提升機(jī)電控系統(tǒng)

提升機(jī)電控系統(tǒng)洛陽九億重工有限公司楊水定2011年4月一概述礦井提升機(jī)作為礦山企業(yè)的關(guān)鍵機(jī)電設(shè)備，對(duì)礦山的高效、安全、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)營(yíng)具有非常重要的作用。它裝機(jī)容量大，是礦山的耗電大戶，而且作為典型的位勢(shì)力矩負(fù)載，要求其拖動(dòng)的電動(dòng)機(jī)在其機(jī)械特性的四個(gè)象限內(nèi)頻繁的啟動(dòng)、制動(dòng)和反向。并且對(duì)其在運(yùn)行過程中的加速度、減速度、減速距離和停車位置都有嚴(yán)格要求和限制。因此提升機(jī)是電力拖動(dòng)和控制的典型研究對(duì)象，正確處理好提升機(jī)電控系統(tǒng)的控制問題極其重要，對(duì)礦山安全、經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)具有重要意義。1經(jīng)濟(jì)（設(shè)備采購成本、運(yùn)行成本和它產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益）2安全（各種保護(hù)）

二、礦井提升機(jī)速度圖和力圖

提升機(jī)分為罐籠（副井）提升和箕斗（主井）提升兩種，其速度圖和力圖有一定的差別，因?yàn)榛诽嵘星壭谐?，因此加速時(shí)需要有兩段加速，第一段加速到出曲軌再進(jìn)行第二段主加速，而罐籠提升沒有這個(gè)問題。不論是單繩提升還是多繩提升，其速度圖和力圖都是一樣的，速度圖有三階段或是多階段，比較實(shí)用的是主井采取六階段，副井采取五階段，下面給出一個(gè)六階段的速度圖和力圖具體說明。速度圖和力圖

圖中：1、V1為初加速終了的速度，亦是箕斗出曲軌的速度，Vmax最大速度，V2為爬行速度。2、t1為初加速時(shí)間，t2為主加速時(shí)間，t3為等速段時(shí)間，t4為減速段時(shí)間，t5為爬行段時(shí)間，t6為機(jī)械抱閘時(shí)間。3、力圖實(shí)線是不帶尾繩情況，虛線是帶尾繩情況。但這種速度圖有一定的拐點(diǎn)，會(huì)對(duì)提升機(jī)機(jī)械系統(tǒng)造成沖擊，因此速度圖可做成平滑的“S”曲線，如下圖所示：礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀速度圖電控系統(tǒng)的發(fā)展交流拖動(dòng)早期采用高壓接觸器換向+轉(zhuǎn)子串電阻+動(dòng)力制動(dòng)（低頻制動(dòng)）+繼電器磁放大控制（升級(jí)為PLC控制后，沿用至今）直流拖動(dòng)早期采用發(fā)電機(jī)組-電動(dòng)機(jī)組+繼電器控制（已徹底淘汰），后來可控硅整流+模擬調(diào)節(jié)+繼電器控制90年代逐步采用交流變頻調(diào)速系統(tǒng)（高壓和低壓變頻）目前控制方式全部升級(jí)為PLC控制（邏輯控制和模擬量全部集成在電腦里）。主流電控類型從調(diào)速原理上大致歸為下列4類：1.串電阻調(diào)速系統(tǒng)2.低壓變頻系統(tǒng)3.高壓變頻系統(tǒng)4.直流調(diào)速系統(tǒng)控制方式全部為PLC控制。特點(diǎn)比較序號(hào)電控類型調(diào)速性能安全性成本綜合評(píng)價(jià)適合場(chǎng)所1交流串電阻系統(tǒng)差，啟動(dòng)時(shí)靠制動(dòng)閘調(diào)速，加速會(huì)出現(xiàn)階梯式跳躍，對(duì)機(jī)械沖擊大磨損快差，靠司機(jī)手動(dòng)操作，人為因素大大降低了安全性低技術(shù)成熟，成本低，但調(diào)速性能和安全性能差，很多電能消耗在電阻上不節(jié)能。（屬于淘汰產(chǎn)品）電機(jī)功率：400KW-1600KW由于其成本低，維護(hù)簡(jiǎn)單，目前在礦建單位還廣泛使用2低壓變頻系統(tǒng)(380V和660V）好，平滑連續(xù)調(diào)速好，自動(dòng)加減速，不需人為操作。偏高技術(shù)成熟，調(diào)速性能穩(wěn)定，安全性好，采用四象限變頻器重物下放時(shí)可以回饋電網(wǎng)。但干擾大，容易對(duì)其他用電設(shè)備產(chǎn)生影響電機(jī)功率：0KW-630KW其優(yōu)良的調(diào)速性能和適中的價(jià)格，目前在拖動(dòng)中小功率電機(jī)上成為首選，由于受開關(guān)管過流能力限制，對(duì)大功率電機(jī)無能為力。3高壓變頻系統(tǒng)好，平滑連續(xù)調(diào)速好，自動(dòng)加減速，不需人為操作。很高調(diào)速性能穩(wěn)定，采用四象限變頻器重物下放時(shí)可以回饋電網(wǎng)。干擾較低壓變頻小。但成本高，且技術(shù)不夠成熟電機(jī)功率：630KW以上采用功率單元串聯(lián)技術(shù)解決了大功率電機(jī)的調(diào)速問題。由于其成本昂貴且技術(shù)不夠成熟目前在推廣當(dāng)中。4直流調(diào)速系統(tǒng)好，平滑連續(xù)調(diào)速好，自動(dòng)加減速，不需人為操作。高調(diào)速性能穩(wěn)定，安全性能好，但成本偏高，且直流電機(jī)難維護(hù)電機(jī)功率：500KW-2000KW調(diào)速性能好，技術(shù)成熟，近些年成本也有所下降，但整套系統(tǒng)較復(fù)雜。和變頻系統(tǒng)比無太大優(yōu)勢(shì)。研究對(duì)象電動(dòng)機(jī)：交流電機(jī)和直流電機(jī)交流電機(jī)：n=60f(1-s)/pn:電機(jī)轉(zhuǎn)速

f:頻率

p:極對(duì)數(shù)

s=(n0-n)/n0轉(zhuǎn)差率

電機(jī)功率的計(jì)算機(jī)械功率P=MV×9.8×K×sina/0.9電氣功率P=√3UIcosa普通的異步電機(jī)：cosa≈0.8當(dāng)U=380V時(shí)，經(jīng)驗(yàn)公式I=2P(一個(gè)功率兩個(gè)電流）同樣U=6KV時(shí)，P≈8I(8功率一個(gè)電流）U=10KV時(shí)，P≈13I(13功率一個(gè)電流）電纜選型按經(jīng)驗(yàn)公式10mm2以下1mm2過8個(gè)電流，10mm2至100mm21mm2過5個(gè)電流，100mm2以上1mm2過3個(gè)電流，

直流電機(jī)n=(U-IR)/CeΦn:電機(jī)轉(zhuǎn)速

U:電樞電壓

I:電樞電流

Ce:常數(shù)

Φ:磁通，由勵(lì)磁電流產(chǎn)生成套電控組成從原理上：主回路、安全回路、測(cè)速回路、控制回路、低壓輔助回路。主回路一.交流串電阻系統(tǒng)1.定子回路高壓進(jìn)線經(jīng)高壓開關(guān)柜和高壓換向柜接入電機(jī)定子繞組，配微機(jī)綜保具有短路，過流和欠壓等保護(hù)。2.轉(zhuǎn)子回路轉(zhuǎn)子繞組外接啟動(dòng)電阻，在提升機(jī)運(yùn)行過程中按電流為主時(shí)間為輔的原則分段切除電阻來改變電機(jī)的機(jī)械特性，以滿足速度圖的要求。二、交流變頻系統(tǒng)主回路電源進(jìn)線經(jīng)斷路器和接觸器進(jìn)變頻器進(jìn)線側(cè)，變頻器出線側(cè)接電機(jī)定子繞組（一般為鼠籠電機(jī)）轉(zhuǎn)子繞組短接。直流調(diào)速系統(tǒng)主回路安全回路在提升機(jī)電控中必須要有相應(yīng)的連鎖和保護(hù)，才能保證整個(gè)系統(tǒng)安全的運(yùn)行。1主令控制器和手閘控制器的零位聯(lián)鎖當(dāng)安全回路斷電后，主令手柄和手閘手柄必須回零位，安全回路才允許重新接通。2過卷保護(hù)3等速超速保護(hù)4減速過速保護(hù)5定點(diǎn)過速保護(hù)6錯(cuò)向保護(hù)安全回路7主回路跳閘保護(hù)8測(cè)速斷線保護(hù)9深度指示器斷軸保護(hù)10制動(dòng)油壓高保護(hù)11松繩保護(hù)12閘瓦磨損還包括一些輕故障：彈簧疲勞，潤(rùn)滑站壓力低，油溫高，軸承溫度高，信號(hào)閉鎖等等。測(cè)速回路(1)由電動(dòng)機(jī)通過皮帶拖動(dòng)他勵(lì)直流測(cè)速機(jī)CSF的輸出電壓與主電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比。通過接口