變頻器在礦山絞車變頻調(diào)速的應(yīng)用

1、 內(nèi)蒙古科技大學(xué)煤炭學(xué)院畢業(yè)設(shè)計內(nèi)蒙古科技大學(xué)煤炭學(xué)院畢業(yè)設(shè)計答辯答辯院系：內(nèi)蒙古科技大學(xué)煤炭學(xué)院機電工程系專業(yè)：電氣自動化技術(shù)班級：10-1班姓名：于學(xué)濤學(xué)號：1029309121指導(dǎo)教師：張博 李宇設(shè)計題目：變頻器在礦山提升絞車調(diào)速中的應(yīng)用及分析 內(nèi)蒙古大中礦業(yè)書記溝鐵礦是年產(chǎn)800萬噸鐵礦石、鐵精粉的大型礦山企業(yè)。2013年3月1日接簽約單位內(nèi)蒙古大中礦業(yè)通知到崗實習(xí)，實習(xí)期間我分在大中礦業(yè)的機動部電工組。實習(xí)期間主要參與了大中礦業(yè)分公司黑腦包鐵礦絞車提升系統(tǒng)、空壓機的電控系統(tǒng)、還有供配電系統(tǒng)及變頻柜、開關(guān)柜等電氣設(shè)備的安裝任務(wù)。本設(shè)計主要介紹：礦用提升絞車、高壓三相異步電動機、北京合康

2、變頻器設(shè)備認識及變頻調(diào)速的原理。重點分析了介紹提升絞車調(diào)速的優(yōu)越點，分析了北京合康變頻器的工作原理。礦井提升機是一種大型絞車。用鋼絲繩帶動容器（罐籠或箕斗）在井筒中升降，完成輸送物料和人員的任務(wù)。礦井提升機是由原始的提水工具逐步發(fā)展演變而來。目前，我國單繩纏繞式提升機，廣泛采用交流繞線式電動機拖動，提升過程一般包括：起動加速、勻速、減速、爬行和停車幾個主要環(huán)節(jié)交流電動機的轉(zhuǎn)速公式為：交流電動機的轉(zhuǎn)速公式為： 式中，n為轉(zhuǎn)速，f1為定子電壓頻率；p為極對數(shù)，s為轉(zhuǎn)差率。因此交流異步電動機的調(diào)速方法為：變頻調(diào)速、變極調(diào)速和變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。具體歸納如下： 變極調(diào)速：對籠型轉(zhuǎn)子 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速：調(diào)壓調(diào)速

3、轉(zhuǎn)子串電阻對繞線型 變頻調(diào)速：交交變頻調(diào)速 交直交變頻調(diào)速根據(jù)提升機對電控系統(tǒng)的要求，提升機的電氣傳動方案一般有以下幾種，現(xiàn)將幾種傳動方案進行比較。1、繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速系統(tǒng)2、GM直流可逆調(diào)速系統(tǒng)：VM直流可逆調(diào)速系統(tǒng)：交流電動機交交變頻調(diào)速系統(tǒng)：三相異步電動機定子每項電動勢的有效值為：由式可知，只要控制好 和 ，便可達到控制磁通m 的目的，對此，需要考慮基頻（額定頻率）以下和基頻以上兩種情況。1、基頻以下調(diào)速、基頻以下調(diào)速由上式可知，要保持 m 不變，當(dāng)頻率 f1 從額定值 f1N 向下調(diào)節(jié)時，必須同時降低 E1 ，使。近似地補償定子壓降。帶定子壓降補償?shù)暮銐侯l比控制特性

4、示于下圖中的 b 線，無補償?shù)目刂铺匦詣t為a 線。如圖1所示。2、基頻以上調(diào)速基頻以上調(diào)速在基頻以上調(diào)速時，頻率應(yīng)該從f1N向上升高，但定子電壓Us 卻不可能超過額定電壓UsN ，最多只能保持Us = UsN ，這將迫使磁通與頻率成反比地降低，相當(dāng)于直流電機弱磁升速的情況。把基頻以下和基頻以上兩種情況的控制特性畫在一起，如下圖所示。如果電機在不同轉(zhuǎn)速時所帶的負載都能使電流達到額定值，即都能在允許溫升下長期運行，則轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化，按照電力拖動原理，在基頻以下，磁通恒定時轉(zhuǎn)矩也恒定，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”性質(zhì)，而在基頻以上，轉(zhuǎn)速升高時轉(zhuǎn)矩降低，基本上屬于“恒功率調(diào)速”。如圖2所示。 溫升下長期運

5、行，則轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化，按照電力拖動原理，在基頻以下，磁通恒定時轉(zhuǎn)矩也恒定，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”性質(zhì)，而在基頻以上，轉(zhuǎn)速升高時轉(zhuǎn)矩降低，基本上屬于“恒功率調(diào)速”。如圖2所示。功率單元利用IGBT進行同步整流：同步整流 控制器實時檢測單元輸人電壓幅值及相位，通過控 制整流側(cè)IGBT所產(chǎn)生的電壓與單元輸入電壓的相 位差，從而控制電功率在電網(wǎng)與功率單元之間的流 向一單元電壓相位超前，功率單元將電能回饋給 電網(wǎng)，反之電功率由電網(wǎng)注人功率單元。 電功率的大小及流向由單元電壓決定。就同步 整流而言，整流側(cè)相當(dāng)于一個穩(wěn)壓電源，相位偏差 通過單元穩(wěn)壓值與單元實際電壓誤差、PID調(diào)節(jié)生變頻調(diào)速是通過改變電動機

6、定子供電頻率來改變同步轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)交流電機調(diào)速的一種方法，變頻調(diào)速調(diào)速范圍寬，平滑性好。具有優(yōu)良的動、靜特性，是一種理想的高效、高性能的調(diào)速手段變頻調(diào)速系統(tǒng)可以直接在線啟動，啟動轉(zhuǎn)矩大，啟動電流小，減小了對電網(wǎng)和設(shè)備的沖擊，并具有轉(zhuǎn)矩提升功能，節(jié)省軟啟動裝置。變頻器內(nèi)置功能多，可滿足不同工藝要求，具有外部接口端子，可同計算機，PLC聯(lián)機。便于實現(xiàn)自動控制（1）、礦井提升機概況）、礦井提升機概況內(nèi)蒙古大中礦業(yè)書記溝鐵4號井礦（風(fēng)井區(qū)）副井提升系統(tǒng)，目前，副井提升機電控系統(tǒng)多采用交流電動機轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速，由于采用常規(guī)繼電器控制，導(dǎo)致系統(tǒng)調(diào)速 精度低,可靠性差，維護費用大，電機啟動電流及切換電

7、流沖擊大，設(shè)備運行不平穩(wěn)，易引起電氣及機械沖擊；且 控制線路復(fù)雜，工作穩(wěn)定性和可靠性差，缺少故障診斷。功能，排查故障困難；轉(zhuǎn)子回路串接電阻，白白消耗電能造 成能源浪費；電機滑環(huán)處容易發(fā)生接觸不良，引發(fā)設(shè)備故障，造成維護工作量增加及維修材料費用升高；并且所有 接線端子裸露在外，暴露在空氣中，給提升安全帶來極大的危害。因此，對該類型提升機電控調(diào)速系統(tǒng)進行改造升 級是非常必要的在加速過程中，交流接觸器KM1KM10逐級吸合，轉(zhuǎn)子回路電阻依次減小，以保證加速力矩的平均值不變。 如果要求電動機低速運行，則需在轉(zhuǎn)子回路串較大電阻。為了解決減速段的負力要求，采用動力制動方案，即將定 子側(cè)的高壓電源切除，在定

8、子繞組上施加低頻電源，讓電動機工作在發(fā)電伏態(tài)。隨著4號礦出礦產(chǎn)量的不斷提升，開掘工作量急劇上升，特別是三水平重點工程，隨著該工程的快速開拓，礦 井提礦量也相應(yīng)地增加，在現(xiàn)有提升條件下，副井提升系統(tǒng)只能采用壓縮檢修時間來滿足生產(chǎn)需要。副井提升電控系統(tǒng)現(xiàn)使用的電控裝置為JKMK-J-B-300I型常規(guī)繼電器控制系統(tǒng)，采用轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的方 式，此調(diào)速方式技術(shù)相對落后，無效功耗過大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且運行效果很不理想，該系統(tǒng)由常規(guī)的繼電器、自整角 機、磁放大器等電氣元件組成邏輯控制電路。電氣控制系統(tǒng)雖然設(shè)計有多種控制功能，但有些功能在現(xiàn)場實現(xiàn)起來 非常困難；并且控制邏輯功能使用了大量的電氣觸點，這些觸點又都是暴露在空氣中，受灰塵和大氣氧化的影響， 時有失效現(xiàn)象發(fā)生；再加上有些功能是電參量與機械閘形成閉環(huán)控制，跟隨性很差，。導(dǎo)致電氣保護功能、控制精度 和可靠性較差，控制系統(tǒng)相關(guān)的保護功能失效，系統(tǒng)運行安全得不到保證，而且維護工作量較大改造前經(jīng)常出現(xiàn)緊急停車事故，容易對鋼絲繩造成 損壞，改造后使用全自動就可避免緊急停車，制動平 穩(wěn)，可延長鋼絲繩的使用壽命