第九章提升機(jī)的電力拖動(dòng)

第九章提升機(jī)的電力拖動(dòng)

與控制

主講姚曉娟第一節(jié)提升機(jī)電力拖動(dòng)常用的三類：交流繞線式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)和交流同步電動(dòng)機(jī)一、交流繞線式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)繞線式電動(dòng)機(jī)的介紹：屬于交流異步電動(dòng)機(jī)的一種，和鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)最大的區(qū)別是轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同。和直流他勵(lì)電機(jī)相比優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，價(jià)格較低。主要用于副井的提升系統(tǒng)。調(diào)速系統(tǒng)采用附加電阻，損耗較大，爬行階段控制不理想，不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。電機(jī)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子回路串接電阻起動(dòng)。

繞線式三相異步電動(dòng)機(jī)可以在轉(zhuǎn)子回路中串入電阻進(jìn)行起動(dòng)，這樣就減小了起動(dòng)電流。一般采用起動(dòng)變阻器起動(dòng)，起動(dòng)時(shí)全部電阻串入轉(zhuǎn)子電路中，隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸加快，利用控制器逐級(jí)切除起動(dòng)電阻，最后將全部起動(dòng)電阻從轉(zhuǎn)子電路中切除。二、直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)原理介紹：他勵(lì)直流電機(jī),定子線圈是勵(lì)磁繞組,用來(lái)勵(lì)磁的.勵(lì)磁意思是建立磁場(chǎng).

他勵(lì)直流電機(jī)是相對(duì)其它類型直流電機(jī)說(shuō)的，他勵(lì)直流電機(jī)勵(lì)磁繞組和轉(zhuǎn)子繞組分別單獨(dú)供電,需要兩個(gè)電源。其它直流電機(jī)只需一個(gè)電源.特點(diǎn)：利用改變直流電動(dòng)機(jī)外加電壓的方法來(lái)調(diào)速，調(diào)速性能好，低速爬行控制階段很理想。轉(zhuǎn)速與負(fù)載無(wú)關(guān)，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。原理圖3、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速：由機(jī)械特性方程：可知，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)有3種方法可以調(diào)速：（1）改變電樞電壓；（2）改變勵(lì)磁電流，即改變主磁通；（3）電樞回路串入調(diào)節(jié)電阻。1）降低電樞電壓調(diào)速：因?yàn)殡姍C(jī)在正常工作時(shí)，電樞電壓不能超過(guò)額定電壓，所以，采用向下調(diào)速。很顯然，在這里，只改變了，所以我們將得到一系列平行與固有特性的曲線。如圖：特點(diǎn)：改變電樞電壓調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方法具有較好的調(diào)速性能。由于調(diào)電壓后，機(jī)械特性的“硬度”不變，因此有較好的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性，調(diào)速范圍較大，同時(shí)便于控制，可以做到無(wú)級(jí)平滑調(diào)速，損耗較小。在實(shí)際工程當(dāng)中，常常采用這種方法。缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)速只能由額定電壓對(duì)應(yīng)的速度向低調(diào)。此外，應(yīng)用這種方法時(shí)，電樞回路需要一個(gè)專門的可調(diào)壓電源，過(guò)去用直流發(fā)電機(jī)-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，由于電力電子技術(shù)的發(fā)展，目前一般均采用可控硅調(diào)壓設(shè)備—直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。2）弱磁調(diào)速：這種調(diào)速方法的特點(diǎn)是由于勵(lì)磁回路的電流很小，只有額定電流的（1～3）%，不僅能量損失很小，且電阻可以做成連續(xù)調(diào)節(jié)的，便于控制。其限制是轉(zhuǎn)速只能由額定磁通時(shí)對(duì)應(yīng)的速度向高調(diào)，而電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速要受到電機(jī)本身的機(jī)械強(qiáng)度及換向的限制。3）電樞回路串電阻調(diào)速：電樞回路串聯(lián)電阻越大，機(jī)械特性的斜率越大，因此在負(fù)載轉(zhuǎn)矩恒定時(shí)，即為常數(shù)，增大電阻，可以降低電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。直流電動(dòng)機(jī)上述三種調(diào)速方法中，改變電樞電壓和電樞回路串電阻調(diào)速屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，而弱磁調(diào)速屬于恒功率調(diào)速。

控制過(guò)程TD系列交流同步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)ZD系列直流電動(dòng)機(jī)供電ＺＦ系列直流發(fā)電機(jī)Ｆ－－－Ｄ系統(tǒng)特點(diǎn)：需要交流同步電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)，還需要設(shè)有勵(lì)磁機(jī)。設(shè)備費(fèi)用高，占地面積大，能耗大，運(yùn)行效率低，維護(hù)困難等缺點(diǎn)，逐步淘汰?？煽毓韫╇妼Ｓ弥绷麟妱?dòng)機(jī)SCR－Ｄ系統(tǒng)目前廣泛使用。單相半波可控整流電路及波形工作過(guò)程和特點(diǎn)：（1）在U2的正半周，VT承受正向電壓，0～ωt1期間，無(wú)觸發(fā)脈沖，VT處于正向阻斷狀態(tài)，UVT＝U2，Ud=0;（2）ωt1以后，VT由于觸發(fā)脈沖UG的作用而導(dǎo)通，則Ud=U2,UVT=0,Id=U2/R，一直到π時(shí)刻；（3）π～2π期間，U2反向，VT由于承受反向電壓而關(guān)斷,UVT=U2,Ud=0。以后不斷重復(fù)以上過(guò)程。特點(diǎn)：為單拍電路，易出現(xiàn)變壓器直流磁化，應(yīng)用較少。電路接反電動(dòng)勢(shì)—電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形

單相橋式全控整流電路（單相全控橋）

三、交流同步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)與直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)相比：制造簡(jiǎn)單、造價(jià)低，電動(dòng)機(jī)效率高，維修簡(jiǎn)單，噪聲小等優(yōu)點(diǎn)，采用晶閘管交變交變頻供電，可實(shí)現(xiàn)主井箕斗提升自動(dòng)化和副井罐籠提升半自動(dòng)化。變頻技術(shù)主要有以下幾種類型：

1）交—直變頻技術(shù)（即整流技術(shù)）。它通過(guò)二極管整流、二極管續(xù)流或晶閘管、功率晶體管可控整流實(shí)觀交—直流轉(zhuǎn)換。

2）直—直變頻技術(shù)（即斬波技術(shù)）。它通過(guò)改變功率半導(dǎo)體器件的通斷時(shí)間，即改變脈沖的頻率（定寬變頻），或改變脈沖的寬度（定頻調(diào)寬），從而達(dá)到調(diào)節(jié)直流平均電壓的目的。

3）直—交變頻技術(shù)（即逆變技術(shù)）。振蕩器利用電子放大器件將直流電變成不同頻率的交流電（甚至電磁波）。逆變器則利用功率開關(guān)將直流電變成不同頻率的交流電。

4）交—交變頻技術(shù)（即移相技術(shù)）它通過(guò)控制功率半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通與關(guān)斷時(shí)間，實(shí)現(xiàn)交流無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)、調(diào)壓、調(diào)光、調(diào)速等目的。

第二節(jié)提升機(jī)的電氣制動(dòng)系統(tǒng)一、電氣制動(dòng)系統(tǒng)的類型和特點(diǎn)１、發(fā)電制動(dòng)。三相異步電動(dòng)機(jī)在處于發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過(guò)同步轉(zhuǎn)速，此時(shí)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩作用的方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的方向相反。例如卷?yè)P(yáng)機(jī)下放重物和電車下坡時(shí)就是這種情況。電磁轉(zhuǎn)矩成為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，限制了機(jī)器轉(zhuǎn)速的加大。只要其長(zhǎng)期處于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過(guò)同步轉(zhuǎn)速狀態(tài)，所產(chǎn)生的能量是不會(huì)被制動(dòng)轉(zhuǎn)矩等消耗的，因?yàn)樨?fù)載提供的動(dòng)力維持了這種能量。這時(shí)，實(shí)際上已經(jīng)是一臺(tái)發(fā)電機(jī)在運(yùn)行了，只不過(guò)電機(jī)的磁場(chǎng)還要由電網(wǎng)提供。２、動(dòng)力制動(dòng)。所謂動(dòng)力制動(dòng)即能耗制動(dòng)，即在電動(dòng)機(jī)脫離三相交流電源之后，定子繞組上加一個(gè)直流電壓，即通入直流電流，利用轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流與靜止磁場(chǎng)的作用已達(dá)到制動(dòng)的目的。３、反接制動(dòng)。電源反接，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)反向，轉(zhuǎn)子繞組切割磁場(chǎng)的方向與電動(dòng)機(jī)狀態(tài)相反，起制動(dòng)作用，當(dāng)轉(zhuǎn)速降至接近零時(shí)，立即切斷電源，避免電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。

反接制動(dòng)的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是制動(dòng)力強(qiáng)、停轉(zhuǎn)迅速、無(wú)需直流電源；缺點(diǎn)是制動(dòng)過(guò)程沖擊大，電能消耗多。４、變頻和低頻發(fā)電制動(dòng)。低頻制動(dòng)使電動(dòng)機(jī)的減速階段運(yùn)行在發(fā)電制動(dòng)區(qū)。同步轉(zhuǎn)速＝６０f／Ｐf:頻率Ｐ：電機(jī)磁極對(duì)數(shù)n:同步轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n1=(1-s)nS:轉(zhuǎn)差率就是定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差再除以定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速（同步轉(zhuǎn)速）．轉(zhuǎn)差率=（同步轉(zhuǎn)速-異步轉(zhuǎn)速）/同步轉(zhuǎn)速

同步轉(zhuǎn)速=60*電源頻率/極對(duì)數(shù)

異步轉(zhuǎn)速就是電機(jī)的轉(zhuǎn)速。啟動(dòng)瞬間：Ｓ＝０運(yùn)行中：0<Ｓ<1發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)：S>1二、動(dòng)力制動(dòng)狀態(tài)

１、動(dòng)力制動(dòng)裝置的類型（１）、三相晶閘管動(dòng)力制動(dòng)柜（２）、單相晶閘管動(dòng)力制動(dòng)柜（３）、動(dòng)力制動(dòng)電動(dòng)機(jī)－直流發(fā)電機(jī)組２、晶閘管動(dòng)力制動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)

晶閘管動(dòng)力制動(dòng)系統(tǒng)與直流發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1)系統(tǒng)具有優(yōu)良的靜、動(dòng)態(tài)特性，縮短了爬行時(shí)間，增加了提升能力;

2)效率高、節(jié)約電能、占地面積小;

3)無(wú)旋轉(zhuǎn)部分、無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪聲，改善了勞動(dòng)條件，減少了維修工作量;

4)故障時(shí)能迅速更換備件，幾乎不影響生產(chǎn)。

負(fù)載容量較大，或要求直流電壓脈動(dòng)較小、易濾波時(shí)使用三相整流電路;基本的是三相半波可控整流電路，三相橋式全控整流電路應(yīng)用最廣。電路的特點(diǎn)：變壓器二次側(cè)接成星形得到零線，而一次側(cè)接成三角形避免3次諧波流入電網(wǎng)。三個(gè)晶閘管分別接入a、b、c三相電源，其陰極連接在一起——共陰極接法。與之相對(duì)應(yīng)的是將陽(yáng)極連接在一起——共陽(yáng)極接法。三相半波可控整流電路三、微機(jī)拖動(dòng)裝置主井提升系統(tǒng)１、箕斗提升。能夠自動(dòng)裝卸載。直流他勵(lì)拖動(dòng)系統(tǒng)，只要降低電樞兩端電壓，便可獲得穩(wěn)定的低速運(yùn)行，不需要微機(jī)拖動(dòng)。（降低電樞電壓調(diào)速，電樞回路必須有可調(diào)壓的直流電源，電樞回路及勵(lì)磁回路電阻盡可能小，電壓降低轉(zhuǎn)速下降，人為特性硬度不變、運(yùn)行轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，可無(wú)級(jí)調(diào)速。）２、皮帶提升系統(tǒng)。皮帶運(yùn)輸機(jī)，是運(yùn)用皮帶的無(wú)極運(yùn)動(dòng)運(yùn)輸物料的機(jī)械。交流拖動(dòng)系統(tǒng)中的微機(jī)拖動(dòng)裝置１、交流拖動(dòng)系統(tǒng)若采用低速繼電器的反復(fù)動(dòng)作，使主電機(jī)間歇啟動(dòng)和停止完成低速爬行，速度不夠穩(wěn)定，還浪費(fèi)電能。２、采用微機(jī)拖動(dòng)裝置后，保證穩(wěn)定的爬行和停機(jī)。運(yùn)行也穩(wěn)定。３、常用的微機(jī)拖動(dòng)裝置是用一臺(tái)容量小于主電機(jī)幾十倍的低壓電動(dòng)機(jī)和減速器。四、低頻制動(dòng)原理：利用低頻交流電源（３～５HZ）送入主電動(dòng)機(jī)，使其低速運(yùn)行。低頻電源三種：１、低頻發(fā)電機(jī)組２、晶閘管交－直－交變頻裝置３、晶閘管交－交變頻裝置晶閘管陽(yáng)極陰極門極低頻制動(dòng)過(guò)程：１、提升機(jī)開始減速時(shí)，切斷定子工頻電源，接入低頻電源，轉(zhuǎn)子串入全部電阻，此時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)高于低頻同步轉(zhuǎn)速，運(yùn)行于發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)；２、在逐級(jí)切除轉(zhuǎn)子電阻的過(guò)程中，轉(zhuǎn)速下降，直到電阻全部切除，電機(jī)運(yùn)行于低頻電源工況狀態(tài)，穩(wěn)定爬行。第三節(jié)提升機(jī)的拖動(dòng)控制系統(tǒng)一、電氣控制系統(tǒng)的組成１、主電動(dòng)機(jī)。提升機(jī)的原始動(dòng)力。２、高壓開關(guān)柜。雙回路供電，具有過(guò)電流和欠電壓保護(hù)。３、高壓換向器。用作主電路的通電、斷電和換向。４、動(dòng)力制動(dòng)接觸器或低頻電源接觸器。５、磁力站。６、電氣制動(dòng)電源裝置。７、操作臺(tái)。８、輔助控制設(shè)備。二、ＴＫＤ－Ａ型電氣控制系統(tǒng)常用的TKD--A型電控系統(tǒng)由主回路、輔助回路、測(cè)速回路、安全回路、控制回路、可調(diào)閘控制回路、減速階段限速保護(hù)回路、動(dòng)力制動(dòng)控制回路、調(diào)繩閉鎖回路和自整角機(jī)深度指示器回路等10個(gè)部分組成。1、主回路作用：用于供給提升電動(dòng)機(jī)電源，實(shí)現(xiàn)失壓，過(guò)電流保護(hù)，控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向和調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。兩路供電。2、輔助回路作用：用于對(duì)輔助設(shè)備及控制回路進(jìn)行供電與控制。三相四線制供電。（380V）3、測(cè)速回路作用：安裝在減速器快軸上伸出端的測(cè)速發(fā)電機(jī)，把提升機(jī)的實(shí)際速度測(cè)量出來(lái)，以供給速度比較器比較回路和一些以速度為函數(shù)的電器元件上。4、安全回路作用：保證提升機(jī)在正常、安全狀態(tài)下啟動(dòng)運(yùn)行；防止和避免提升機(jī)發(fā)生故障。5、可調(diào)閘控制回路由磁放大器供電給電液調(diào)壓裝置的動(dòng)線圈，來(lái)實(shí)現(xiàn)油壓的升高和降低，進(jìn)而使提升機(jī)處于松閘或抱閘狀態(tài)。6、控制回路用以實(shí)現(xiàn)提升機(jī)啟動(dòng)與提升信號(hào)的閉鎖，以及以電流為主、時(shí)間為輔的自啟動(dòng)過(guò)程和減速、爬行階段的速度控制。7、調(diào)繩閉鎖回路在調(diào)繩過(guò)程中起安全保護(hù)作用8、減速階段過(guò)速保護(hù)控制回路當(dāng)實(shí)際速度超過(guò)給定速度10%時(shí)，過(guò)速保護(hù)磁放大器輸出減少，使過(guò)速保護(hù)磁繼電器釋放，安全回路斷電，實(shí)現(xiàn)安全制動(dòng)。9、動(dòng)力制動(dòng)回路用于提升機(jī)的動(dòng)力制動(dòng)。對(duì)與提升機(jī)安全運(yùn)行和減輕機(jī)械閘的負(fù)擔(dān)，特別是對(duì)于下放重載的副井有重要的作用。10、自整角機(jī)深度指示器回路三、直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)組成：高低壓供電系統(tǒng)、提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、安全控制系統(tǒng)、操作程序系統(tǒng)、箕斗裝載程序系統(tǒng)等。調(diào)速系統(tǒng)是由晶閘管供電的雙閉環(huán)無(wú)差跳速系統(tǒng)組成。１、高低壓供電系統(tǒng)分四路：電壓互感器、低壓輔助電源變壓器、整流變壓器及補(bǔ)償及諧波吸收裝置。２、提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)提升機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的監(jiān)視及執(zhí)行系統(tǒng)。包括：主電動(dòng)機(jī)及電樞整流冷卻通風(fēng)系統(tǒng)、閉環(huán)控制監(jiān)控系統(tǒng)、磁場(chǎng)