【正文】 故障往往造成機毀人亡。 礦井提升機是聯(lián)系礦井井下和地面 的 工 作機械。 按 工 作方式分類如 下 : 1. 纏繞式提升 機 : 纏繞式提升機的主要部件有主 軸 、 卷 筒 、主 軸 承、 調(diào)繩離合器、減速器、深度指示器和制動器等。鋼絲繩的一端固定在卷筒上 ， 另 一端 繞過天輪與提升容器相 連 : 卷筒轉(zhuǎn)動 時 ， 鋼絲繩向卷 筒上纏繞或放 出 ，帶 動提升容 器 升降 。兩根鋼絲繩各固定在一 個 卷筒上，分別從卷筒 上 、 下方引出，卷筒轉(zhuǎn)動時，一個提升容器上 升 ， 另 一個容器下降。等直徑卷筒的結(jié)構(gòu)簡 單 ， 制造容 易 ， 價格低，得到普遍應(yīng)用。 (2) 多繩纏繞式提升 機 : 提升機在超深井運行中，尾繩懸垂長度變化 大，提升鋼絲繩承受很大交變應(yīng)力，影響鋼絲繩壽 命 。 2. 摩擦式提升機 畢業(yè)設(shè)計 (論文〉 4 多繩摩擦式提升機具有安全性 高 、 鋼絲繩直徑細(xì)、 主 導(dǎo) 輪直徑小、設(shè) 備重量 輕 、 耗電少、價格 便 宜 等 優(yōu) 點 ， 發(fā)展很快。 3. 內(nèi)裝式提升機 AEG 公司生產(chǎn)的內(nèi)裝式提升 機 ， 將 提 升 主電機與滾筒合為一 體 ， 即轉(zhuǎn) 子固 定 ， 轉(zhuǎn)動的定子充當(dāng)滾 筒 ， 使機構(gòu)大為簡 化 ， 占地面積 小 ， 制造成本 低 。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā) 展 ， 礦井提升調(diào)速系統(tǒng)也在不斷完 善 ， 歸結(jié) 起來礦井提升機調(diào)速系統(tǒng)可簡單的分為 以 下 幾 種 : (1)繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子回路串金屬電阻調(diào)速系統(tǒng) 電動機轉(zhuǎn) 速調(diào) 節(jié)是靠改變轉(zhuǎn)子回路串聯(lián)的附加電阻來實現(xiàn)的。它是有 級 調(diào) 速 ， 并 且 調(diào) 速時能耗很 大 ， 屬 轉(zhuǎn)子功率消耗型調(diào)速。 (2) 晶閘 管 電動機 (SCRD) 直流低速直聯(lián)拖動系統(tǒng) 部分發(fā)達國家原有的交流提升機己基本上被 晶 閘管 電動機 (以 下 簡稱 SCRD) 所取代。如 AEG 公司采 用低速直聯(lián)的 SCRD 系 統(tǒng) ， 電機功率 3000kw， 額定轉(zhuǎn)速 55. 8r/min， 滾筒 直徑 6. 旬 ， 提 人 速度 17m/s ， 提物速度 20m/ s ， 提 升 高度 1200m， 具有完善 的保護系 統(tǒng) : 采用磁場反并 聯(lián) ， 有平波 電抗器及 臥 式 深度發(fā)送裝 置 : 采用 積分給定與行程給定相結(jié)合的雙重給定 信 號 : 主回路采用兩組三相橋組成 12 脈動順抗整 流 ， 大大 提 高 了功率因數(shù) 。此 畢業(yè)設(shè)計 (論文〉 5 類系統(tǒng)的優(yōu)點 在 于 :體積 小 ， 重量 輕 ， 占地面積 小 ， 安裝方 便 ， 建筑費用 低 。其缺點 在 于 :功率因數(shù) 低，如三相 橋 平 均功率因數(shù)只有 0 . 45 左 右 。這些缺點可采用順序控制和多脈沖整流的方法以及在電網(wǎng)上加諧 波濾波器等措施使其抑制在一定的允許范圍內(nèi)。 b 沒有整 流 子 和碳刷這一薄弱環(huán) 節(jié) ， 保 證了電機的可靠運行和降 低 了 運行消 耗 。 d 動態(tài)品質(zhì) 好 ， 系統(tǒng)可 在 四 象 限 平 滑過渡和無級調(diào) 速 。 f 同步機的價格和有色金屬的消耗 低 于 直流 機 。 這種拖動系統(tǒng)的缺點 是 :a 必須有專用的變頻電 源 。 c 高次諧波對電網(wǎng)有影 響 ， 需在 電網(wǎng)上加濾波器等補償措施加以緩解。目 前 ， 國外己經(jīng)達到相當(dāng)成熟的階 段 ， 使整 個 拖動控制產(chǎn)生一次重大的變革。 由 于 微 機 功能 強 ， 使用靈 活 ， 運算速度 快 ， 監(jiān)視顯示易 于 實 現(xiàn) ， 并具有診斷功 能 ， 這是 采用模擬控制無法實現(xiàn)的。采用 微 機 控 制 ， 可通過采集各種傳感信 號 ， 如轉(zhuǎn) 角脈沖變 換 、 鋼絲繩打 滑 、 井筒位置、滾筒及鋼絲繩磨損等信號進行處 理 ， 計算出準(zhǔn)確的位置而施以控制和保護。提升過程采用微機 主要完成如下參數(shù)的監(jiān) 視 : a 提升過程中 各 工 況參數(shù) (如速 度 、 電流 )監(jiān)視 。 c 各傳感器信號的監(jiān)視。 d. 安全回路 安全回 路 旨 在出現(xiàn)機械、電氣故障時控制提升機進入安全保護狀態(tài)。 b 二次不能開 車 ， 如電機繞組過熱、制動油過 熱 等 。 d 立即進行安全制 動 ， 如 過卷、超 速 等 。 f. 全數(shù) 字 化調(diào)速控制系統(tǒng) 全數(shù)字化系統(tǒng)具有硬件結(jié)構(gòu)單 一 ， 參數(shù)穩(wěn)定且調(diào)整方 便 ， 可方便地與 上位機聯(lián) 網(wǎng) 等 優(yōu)點。 國內(nèi)礦井提升機的發(fā)展 目 前 ， 我國礦井提升機 90%以上是采用單機容量在 1000KW 以 下 傳統(tǒng) 的交流異步電機拖 動 ， 采用轉(zhuǎn)子串電阻調(diào) 速 ， 由繼電器一接觸器構(gòu)成邏輯 控制裝置。傳 統(tǒng)的交流拖動系統(tǒng)的顯著缺點 是 :調(diào)速性能 差 ， 調(diào)速時能量要大量消耗在電阻 上 ， 給定方式落 后 ， 控制精度 低 ， 安 全 保護和監(jiān)測環(huán)節(jié)不完善，安全可靠 性 差 ，維 護 工 作量 大 ， 而且運行不經(jīng)濟。 對 于 我國的礦井 提 升 機 ， 實現(xiàn)高精度行程控制和制動控制 系統(tǒng)安全可靠是一個急待解決的課題。 畢業(yè)設(shè)計 (論文〉 8 第 2 章礦井提升機調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計 提升機電氣控制系統(tǒng)要求及組成 提升機控制系統(tǒng)方案的選用應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝的要求速度圖。提升機電氣傳動系統(tǒng)的給定速 度 u=f (t) 如圖 21 所 示 ， 根據(jù)動力學(xué)方程式 : Td=T eTi= Tn *e /375 (21) 式中 Te電動機電動力 矩 。 Tn傳動系統(tǒng)的 飛輪力 矩 ， Tn=4gJ， 其中 J 為轉(zhuǎn)動慣量 (kg ? m汀 ， g 為重力加速 度 ， Td傳 動系統(tǒng)的動態(tài)轉(zhuǎn)矩 ， e加速度。 速 度 F a Ft.， 畢業(yè)設(shè)計 (論文〉 9 Fd 圖 21 提升機傳動系統(tǒng)給定速度圖、力圖 提升機的負(fù)載靜力 FL 決 定 于 提 升 機滾筒承受的靜張力 差 ， 在雙罐籠的 平衡提升系統(tǒng) 中 ， 靜力 FL 也就是 提 升 物體的凈載重。因此在電動 機 不 帶電肘 ， 為了使重的罐籠 處 于 靜止?fàn)顟B(tài) (便 于 罐籠的裝卸載 )， 對滾筒必須施 加 機 械閘。這意味著電 動 機 不僅 要 工 作在電動狀 態(tài) ， 還應(yīng) 能 工 作在制動狀態(tài)。 綜合以上提升機的運行特點以及礦山生產(chǎn)固有的特 點 ， 提升 機 工 藝對提升 機電控系統(tǒng)的要求如下 : (1)加 (減 )速度符合國家有關(guān)安全生產(chǎn)規(guī)程的規(guī)定。 (2) 具有良好的調(diào)速性能。 提 升 機 不 同 于 其 他 機 械穩(wěn)定運行的要求 。 (4) 特 性 曲 線要硬。迅速安全制動停 車 ， 即所謂要具備 挖 土 機 機 械特性。要能夠方便的進 行 自 動、 半 自 動 、 手 動 、 驗 繩、調(diào) 繩 等 工 作方式 的轉(zhuǎn)換，操作方便，控制靈 活 ， 不 至 于 因 工 作方式的 畢業(yè)設(shè)計 (論文〉 10 轉(zhuǎn)換影響正常生產(chǎn)。具備必要的連鎖和安全保護環(huán) 節(jié) ， 確保系統(tǒng)安全運行，盡量節(jié)約 能源和降低運轉(zhuǎn)費用。主電機通過減速器向卷筒提 供 牽 引所需的動力。變頻調(diào)速裝置本身具有過壓、欠壓、過流、過負(fù)荷、缺相、超溫 等 保護，同時配合來自現(xiàn)場的各種信號傳感器的監(jiān)視及相應(yīng)處理，可實現(xiàn) 絞車過卷、過速、減速、限 速 等重 要 保護功 能 ， 滿足安全規(guī)程要求。 是動力裝置的能量供給單元，通過它可將輸 入 工 頻電能轉(zhuǎn)換成頻率可調(diào)的 電能提供給交流電動機，以達到控制交流電動機轉(zhuǎn)速的目的。 監(jiān)控系 統(tǒng) : 是操作人員和控制系統(tǒng)及運輸系統(tǒng)之間的橋梁，它可以在 線監(jiān)測提升機運輸系統(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)。 監(jiān)控系統(tǒng) 液壓系統(tǒng) 潤滑系統(tǒng) 保護系統(tǒng) 操作臺 測速系統(tǒng) PLC控制系統(tǒng) 圖 22 變頻調(diào)這控制系統(tǒng)圖 電源 變頻器 變頻調(diào)速基本原理 變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機轉(zhuǎn)速 與 工 作電源輸入頻率成正比 的關(guān)系，三相異步電動機的轉(zhuǎn)速公式為 : 畢業(yè)設(shè)計 (論文〉 12 n=n1(1 s)=60f(1s)/p ( 21) 式中 n一 電機的轉(zhuǎn) 速 ， r/min nl… 同步轉(zhuǎn)速 ， r/min p一 電機磁極對數(shù) s一電機 轉(zhuǎn) 差 率 ， % ι頻 率 ， Hz 由公式 ( 21)可知變頻調(diào)速是通過改變電動機定子電源頻率達 到改變 電動機轉(zhuǎn)速的目的。然而 V/F 控制是一種開環(huán)的控制 方式，速度動態(tài)特性 較 差 ， 電機轉(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)載的不同來進行相應(yīng)的調(diào) 整 ， 特別是低速時 由 于 定子電阻和 逆變 器 等 器件開關(guān)延時的存在，系統(tǒng)可能會發(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 所 。但是采用 此法的電動機調(diào)速系統(tǒng)只能是單機運行，同時 轉(zhuǎn) 差 頻率控制未能實施對電 機瞬時轉(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 對響應(yīng)的快速性要求不高的系統(tǒng)。 目 前 ， 實用中多采用 轉(zhuǎn) 差 頻率矢量控制， 由 于 其沒有實現(xiàn)直接磁通的閉環(huán) 畢業(yè)設(shè)計 (論文〉 13 控 制 ， 無 需檢測出磁 通 ， 因而容易實現(xiàn)。 (4) 直接轉(zhuǎn)矩控制 直接轉(zhuǎn)矩控制也是一種轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制方 法 ， 其克服了坐 標(biāo)變換和解棋 運算的復(fù)雜 性 ， 直接對轉(zhuǎn)矩進行控 制 ， 通過轉(zhuǎn)矩 誤 差 、 磁通控制 誤 差 ， 按 一定的 原 則 選擇逆變器開關(guān)狀 態(tài) ， 控制施加在定子端的三相電壓 ， 調(diào)節(jié)電 機 的轉(zhuǎn)速和輸出功 率 ， 達到控制電機轉(zhuǎn)速的目的。 但是也存在不足之 處 ， 其 最大的困難就 在 于 低速 性 能 不 理想。相比較 而 言 ， 交流異步電機具有環(huán)境適應(yīng)能力 強 、 過流能力大、牢固耐用、結(jié)構(gòu)簡 單 、 容易維護及價格低 廉 等 優(yōu) 點 ， 但異步 電 機 的調(diào)速性能難以滿足生產(chǎn)要 求 。近年來，電力電子技術(shù)的發(fā)展 和 DSP 微處理器的推 出 ， 更為高性能交流調(diào)速系統(tǒng)的實現(xiàn)奠定了基 礎(chǔ) ， 目 前己經(jīng)進入了實 用 化 階 段 ， 作為眾 多 調(diào) 速方案之一的變頻調(diào) 速 ， 其 發(fā)展不 超過 40 年 ， 卻取得 了 長 足的進 步 ， 變 頻 調(diào) 速以其節(jié)能和可 平 滑 調(diào) 速 ， 調(diào) 速 范圍 寬 等 優(yōu)點得到了廣泛的應(yīng)用。 第 二 個 階段是矢量變換控 制 ， 它的方法是模擬直流電 動 機 的控制特點 來進行交流電 動 機 的控 制 ， 通過電機統(tǒng)一理論和坐標(biāo)變換理 論 ， 把交流電 動機定子電流分解成磁場定向坐標(biāo)的磁場電流分量和與之相垂直的坐標(biāo)轉(zhuǎn) 矩電流分量，把固定的坐標(biāo)系變換為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系解稿 后 ， 交流量的控制變 為直流量的控 制 ， 于 是等 同 于 直流電 動 機 。 提 升 機 控制系統(tǒng)的硬件由模擬技術(shù)轉(zhuǎn)向數(shù)字技 術(shù) ， 全數(shù)字變頻技術(shù)應(yīng) 用 于 提 升 機 控 制 。采用現(xiàn)代智能控制技術(shù)實現(xiàn)速度電流閉環(huán)調(diào) 節(jié) ， 使減速階段在各種條件下均可嚴(yán)格按照給定的速度圖運 行 ， 使交流拖動在 減速段達到直流拖動 的 調(diào) 速性 能 ， 減速段到爬行段過渡 平 滑。采用矢量控 制技術(shù)零速起動 轉(zhuǎn)矩達 150% ， 確保低速爬行時的啟動與運行特 性 ， 輸出頻率跟隨給定頻 率 ， 并且頻率與電流值可準(zhǔn)確指示出來。采用直接轉(zhuǎn)矩控制可改善低頻特 性 ， 普通變頻器雖然可以輸出較 低的頻 率 ， 但輸出力矩 小 ， 特性較 軟 ， 應(yīng) 用 于 提 升 位能負(fù)載 時 ， 起動瞬間 總要溜車。完全避免了重載坡起時溜車的現(xiàn)象。通過控制器的控 制 ， 變頻器的輸出頻率 可以連續(xù)調(diào) 節(jié) ， 實現(xiàn)無 級 調(diào) 速 ， 使電動機起動電流小、動負(fù)荷小、調(diào) 速 平 滑且無沖擊。電動機在自然特性上運轉(zhuǎn)時的外特性 硬 ， 轉(zhuǎn)速隨負(fù) 畢業(yè)設(shè)計 (論文〉 15 載變化小?？墒?提 升 機的起 動 、 制 動 、 反轉(zhuǎn)和調(diào)速過程的時間 降至最 少 ， 具有良好的動態(tài)品質(zhì)。 (5) 節(jié)電效果顯著。 .直 交 PWM 變頻器主回路簡介 AV Y 常用的交 ， 直 交 PWM 變頻器主回路結(jié)構(gòu)如圖 23 所 示 ， 左邊 是 不 可控 整流 橋 ， 將三相交流電整流成電壓恒定的直流電 壓 ， 右邊