電路的比較研究 40 滑差電磁離合器調(diào)速系統(tǒng) 40 轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng) 41 基于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的矢量控制系統(tǒng) 42 三種控制方式優(yōu)缺點(diǎn)的比較研究 44 本章小結(jié) 45第五章 安全問題措施 46 接地的設(shè)計(jì)理論 46 地線的定義與接地的目的 46 接地方式 48 變頻調(diào)速系統(tǒng)接地 49 電力電子器件的散熱設(shè)計(jì) 50 散熱與通風(fēng)設(shè)計(jì) 50 電力電子器件的散熱設(shè)計(jì) 50 電磁干擾的屏蔽技術(shù) 52 變頻調(diào)速的電磁干擾源及傳播途徑 52 變頻調(diào)速系統(tǒng)抗電磁干擾措施 53 本章總結(jié) 56第六章 總結(jié)及展望 57參考文獻(xiàn) 58附錄A：主電路圖 59附錄B：三種控制電路的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 60致謝 611礦用提升機(jī)供電與控制方式的比較研究設(shè)計(jì)總說明：礦用提升機(jī)是煤礦生產(chǎn)中一種重要的運(yùn)輸裝置，是煤礦中必不可少的一部分，由于礦用機(jī)械技術(shù)的不斷發(fā)展，礦用提升機(jī)也在不斷的更新?lián)Q代。以前的礦用提升機(jī)大多采用380V的供電制式，并且采用的控制方式也是相對(duì)來說比較古老的，以及不能適應(yīng)煤礦機(jī)械的發(fā)展的缺點(diǎn)。隨著電力電子技術(shù)和交流電力拖動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，采用電力電子變流器的交流傳動(dòng)系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)，特別是大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)控制的出現(xiàn)，交流調(diào)速的性能得到了很大的進(jìn)步，使得礦用提升機(jī)得到了快速發(fā)展。本文選擇的是對(duì)礦用提升機(jī)的供電與控制方式進(jìn)行比較研究，并重點(diǎn)比較礦用提升機(jī)的幾種控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)，得出一個(gè)最好的控制方式。而本篇論文就是將三種控制調(diào)速方式進(jìn)行比較，進(jìn)行研究，使我們清楚明白的知道哪一種調(diào)速控制方式是最優(yōu)的。本論文所做的主要工作就在于選擇不同的供電方式對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較研究，并通過比較三種控制方式的性能特點(diǎn)，從而得出基于磁場(chǎng)定向的調(diào)速控制系統(tǒng)更能適應(yīng)現(xiàn)在煤礦環(huán)境和生產(chǎn)能力的要求。本論文中，對(duì)于供電方式的比較研究就是I對(duì)煤礦供電系統(tǒng)的一個(gè)縮小，涉及到安全，節(jié)約資源，降低消耗，更好的利用有效的資源換取最大的效益。三種控制方式中的矢量控制是體現(xiàn)的最為明顯的，結(jié)合了現(xiàn)在最前沿的知識(shí)，可以通過多種形式進(jìn)行對(duì)其控制，DSP，單片機(jī)，PLC均可用于調(diào)速系統(tǒng)之中，給我們提供了更為廣闊的舞臺(tái)來實(shí)現(xiàn)。由于提升機(jī)本身運(yùn)行的時(shí)候會(huì)發(fā)熱而且制動(dòng)的時(shí)候有時(shí)候會(huì)產(chǎn)生火花容易產(chǎn)生危險(xiǎn)，并且其供電電壓相對(duì)較高，從以前的380V供電制式到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到主流的1140V供電制式，所以煤礦的安全措施是必不可少的。通過對(duì)供電方式的比較和對(duì)三種控制方式的比較研究，會(huì)使我們清楚的知道不一樣的電壓的優(yōu)缺點(diǎn)以及不同控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)，我相信通過這樣比較，對(duì)于以后的煤礦生產(chǎn)和電機(jī)的調(diào)速控制是有利的，對(duì)于煤礦的安全和效益是有一定意義的。 power supply。vector control。我國煤礦的供電經(jīng)歷了幾個(gè)階段，20世紀(jì)60年代以前煤礦普遍采用的380V供電，配備相應(yīng)的設(shè)施可以運(yùn)用的很多地方，但是隨著80機(jī)組的適用，380V的供電已經(jīng)難以適應(yīng)。上世紀(jì)7O年代，以液壓支架和滾筒式采煤機(jī)為主體的綜合采煤機(jī)械化設(shè)備的引進(jìn)并投入煤礦生產(chǎn)，進(jìn)一步提高采煤工作面供電電壓，以適應(yīng)煤礦生產(chǎn)需要的問題又被提到議事日程。這時(shí)候的煤礦供電系統(tǒng)升級(jí)到1140V供電。1988年原煤炭工業(yè)部明確提出了建設(shè)高產(chǎn)高效礦井的目標(biāo)，同時(shí)，組織專門力量開展了進(jìn)一步提高煤礦井下供電電壓的可行性研究，經(jīng)過調(diào)查研究和反復(fù)論證，并吸收了國外煤礦井下工作面電壓升級(jí)的經(jīng)驗(yàn)，1991年l1月確定將我國煤礦綜采工作面供電電壓由1140 V提高為3300V，并將“井下采區(qū)3300V供電系統(tǒng)”作為國家“八五”期間重點(diǎn)項(xiàng)目“日產(chǎn)萬噸綜采設(shè)備”的一個(gè)子項(xiàng)目，組織煤炭科研機(jī)構(gòu)和煤機(jī)廠開展相關(guān)的研究工作。而提升機(jī)作為礦井方面必不可缺少的器械，相應(yīng)的供電方式也從380V提升到660V再到后續(xù)的1140V，以適應(yīng)煤礦的采掘運(yùn)輸以及井上與井下的連接。隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，礦井方面的技術(shù)也是在迅速的發(fā)展和不斷的更新。礦用提升機(jī)是煤礦、有色金屬礦等生產(chǎn)過程中的重要設(shè)備，提升機(jī)的安全性、可靠性和有效的高速運(yùn)行，直接關(guān)系到企業(yè)的生產(chǎn)狀況以及直接的經(jīng)濟(jì)效益，所以如何選擇礦用提升機(jī)的供電與控制方式是值得我們?nèi)ヌ接懙摹?981年第一臺(tái)用同步機(jī)懸臂傳動(dòng)的提升機(jī)在德國礦問世，1988年由和西門子合作制造的機(jī)電一體的提升機(jī)(習(xí)慣稱為內(nèi)裝電機(jī)式)在德國礦誕生，這是世界上第一臺(tái)機(jī)械和電氣融合成一體的同步電機(jī)傳動(dòng)提升機(jī)。早在上世紀(jì)七十年代，國外就將可編程控制器(PLC)應(yīng)用于提升機(jī)控制。計(jì)算機(jī)和PLC的應(yīng)用，使提升機(jī)自動(dòng)化水平、安全、可靠性都達(dá)到了一個(gè)新的高度，并提供了新的、現(xiàn)代化的管理、監(jiān)視手段。就在國外科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)發(fā)展的時(shí)候，我國提升機(jī)供電控制系統(tǒng)很長時(shí)間都處于落后的狀況。和國外相比，我們存在很大的差距。礦井提升系統(tǒng)具有環(huán)節(jié)多、控制復(fù)雜、運(yùn)行速度快、慣性質(zhì)量大、運(yùn)行特性復(fù)雜的特點(diǎn)，且工作狀況經(jīng)常交替轉(zhuǎn)換。所以合理供電以及如何選擇正確的供電方式是必須解決的問題。所以提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的研究一直是社會(huì)各屆人士共同關(guān)注的一個(gè)重大課題。合理的運(yùn)用調(diào)速控制方式能有效的提高經(jīng)濟(jì)效益減少資源的浪費(fèi)和資源的合理利用。 電機(jī)控制方式的發(fā)展現(xiàn)狀隨著全球機(jī)械技術(shù)、煤礦安全技術(shù)、電力電子技術(shù)、電機(jī)拖動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，礦用提升機(jī)也在不斷的更新?lián)Q代，新的控制方式的出現(xiàn)預(yù)示著以前的控制方式的不成熟新的控制方式將會(huì)逐步替代原有的控制方式使得其適應(yīng)現(xiàn)在的技術(shù)發(fā)展。一步一步的更新，預(yù)示著提升機(jī)調(diào)速方式的飛速發(fā)展和礦用行業(yè)的日新月異。因而新出現(xiàn)的基于轉(zhuǎn)差頻率的調(diào)速控制方式逐漸取代了不能滿足生產(chǎn)需要的電磁離合器調(diào)速控制方式。特別是近年來我國加大礦山的開采力度，大功率大容量的礦用提升機(jī)需求也越來越多，大功率的交交變頻系統(tǒng)和大功率的交直交交流系統(tǒng)應(yīng)用越來越多。這是近年來大力發(fā)展的一種控制調(diào)速方式，具有很大的發(fā)展前景。只是不同大小的系統(tǒng)其運(yùn)用的供電方式和控制方式會(huì)不同而已，所以提升機(jī)的供電控制方式對(duì)于當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展是值得我們?nèi)パ芯康?。但從上世紀(jì)80年代以來，隨著電力電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展以及各種高性能電力電子功率器件產(chǎn)品的相繼出現(xiàn)，阻礙交流調(diào)速技術(shù)發(fā)展的一些因素慢慢被克服，原直流調(diào)速系統(tǒng)領(lǐng)先的一些技術(shù)性能，如寬廣的調(diào)速范圍、較高的穩(wěn)速精度、快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和四象限運(yùn)行等方面，已逐漸在交流調(diào)速系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。因此，交流調(diào)速在電氣傳動(dòng)領(lǐng)域中已占有越來越重要的地位。交流電機(jī)調(diào)速方法可分為兩大類：變同步速調(diào)速（包括變極和變頻）和變滑差調(diào)速（定子調(diào)壓，轉(zhuǎn)子串電阻及轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速等）。變頻調(diào)速是一種改變電機(jī)定子供電頻率來實(shí)現(xiàn)改變電機(jī)同步轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速方法。變頻的調(diào)速的優(yōu)越性早在20世紀(jì)20年代就被人們認(rèn)識(shí)，但是到了20世紀(jì)50年代中期才隨著晶閘管的發(fā)明而廣泛的應(yīng)用。交流變頻調(diào)速系統(tǒng)在調(diào)速時(shí)和直流電動(dòng)機(jī)變壓調(diào)速系統(tǒng)相似，機(jī)械特性基本上平行上下移動(dòng)，而轉(zhuǎn)差功率不變。變頻調(diào)速系統(tǒng)目前廣泛應(yīng)用的是轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制的調(diào)速系統(tǒng)，也稱為恒V/F控制。轉(zhuǎn)速開環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)可以滿足一般的平滑調(diào)速要求，但是靜、動(dòng)態(tài)性能都有限，要提高靜、動(dòng)態(tài)性能，首先要用帶轉(zhuǎn)速反饋的閉環(huán)控制。轉(zhuǎn)差頻率控制是從異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路和轉(zhuǎn)矩公式出發(fā)的，因此保持磁通恒定也只在穩(wěn)態(tài)情況下成立。因此，如何在動(dòng)態(tài)過程控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，是影響系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的關(guān)鍵。異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型是一個(gè)高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)，對(duì)其最有效的控制首推20世紀(jì)70年代提出的矢量控制技術(shù)。其原理是利用坐標(biāo)變換技術(shù)，實(shí)現(xiàn)定子電流勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量的解耦，在理論上使得交流電機(jī)與直流電機(jī)一樣分別對(duì)勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量進(jìn)行獨(dú)立的控制，從而得到像直流電機(jī)一樣的動(dòng)態(tài)性能。德國魯爾大學(xué)教授1985年首先提出異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法（DTC）。直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，讓電機(jī)的磁鏈?zhǔn)噶垦亓呅芜\(yùn)動(dòng)。應(yīng)用這種理論，可以方便的直接控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩的增長率，從而獲得快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。 本課題研究的主要內(nèi)容本文通過查閱的資料和文獻(xiàn)閱讀，對(duì)礦用提升機(jī)的供電與控制方式進(jìn)行了詳細(xì)的綜述。緊接著分別在兩種類型的主電路分別對(duì)其控制方式（基于滑差電磁離合器的調(diào)速方式、基于轉(zhuǎn)差頻率控制的調(diào)速方式、基于磁場(chǎng)定向的矢量控制的調(diào)速方式）進(jìn)行比較，并且區(qū)分于供電電源的類型分為直流型電源和交流型電源進(jìn)行分類。 本章小結(jié)本章詳細(xì)介紹了課題研究的背景和研究意義，并對(duì)現(xiàn)階段提升機(jī)供電方式和控制方式的發(fā)展進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。第二章 供電方式的比較研究 配電系統(tǒng) TN系統(tǒng)圖21 （a）TNC系統(tǒng) (b)TNS系統(tǒng) （c）TNCS系統(tǒng)TN系統(tǒng)的中性點(diǎn)直接接地，所有設(shè)備外露可導(dǎo)電部分均接公共的保護(hù)線（PE線）或者接公共的保護(hù)中性線（PEN線）。TN系統(tǒng)又分為TNC系統(tǒng)、TNS系統(tǒng)、TNCS系統(tǒng)。（1）TNC系統(tǒng)如圖21（a）所示，N線和PE線合成一條PEN線。若PEN線斷線，還會(huì)造成斷線點(diǎn)后面接PEN線的設(shè)備的外露部分會(huì)導(dǎo)電從而造成人身安全危險(xiǎn)。但是并不適用于對(duì)人身安全和抗電磁干擾要求較高的場(chǎng)所。PE線斷時(shí)正常情況下不會(huì)使斷線點(diǎn)后面接PE線的設(shè)備外露可導(dǎo)電部分導(dǎo)電；但在斷線點(diǎn)后邊有設(shè)備發(fā)生一相接殼故障的時(shí)候，將使斷線點(diǎn)后面接PE線的設(shè)備外露可導(dǎo)電部分帶電，造成人身觸電危險(xiǎn)。（3）TNCS系統(tǒng)此系統(tǒng)前部分為TNC系統(tǒng)，后面有一部分為TNC系統(tǒng)，還有一部分為TNC系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)綜合了TNC系統(tǒng)、TNS系統(tǒng)的特點(diǎn)故比較靈活。圖22 TT系統(tǒng)從圖中可以看到TT系統(tǒng)中各設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分的接地PE線是分開的，之間并沒有電氣聯(lián)系，故不會(huì)發(fā)生電磁干擾問題。但是在該系統(tǒng)出現(xiàn)絕緣不良引起漏電的時(shí)候，由于電流較小可能不足以使線路過電流保護(hù)，從而使漏電部分長期帶電，增加了觸電的危險(xiǎn)，故要使用該系統(tǒng)必須加裝靈敏度較高的漏電保護(hù)裝置，以確保人身安全。IT系統(tǒng)沒有N線因此不適用于接額定電壓為系統(tǒng)相電壓的單項(xiàng)用電設(shè)備，只能接額定電壓為系統(tǒng)線電壓的單相設(shè)備和三相設(shè)備。由于IT系統(tǒng)中設(shè)備外露可導(dǎo)電部分的接地PE線也是彼此分開的，并無電氣聯(lián)系，所以也不會(huì)產(chǎn)生電磁干擾問題。IT系統(tǒng)主要用于對(duì)連續(xù)供電要求較高和有易燃易爆危險(xiǎn)的場(chǎng)所，例如礦山，井下場(chǎng)所的供電。隨著煤礦高產(chǎn)高效技術(shù)的發(fā)展,大量大型采掘設(shè)備、大功率提升、排水設(shè)備被廣泛采用,工作面走向長度不斷加大,供電距離不斷延長,礦井特別是井下電氣負(fù)荷急劇增加。從現(xiàn)實(shí)的實(shí)際情況來看，現(xiàn)在仍有很多煤礦地面供電大多采用380V供電，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，礦井生產(chǎn)能力越來越大，造成單臺(tái)電機(jī)容量增大，用電負(fù)荷增大，從而導(dǎo)致電壓降增大，電能損耗增加，電纜截面不足等問題；380V供電從經(jīng)濟(jì)技術(shù)上已不合理，已不能滿足配電的要求，需提高電壓等級(jí)。這也體現(xiàn)了660V供電系統(tǒng)的廣泛運(yùn)用性。并且660V供電在一定程度上減少了變壓器的數(shù)量，簡化了工廠的配電系統(tǒng)，提高了供電的可靠性；可以縮小電纜截面， %，節(jié)約有色金屬1/3左右，減少資源的運(yùn)用量，可降低功率損耗及短路電流值，660V供電明顯的提高了工作效率，使之在同一時(shí)間內(nèi)擁有了更大的效率，這對(duì)于企業(yè)來說是一種很有效的提高效率的渠道。在保持線路壓降相同的條件下。因此，目前井下不接地系統(tǒng)采用電壓型漏電保護(hù)，只要出現(xiàn)接地就無選擇性的保護(hù)跳閘，由于電壓型漏電保護(hù)，不能直接顯示故障點(diǎn)，因而，給發(fā)現(xiàn)和處理故障帶來困難。（2）中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)：目前我國低壓電力系統(tǒng)大都采用中性點(diǎn)直接接地方式，設(shè)計(jì)意圖是，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地短路就立即切除短路故障點(diǎn)，但是由于現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜條件的存在，往往保證不了這一要求，假設(shè)電相接地短路的條件比較好，短路電流能夠正常切處故障點(diǎn)，但因單相短路電流過大，將損傷低壓電器，目前我國一般控制電器經(jīng)受不起單相短路電流的沖擊，因?yàn)榈蛪弘娖髦圃鞓?biāo)準(zhǔn)允許其接點(diǎn)產(chǎn)生熔焊，所以在單相短路時(shí)，相關(guān)器件可能出現(xiàn)熔焊現(xiàn)象，而不利于故障后迅速恢復(fù)生產(chǎn)，只能起到不擴(kuò)大事故的作用，因此，一旦單相接地短路跳閘，生產(chǎn)突然停止，將可能帶來意外的損失。（3）中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的系統(tǒng)：中性點(diǎn)接入電阻后，單相接地故障時(shí)故障電流比中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)增加不大，非接地相對(duì)地電壓限制在線電壓值之內(nèi)，并抑制了相、地電容藕合作用，防止了接地事故造成的過電壓，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，從而還可以運(yùn)行在電相接地事故下不跳閘的狀況。 660V與1140V供電技術(shù)比較(1）供電質(zhì)量的提升供電電壓從660V提升至1140V，供電電壓提高了，增加了電網(wǎng)的輸送能力，也保證了供電質(zhì)量。從式（21）中可看到,在輸電質(zhì)量和功率因數(shù)不變的情況下,輸電能力與電壓的平方成正比。對(duì)于大型現(xiàn)代化礦井,提高電網(wǎng)送電能力,保證電源質(zhì)量已成為礦井供電的關(guān)鍵。（2）減少線路損耗。電壓損耗 （22）式中: 為線路長度；為供電電壓；為通過線路的輸送有功功率；為通過線路輸送的無功功率；為輸電線路的阻抗；為線路的電抗。在電壓損耗不變且輸送功率、不變的情況下,供電距離與供電電壓也成正比。（3）減少供電電流。為供電電壓。（4） 節(jié)約投資,減少設(shè)備、電纜投入量。這樣,采區(qū)存在兩種電壓等級(jí),兩種供電系統(tǒng),因此,必須有開關(guān)、變壓器、電纜組成的兩種系統(tǒng)在運(yùn)行。(5） 減少了電纜數(shù)量、長度、截面。同時(shí),由于供電距離加長和供電電流的減少,使投入電纜的長度、截面得到減少。簡化了各種保護(hù),減少電網(wǎng)事故,提高運(yùn)行安全、可靠程度。第三章 控制方式工作原理 基于滑差電磁離合器的調(diào)速方式 滑差電磁離合器的工作原理滑差電磁離合器又稱電磁轉(zhuǎn)差離合器，主要由電樞和磁極兩個(gè)旋轉(zhuǎn)部分組成。圖31為電磁轉(zhuǎn)差離合器的示意圖。若勵(lì)磁電流,則磁極與電樞二者之間就有了磁的聯(lián)系，其磁力線就如圖32（b）中所示，由于電樞與磁極之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，電樞上的繞組在磁場(chǎng)的作用下要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)并產(chǎn)生電流，對(duì)著N極的繞組條的電流流出紙面，對(duì)著S極的則流入紙面