矿井交流提升机调速控制系统设计_第1页
矿井交流提升机调速控制系统设计_第2页
矿井交流提升机调速控制系统设计_第3页
矿井交流提升机调速控制系统设计_第4页
矿井交流提升机调速控制系统设计_第5页
已阅读5页,还剩45页未读 继续免费阅读

下载本文档

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

摘要矿井提升机是采矿等行业的重要设备,矿物的运输和人员的运输等都离不开提升机。我国传统的矿井提升机主要采用继电器-接触器进行控制,并通过在电动机转子回路中串接附加电阻来实现启动和调速。这种控制系统存在可靠性差、故障率高、操作复杂、电能浪费大、效率低等缺点。针对传统提升机的问题,本设计采用可编程控制器控制系统,并且与变频器结合实现提升机速度控制。通过对提升机系统的深入研究,完成提升机控制系统的设计,选择硬件设备型号,并且完成硬件系统设计。根据硬件系统要去画出外部接线图,并且编写控制系统程序。通过可编程控制器控制变频器,实现提升机启动、加速、等速、减速、爬行和停车操作,并且对过载、超速、过卷等故障进行监控。变频器速度调节是利用改变被控对象的电源频率,成功实现了交流电动机大范围的无级平滑调速。应用变频器对矿井提升机的控制系统进行改造,将成为历史发展的必然趋势。关键词:矿井提升机;PLC;变频器;控制系统AbstractMinehoistisimportantequipmentintheminingindustry,etc.Mineralsandpersonneltransportationisinseparablefromthehoist.Ourtraditionalminehoistmainlyadoptsrelay-contanctorcontrol,andthroughmotorrotorcircuitseriesadditionalresistancetorealizethestartandspeed.Thiscontrolsystemispoorreliability,highfailurerate,complexoperation,powerwaste,thelowefficiency,etc.Aimattheproblemsoftraditionalhoist,thisdesignadoptsthePLCcontrolsystem,andwithfrequencyconverterrealizethehoistspeedcontrol.Throughtohoistsystemresearch,completehoistcontrolsystemdesign,selecthardwaredecicetypeandcompletehardwaresystemdesign.Accordingtothehardwaresystemrequirementsdrawoutsidewiringdiagramandwritesystemprogramming.ThroughthePLCcontrolinverterrealizethehoiststart,accelerate,constantspeed,reduction,crawlandparkingoperation,andmonitoringoverload,speeding,HoistTop,etc.FrequencycontrolisthroughchangingpowerfrequencyofthecontrolledobjectrealizetheACmotorNon-polarsmoothspeedinthewiderange.ApplicationoffrequencyconverterImproveminehoistcontrolsystem,whichwillbecometheinevitabletrendofhistory.Keywords:minehoist;PLC;frequencyconverter;controlsystem目录1绪论11.1国内外矿井提升机发展现状11.1.1国内矿井提升机电气控制系统的现状11.1.2国外提升机电气控制系统的现状21.2设计内容及意义31.2.1设计内容31.2.2设计意义32矿井提升机系统分析42.1提升机结构及工作原理42.1.1提升机结构42.1.2提升机控制系统工作原理52.2提升机调速控制方式52.2.1直流调速分析52.2.2交流调速分析62.3变频调速系统组成72.3.1PLC简介72.3.2变频器简介92.4电控系统五阶段速度图分析103提升机硬件选型123.1箕斗的选定123.2提升电机选定123.3变频器的选型设计133.3.1变频器容量选择133.3.2高压提升机变频器主要特点143.3.3变频器参数设置143.3.4变频器外部接线图设计143.3.5变频调速控制系统主电路主要部件的功能153.3.6变频器声光报警回路设计163.3.7能耗制动电路的作用163.4PLC的选型173.4.1PLC的I/O点统计173.4.2PLC的I/O端口统计173.4.3PLC的选型183.4.4PLC的外部电路接线图183.4.5PLC外围电气控制回路设计193.5硬件调速控制系统保护措施203.5.1空气断路器短路保护203.5.2热继电器过载保护214矿井提升机变频调速系统软件设计224.1程序设计224.2系统抗干扰措施244.2.1变频器的抗干扰及防止244.2.2PLC的抗干扰及防止254.3提升机调速系统的程序梯形图254.4提升机调速系统的程序调试265总结27参考文献28翻译部分29英文原文29中文译文38致谢441绪论矿井提升机是集多门学科一体化的大型机械设备,广泛应用于矿井、化工等厂矿企业。是煤矿企业井上连接井下的唯一设备,素有煤矿“咽喉”之称,是煤矿生产运输的重要工具,在煤矿生产建设中肩负着提升煤炭、矸石,运输物料、设备,以及升降人员等重要任务。矿井提升机电力传动系统特性复杂,提升电动机频繁正反转,经常处于过负荷的状态、电动和制动频繁的转换状态。对于矿井的提升机来说,运行的可靠性,安全性是最重要的,主井直接关系到煤矿的生产效率,副井更是负责人员上下井的运输,一旦发生意外故障,很有可能会是机毁人亡的后果。煤矿提升机的安全可靠的运行至关重要。在设计并制造煤矿提升机的过程中,一定要把安全性和可靠性放在最重要的位置。因此,煤矿提升机的安全可靠,经济可靠是研究设计的重要课题。从上世纪八十年代开始,随着电力电子技术和计算机技术的大力发展,在煤矿提升机调速控制系统中PLC控制和变频器逐步得到应用,PLC的抗干扰能力强,可靠性高,基本免于维护,易实现继电器的逻辑控制等独特优点。变频器控制调速具有更优异的调速性能,平稳的起、制动性能,比较高的功率因数,工作效率,高的节能效果,从而使矿井提升机调速控制系统的安全性,可靠性大大提高。假设某煤矿设计年产量:万吨,采用立井开采已知数据:180nA(1)提升机工作制度为每年工作日天;3nB(2)每日工作小时数;hTr6(3)单水平提升,井筒深度;mHS5(4)箕斗卸载高度,装载高度;x20z0(5)散煤容重密度;3/9.t根据此煤矿的实际情况,并广泛调查国内外矿井提升机调速控制系统的发展状况设计出适合该煤矿的安全可靠、效率高、经济的提升机调速控制系统。1.1国内外矿井提升机发展现状矿井提升机对安全性、可靠性和调速性能的特殊要求,使得提升机电控系统的技术水平在一定程度上代表一个厂或国家的传动控制技术水平,因此世界各大公司纷纷将新的、成熟的技术应用于提升机电控系统。下面就国内外矿井提升机电控系统情况作一介绍。1.1.1国内矿井提升机电气控制系统的现状在煤矿生产中,矿井提升机起着非常重要的作用,它是矿山生产的关键设备。提升机电控装置的技术性能,既直接影响矿山生产的效率及安全,又代表着矿井提升机发展的整体水平。目前,我国矿井提升机90%以上是采用单机容量在1000KW以下传统的交流异步电机拖动,采用转子串、切电阻调速,由继电器接触器构成逻辑控制装置。其中多半为电动机发电机组(F-D机组)供电,采用晶闸管整流传动(SCR-D)的只占一部分。传统交流拖动系统的显著缺点是:调速性能差,调速时能量要大量消耗在电阻上,给定方式落后,控制精度低,安全保护和监测环节不完善,安全可靠性差,维护工作量大,而且运行不经济。由于异步电动机在低速运行时特性曲线软,在次同步状态下无法产生有效的制动力矩,因而难于准确地控制提升机的停车位置。目前多采取动力制动或低频拖动加制动的方式来完成减速、爬行和停车。目前在用的动力制动及低频电源大多数为采用模拟技术控制的晶闸管装置,仍存在调试困难、维护量大的问题。传统交流电控系统可靠性差的另一原因是安全保护、闭锁及监测系统不完善,均为单线系统,且与控制系统相混联,多数共用一套线路,互相影响。1986年以来,针对制约提升安全的主要环节,陆续增设了深度指示器、自动减速、限速等安全监测及后备保护功能,初步实现了对提升容器的定点位置监测及几项重要安全保护的双线制,使提升安全状况有所改善。在实施提升机电气控制系统技术改造时,即要有超前一步的意识紧盯国际先进水平,也要考虑我国国情,依靠自己的力量,加强与先进国家的合作,采取引进、消化吸收、合作生产、联合改造等多种形式,实现符合中国国情的煤矿提升机电控系统现代化。1.1.2国外提升机电气控制系统的现状国外从70年代开始,随着微机技术的发展,微机控制技术己逐步应用于矿井提升机中。目前,国外己达到相当成熟的阶段,使整个拖动控制产生一次变革。其应用主要体现在以下几方面:(1)提升工艺过程微机控制在交流变频装置中,提升工艺过程大都采用微机控制。由于微机功能强,使用灵活,运算速度快,监视显示易于实现,并具有诊断功能,这是采用模拟控制无法实现的。(2)提升行程控制提升机的控制从本质上说是一个位置控制,要保证提升容器在预定地点准确停车,要求准确度高,目前的控制误差小于2cm。采用微机控制,可通过采集各种传感信号,如转角脉冲变换、钢丝绳打滑、滚筒及钢丝绳磨损等。将信号进行处理,可计算出容器准确的位置而施以控制和保护。在箕斗提升时可实现无爬行提升,大大提高了提升能力。如SIEMENS,ABB,AEG等公司己采用32位微机来构成行程给定器。除此之外还提供性能不尽相同的机械行程控制器。一般过程控制用微机作监视,行程控制也采用单独微机完成,从而提高了系统的可靠性。(3)提升过程监视由于近代提升机控制系统的设计特别强调安全可靠性,所以提升过程监视与安全回路一样,是现代提升机控制的重要环节。提升过程采用微机主要完成如下参数的监视:a、提升过程中各工况参数(如速度、电流)监视;b、各主要设备运行状态监视;c、各传感器(如井筒同步校正开关、停车开关)信号的监视。使各种故障在出现之前就得以处理,防止事故的发生,并对各被监视参数进行存储、保留或打印输出。甚至与上位机联网,应用于矿井监测系统中。(4)安全回路安全回路是指提升机在出现机械、电气故障时控制提升机进入安全保护状态,此环节极为重要。为确保人员和设备的安全,对不同故障一般采用不同的处理方法。安全回路是保护的最后环节之一,现在大多公司都采用两台PLC构成安全回路,使安全回路具有完善的故障监视功能,无论是提升机还是安全回路本身出现故障时都能准确地实施安全制动。(5)全数字化系统调速控制德国AEG公司的LogidynD(32位机)、西门子公司的SimadynD(32位机)以及ABB公司的DCR(16位机)系统都己应用于提升机上。全数字化系统具有硬件结构单一、参数稳定且调整方便、可方便地与上位机联网等优点。当然此类系统要求维护人员有更高的技术水平和计算机知识。1.2设计内容及意义1.2.1设计内容本设计以某煤矿主立井提升机调速控制系统为工业背景,在已经非常成熟但调速方法比较落后的交流拖动技术基础上,通过变频控制技术在矿井提升机行程、速度,制动控制中的应用,阐述了新型矿井提升机调速控制系统的设计与应用情况。本设计的主要工作有:(1)矿井提升机调速控制系统的设计;(2)调速控制系统硬件的选型;(3)调速控制系统软件部分的设计;(4)对所设计的系统进行分析;1.2.2设计意义本设计从解决实际矿井提升机调速控制系统的问题出发,控制单元采用目前工控适用的PLC来控制;电力拖动系统中,选用先进的变频传动装置;优化了矿井提升机调速控制系统的性能。改进了原来电控调速用的交流接触器及电阻,提高了系统的可靠性,改善了操作人员的工作环境,使噪音及室温降低了很多;调速连续方便,分段预置频率;能根据负荷情况连续平滑调节转速,无机械冲击现象;实现了低频低压的软启动和软停止,使停车运行更加平稳;启动及加速过程冲击电流小,可以实现矿井提升机在重载下从低速平稳无级平滑地升至最高速。目前,这一控制方法为现代交流调速中比较先进的调速控制方式之一。安全、可靠、经济、高效的矿井提升机调速控制系统设计是本设计的追求目标。2矿井提升机系统分析2.1提升机结构及工作原理2.1.1提升机结构矿井交流提升机变频调速系统由,动力装置,变频器,旋转编码器,液压站,PLC,操作台,和控制监控系统组成,其控制系统框图如图2-1。变频器旋转编码监视系统操作台减速器PLCM卷筒液压站载货箱AC图2-1矿井交流提升机变频调速系统框图矿井交流提升机变频调速控制系统各部分功能如下;动力装置:矿井提升机动力装置主要包括主电机、减速器、制动装置、卷筒、底座。以完成物料以及人员的运输工作。提升机牵引所需拉力由主电机通过减速器传递给卷筒。在主电机切断电源后,由于运行惯性比较大,总要经过一段时间才能完全停止下来,这将大大的影响生产效率,以至于威胁到人员以及物料的运输安全。所以,必须在控制系统中加入制动装置,以保证人员、物料的安全运输。变频调速器:将输入工频电能转换成为频率可调的电能,供给交流电动机,以控制交流电机的转速。液压站:保证矿井提升机能够有效制动。提升机起动时,先施加直流制动力,再松开机械制动,以防止溜车;停车时,先通过液压站为卷筒施加机械制动,再取消直流制动力,以达到安全制动的目的。操作台:提升机操作台是矿井提升机的控制机构。设置了两个手柄,对提升速度和制动力分别予以控制,通过操作台可以设定控制方式和工作方式,发布各种控制指令,从而实现矿井提升机启动,加速,平稳运行,减速,停车以及紧急制动等控制功能。是矿井提升机运输控制系统的控制核心。控制监控系统:是提升机操作人员与提升机之间交流的平台。它可以在线监测提升机的各种工作作态,参数,以及故障的状态,参数,起到实时监控的目的。以保证人员通过监控信息对提升机实施有效安全控制。2.1.2提升机控制系统工作原理矿井提升控制系统内部采用了矢量控制,当提升机司机听到开车信号的时候,按下启动按钮,PLC控制器将三相动力电由隔爆接线腔R、S、T、3个接线柱接到隔爆主腔内部,再松开液压制动阀,并将主令控制器推到正向或反向,大功率变频可以将工频的三相交流电经过交、直整流变换,再经过逆变器,利用设定好的参数进行逆变。使得输出为相应设定频率的交流电,以驱动电机。变频器输出频率的变化,会使电机的输出转速变化,两者之间的关系密切,近视线性。以达到调速的目的。在提升过程中,控制提升机运行的主速度给定S形速度曲线由PLC编程产生,经过A/D转换,由模拟量输出口输出,以驱动变频器工作;对变频器输出频率的调整控制,也可根据现场的工况需要,由操作台速度控制手柄以辅助给定的方式进行控制。旋转编码器可以检测主电动机的转速,并将此信号传送给可编程控制器,PLC通过该信号可以累计计算提升机的行走距离。操作人员通过操作台向PLC发送控制提升机运行的控制命令。控制监视系统通过与PLC的通信,将电动机的所有运行参数和故障参数都显示出来,并对矿车的位置及速度进行时时监控。为操作人员分析故障、判断故障和处理提供依据。2.2提升机调速控制方式矿井提升机电力拖动部分有两种调速控制方式:直流调速和交流调速。其各有优缺点,下面分别叙述。2.2.1直流调速分析矿井提升机采用直流拖动的调速系统主要有:G-M系统、V-M系统及直流脉宽调制(PWM)系统。1、G-M系统(发电机电动机调速系统)此系统中,电源是旋转装置,由旋转电机即直流发电机供电。通常,直流发电机由原动机拖动,以某一不可调的转速旋转,通过调节发电机的励磁电流fi的方向和大小来改变发电机输出电压的极性和大小。原动机一般采用交流感应电动机或交流同步电动机,使直流电源以电机机组的形式构成。这种直流调速系统称“发电机电动机系统”简称“G-M系统”(Ggenerator,发电机;Mmotor电动机)。这种调速系统,设备多、体积大、费用高、效率低、安装需打地基、运行有噪声、维护不方便。2、V-M系统(晶闸管电动机调速系统)此系统中,电源是静止装置,通过调节触发器GT的控制电压来移动触发脉冲的相位,而改变晶闸管可控整流器的控制角,从而改变可控整流器输出电压的极性和大小,实现直流电动机M的平滑调速。这种直流调速系统称“晶闸管电动机调速系统”简称“V-M系统”(V晶闸管整流装置)。与G-M系统相比,此系统在经济性、可靠性及技术性能上也有较大的优势。其设备简单,调速更快。但此系统只允许电机在I、IV象限运行,不能满足提升机四象限运行的要求;且低速运行时,产生较大的谐波电流,引起电网电压小型畸变,形成污染。3、直流脉宽调制(PWM)系统此系统中,电源是静止装置,能过改变晶体管VT的导通及关断及通断比(即脉冲宽度调制,PWM)来改变输出电压的极性和大小。与V-M系统相比,直流PWM调速系统性能更优越:a、低速运行平稳,电机损耗及发热小b、快速响应性能好,动态抗干扰能力强。2.2.2交流调速分析矿井提升机调速系统采用交流异步电动机拖动,其交流异步电动机转速公式为:n=60f/p(1-s)从上式可见,改变供电频率f、电动机的极对数p及转差率s均可达到改变转速的目的。从调速的本质来看,不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转速两种。在生产机械上广泛使用的调速方法中,不改变同步转速的有:绕线式电动机的转子串电阻调速、斩波调速、串级调速等。改变同步转速的有:变极对数调速,改变定子电压、频率的变频调速,无换向电动机调速等。一、变极对数调速方法这种调速方法是用改变定子绕组的接线方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的,特点如下:1、具有较硬的机械特性,稳定性良好;2、无转差损耗,效率高;3、接线简单、控制方便、价格低;4、有级调速,级差较大,不能获得平滑调速;此调速方法可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用,获得较高效率的平滑调速特性。二、变频调速方法变频调速是改变电动机定子电源的频率,从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器,变频器可分成交流直流交流变频器和交流交流变频器两大类,目前国内大都使用交直交变频器。其特点:1、效率高,调速过程中没有附加损耗;2、应用范围广,可用于笼型异步电动机;3、调速范围大,特性硬,精度高;4、技术复杂,造价高,维护检修困难。三、改变转差率调速改变转差率的方法主要有三种:定子调压调速、转子电路串电阻调速和串级调速。下面分别介绍。a、定子调压调速方法当改变电动机的定子电压时,可以得到一组不同的机械特性曲线,从而获得不同转速。由于电动机的转矩与电压平方成正比,因此最大转矩下降很多,其调速范围较小,使一般笼型电动机难以应用。为了扩大调速范围,调压调速应采用转子电阻值大的笼型电动机,如专供调压调速用的力矩电动机,或者在绕线式电动机上串联频敏电阻。调压调速的主要装置是一个能提供电压变化的电源,目前常用的调压方式有串联饱和电抗器、自耦变压器以及晶闸管调压等几种。晶闸管调压方式为最佳。调压调速的特点:1、调压调速线路简单,易实现自动控制;2、调压过程中转差功率以发热形式消耗在转子电阻中,效率较低。3、调压调速一般适用于100KW以下的生产机械。b、转子电路串电阻调速方法绕线式异步电动机转子串入附加电阻,使电动机的转差率加大,电动机在较低的转速下运行。串入的电阻越大,电动机的转速越低。此方法设备简单,控制方便,但转差功率以发热的形式消耗在电阻上,属有级调速,机械特性较软。c、串级调速串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差,达到调速的目的。大部分转差功率被串入的附加电势所吸收,再利用装置,把吸收的转差功率返回电网或转换为其它能量加以利用。根据转差功率吸收利用方式,串级调速可分为电机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式。应用中多采用晶闸管串级调速。电刷是直流电动机的一个重要部件,但在实际应用中,电刷磨损严重,且在负载工作条件下,出现打火现象,甚至形成环火,极易造成电枢两极短路,危及整个系统的安全。2.3变频调速系统组成2.3.1PLC简介自1969年第一台PLC问世以来,历经40多年的发展,PLC已经成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制器,可以说只有PLC才是真正的工业控制计算机。初期PLC只是用于逻辑控制的场合,用于代替继电器控制盘,但是现在PLC已经进入包括过程控制、位置控制等场合的所有控制领域。现在PLC继续保留了原来逻辑控制器的所有优点,同时它吸收了其它控制设备的优点,在许多控制场合只需要PLC既可以够成包括逻辑控制、工程控制、数据采集及控制、图形工作站的经济合算、体积小巧、设计调试方便的综合控制系统。PLC是一种数字运算操作的电子系统,PLC及有关外部设备都按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计,并通过数字式或输入输出控制各类型的机械或生产过程。它的基本功能有:逻辑控制功能、定时控制功能、计数控制功能、不仅控制功能、数据处理功能、过程控制功能、通信联网功能、监控功能、断电记忆功能、故障诊断功能。PLC主要有中央处理器(CPU)、寄存器(RAM、EPROM)、I/O口、电源、扩展接口和编程器接口等几部分组成,其构成如图2-2所示。中央处理器用户程序存储器电源部分信号灯电磁阀电磁阀接触器线路按钮开关继电器触点行程开关输入部分输出部分系统程序存储器编程器图2-2PLC内部结构及外部连接图PLC作为“蓝领计算机”是面向用户的专用控制计算机,有着其它工业控制设备很难具备的特性:(1)高可靠性,抗干扰能力强PLC是专为工业控制而设计的,选用的电子器件一般是工业级的,适应于恶劣的工业环境。在硬件和软件方面还采用了屏蔽、滤波、光电隔离、故障诊断和自动恢复等措施。到目前为止没有任何一种工业控制设备可以达到PLC的可靠性。平均无故障时间已达到2万小时以上,随着器件水平的提高,PLC的可靠性还在继续提高。(2)编程方便,易于使用PLC采用与实际电路接线图非常接近的梯形图,这种图形编程方式形象直观、易懂易编。具有一定电工知识的人员都可以在短时间内学会,使用起来得心应手。(3)与其它装置配置联接方便、维护简单PLC是通过程序实现控制的。当控制要求发生改变时,只要修改程序即可。PLC的接口原则是使外部接线、电平转换尽量少。1)对于开关量,输入可以是无源出点开关量或集电极开路晶体管输出:输出有继电器、晶闸管、晶体管等各种不同的形式,可以直接接各种不同类型的接触器、电磁阀等。2)对于模拟量,只要模拟信号电平在一定的范围内就可以按要求自由设置转换特性,而不需另加电平转换。另外还有运用热电偶直接输入的A/D转换器等,此时就连放大器、冷端补偿也不需要。3)对于各种显示、音响输出更是以最方便的形式提供接口,大量的问题都在PLC内部解决了。4)对于数据通讯,只需要同轴电缆和普通RS232或RS485接口即可,不必由用户来考虑滤波特性及通讯规程等具体问题。2.3.2变频器简介变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交-交和交-直-交方式,交-直-交先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源,然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制四部分组成。整流部分分为三相桥式不可控整流器,逆变部分为IGBT三相桥式逆变器,且输出为PWM波形,中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。结构图如图2-3所示:控制电路选着指令控制指令控制指令频率电压不可逆的交流电整流器逆变器异步电动机图2-3变频器结构图在异步电动机定子对称的三相绕组中通入对称的三相交流电,在电动机气隙内就会产生一个旋转磁场,其旋转速度为同步转速:pfn160式中-定子绕组电源频率,-电动机磁极对数。1fp异步电动机转差率:;0ns异步电机转速:;16()()fsp由上式可知,异步电机调速方法有如下几种(1)变同步转速:变极、变频。0nf(2)变转差率:定子调压、转子串电阻、电磁转差离合器、串级调速。s转差功率:2cumSP式中电磁功率,-转子铜损。cmP由上式可知,变频调速与变极调速为转差功率不变型,不论其转速高低,转差功率消耗基本不变。在交流异步电动机的诸多调速方法中,变频调速以其优异的调速性能、平稳的起制动性能、比较高的工作频率、功率因数、明显的节能效果和广泛的适用范围被国内外公认为最有发展前途的调速方法。随着电力电子技术和计算机控制技术的飞速发展,交流变频调速技术的发展也十分迅速。电动机交流变频调速技术是当今节能、改善工艺流程和改善工作环境的一种重要手段。2.4电控系统五阶段速度图分析提升机的调速控制系统设计方案必须要能够满足实际生产的要求,在设计之中,便要考虑提升机在运行过程中可能出现的速度和应力等方面的需求。提升机的电气传动系统的给定速度如下图所示,根据动力学方程式)(tfV3751nedT-电动机电动力矩;-传动系统的静阻力矩;1-传动系统的飞轮惯量;n-传动系统的动态转矩;dT-加速度可以按给定速度图得出所需转矩的特性,从而得到拖动系统所需的力)(tfTe,tfF如下图2-4所示:VVmVoTt1t2t3t4t5图2-4提升系统五阶段速度图t1阶段:为主加速阶段运行时间,此时加速度a1较大,速度一直从0加速到最大的重车从井底上行,重车启动后,开始持续加速到变频器的设定频率为f2,在此期间提升mV机的速度逐渐加速。t2阶段:为匀速阶段运动时间,即容器以最大提升速度等速运行的时间。上升时,mV电动机保持电动状态,重车提升机以额定运行速度稳定运行。下放时,由测速发电机反应转子下放速度,当速度高于时,增大励磁电流,提高制动力矩,使箕斗匀速运行。mV一般这段过程最长。t3阶段:为主减速阶段运行,即容器以最大提升速度减速运行的时间。重车快到mV井口时减速阶段,重车减速到低速,进入爬行阶段。如减速时间设置较短时,变频器制动单元和制动电阻起作用,以防止因减速过快而跳闸。t4阶段:为爬行阶段时间。重车以变频器频率为f1速度低速爬行,便于在规定的位置停车。t5阶段:为抱闸停车阶段时间。到达停车位置时,变频器立即停车,重车减速到零,制动系统闸制动。操作人员发一个联络信号到井底,整个提升过程结束。3.2变频调速系统设计要求综合以上提升机的运行特点以及矿山生产固有的特点,提升机工艺对提升机电控系统的要求如下:(1)加(减)速度符合国家有关安全生产规程的规定。提升人员时候,加速度,升降物料时,加速度。另外不得超过提升机的减速器所允许的20.75/ams21./ams动量矩。(2)具有良好的调速性能。要求速度平稳,调速方便,调速范围大,能满足各种运行方式及提升阶段(加速、减速、等速、爬行等)稳定运行的要求。(3)有较好的起动性能。提升机不同于其它机械,不可能待系统运转后再装加物料,因此,必须能重载启动,有较高的过载能力。(4)特性曲线要硬。要保证负载变化时候,提升速度基本上不受影响,防止负载不同时候速度过大,影响系统正常工作(当然,当负载超过一定的限度时候,还要求系统能有效的自我保护。迅速安全制动停车,具备挖土机机械特性)。(5)工作方式转换容易。要能够方便的进行自动、半自动、手动、验绳等工作方式的转换,操作方便,控制灵活,不至于因工作方式的转换影响正常生产。(6)采用新技术和节能设备,易于实现自动化控制和提高整个系统的工作效率。具备必要的连锁和安全保护环节,确保系统安全运行。尽量节约能源和降低运转费用。3提升机硬件选型3.1箕斗的选定(1)提升高度mHxzs5382048提升高度,mH矿井深度,488ms装载高度,30mz卸载高度,20mx(2)经济提升速度svm/28.9534.0.(3)一次提升循环估算时间s57.0.tvHaTmg单次提升循环估算时间,sgT初估加速度,取a2/8.0s装卸载时间,取30st(4)每小时提升次数次3657.9036gsTN(5)每小时提升量tBCAvnrns1.小时提升量tsA设计年产量,naM/8.1提升不均衡系数,1.3C提升备用系数,1.3r年工作日,330天nB日提升时间,vTh16(6)一次合理提升量tNAQs83621.57公式中2表示有两套提升设备。考虑为以后矿井生产能力的加大留有余地,所选箕斗提升容量为12t,能够满足矿井生产的需要。3.2提升电机选定(1)确定电机额定转数min/583.1432960rDivnme式中减速器传动比11.5,天轮直径D=3.5m。i考虑到箕斗容积选用较大,故预定同步转速50/mintnr(2)电机功率确定由可以估定电机额定转数,则实际最大提升速度tn492/ienr3.1457.860.emDvmsi则电动机功率KWvKQPje1092.9.0185.0取矿井阻力系数K=1.15,减速器传动效率。动力系数。j.2根据以上计算,选择YR1250-6/1430大型三相异步电动机,其主要技术参数如下:P=1250KW,额定电压,额定转数,电动机效率,6NUkv/minenr94.0j(3)电动机额定拖动力NvPFmjee1498728.7025103.3变频器的选型设计3.3.1变频器容量选择矿井提升机构平均起动转矩一般来说可以为额定力矩值的1.3-1.6倍。考虑到电源电压的波动因素及需要通过125%超载试验要求等因素,其最大转矩必须有1.8-2倍的负载力矩值,以确保其安全使用的要求。等额变频器仅能提供小于150%的超载力矩值,为此可以通过提高变频器容量或同时提高变频器和电机容量来获得200%的力矩值。此时变频器容量:式中:-电机功率因数;1.5cos10cosPCNgvKcos-提升额定负载所需功率;P-电机效率;-变频器容量;CN-系数,;K2提升机构变频器容量依据负载功率计算,并考虑2倍的安全力矩。在变频器功率选定的基础上再作电流验证,在一台变频器驱动一台电机的情况下,变频器的容量选择要保证变频器的额定电流大于该电动机的额定电流,并且变频器所适配的电动机功率大于当前该电动机的功率。另外矿用提升机属于频繁起动、加减速运转,其变频器容量的选定应根据加速、恒速、减速等各种运行状态下的电流值,按下式确定:05211KttIIICN式中::变频器额定输出电流;CNI1:各运行状态的平均电流;52,:各运行状态下的时间;tt:安全系数;0k考虑到矿用电机性能上的差异及机械负载的波动,变频器容量取决于电动机容量的1.4倍,按照本系统的电机功率,综合以上各种因素,本设计最终选用西门子GM150系列通用变频器。3.3.2高压提升机变频器主要特点(1)高压主回路与控制器之间为多路光纤连接,安全可靠;(2)全中文WINDOWS操作界面,彩色液晶触摸屏,安装、设定、调试简便,功率电路模块化设计,维护简单;(3)高电压源型变频器,直接6KV,10KV输入和输出,不需要输出变压器;(4)可以满足电动机的四象限工作要求;(5)输入功率因数高,电流谐波少,无须功率因素补偿和谐波抑制装置;(6)输出阶梯SPWM波形,无须输出滤波装置,对电缆、电机绝缘无损害,谐波少,减少轴承;减速器等的机械振动;(7)强大的CPU处理能力,易于改变控制逻辑关系,适应多变的现场需要;(8)自带风冷和水冷设施,完善的变频器参数设定,优异的

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论