（電氣工程專業(yè)論文）貴州開磷集團沙壩土礦斜井膠帶系統(tǒng)電氣驅動系統(tǒng)的設計.pdf

l | i i iiii iii i i i i ii ii ! i i l 19 0 7 3 5 6 t h ee l e c t r i c a ld e s i g no fs h a b al a n dm i n ei n c l i n es h a f td r i v eb e l t i ng u i z h o uk a i l i ng r o u l s y s t e mu i z h o uk al r o u p l b y c h e nw e i x i b e ( x i a n g t a nu n i v e r s i t y ) 2 0 0 9 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n g e l e c t r i c a le n g i n e e r i n g i nt h e g r a d u a t es c h o o l o f h u n a nu n i v e r s i t y s u p e r v i s o r p r o f e s s o rz h o ul a w u s e n i o re n g i n e e rl i uk e z h u a n g a p r i l ，2 0 1 1 湖南大學 學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所 取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任 何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢 獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的 法律后果由本人承擔。 作者簽名： 熙 力鼴 日期：2 0 l i 年，月功日 學位論文版權使用授權書 本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意 學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文 被查閱和借閱。本人授權湖南大學可以將本學位論文的全部或部分內容編 入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯 編本學位論文。 本學位論文屬于 1 、保密口，在年解密后適用本授權書。 2 、不保密囹 ( 請在以上相應方框內打“4 ) 作者簽名： 豚為孵 日期：2 0 ，年，月z o 日 別磁輒7 那專 相7 雅醐惻降，脅日 貴州開磷集團沙壩十礦斜j 膠帶系統(tǒng)電氣驅動系統(tǒng)的設計 摘要 磷礦石是農(nóng)業(yè)用肥必須的原料，是磷化工生產(chǎn)的基本原料，同時也是很重要 的工業(yè)燃料用原料，在國民經(jīng)濟中占有很重要的地位。我國磷礦資源的主要特點 為：儲量較大，分布較集中，采選難度較高。為了提高礦石生產(chǎn)能力、增加礦石 的回收率，貴州開磷集團委托化工部長沙設計研究院對沙壩土礦段延深開采的技 術進行改進。 本文主要以該項目為研究內容，對斜井膠帶運輸系統(tǒng)的驅動電路進行設計。 通過對電機三種調速方式的比較并結合電機啟動情況，得出在大運量、長運距、 多臺電動機驅動以及要求調速運行的斜井膠帶運輸系統(tǒng)中采用變頻器來控制交流 調速系統(tǒng)能夠實現(xiàn)電機的無級平滑起動和速度控制。故而在運輸系統(tǒng)的電機主回 路中使用p o w e r f l e x7 0 0 s ( 重載型) 變頻器來進行主電路中電機的降壓起動和交 流調速，并采用變頻器和p l c 對電機聯(lián)合控制，使得電機能在功率平衡和不同速 度的條件下長期穩(wěn)定運行。同時所設計的驅動系統(tǒng)通過手動繼電器控制回路和 p l c 自動控制回路的并行控制，能夠在保護裝置發(fā)生動作時讓整個運輸系統(tǒng)自動 停止運行，實現(xiàn)事故停機并通過檢測系統(tǒng)將停機原因和事故地點在模擬屏上顯示 出來。這便于對整個系統(tǒng)的裝載，卸載和運輸全程監(jiān)視和集中控制。 本文完成了貴州開磷集團沙壩土礦段延深開采的技術改進項目中斜井膠帶系 統(tǒng)電氣驅動系統(tǒng)的c a d 圖紙設計環(huán)節(jié)，并以此作為現(xiàn)場施工的理論指導，使采 礦系統(tǒng)效率大大提高。 關鍵詞：斜井膠帶運輸；驅動電路；變頻器；p l c ；設計 工程碩上學位論文 a b s t r a c t p h o s p h a t er o c ki s av e r yi m p o r t a n tb a s i cr a wm a t e r i a lo fp h o s p h o r u sc h e m i c a l p r o d u c t i o n ，b u ta l s ot h ei m p o r t a n tr a wm a t e r i a lf o rp r o d u c t i o no fi n d u s t r i a lf u e l w h i c hi s p l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nt h en a t i o n a le c o n o m y t h em a i nf e a t u r e so f p h o s p h a t er e s o u r c e si nc h i n ai sal a r g em i n e r a lr e s e r v e s ，m i n e r a lr e s o u r c e sa r em o r e c o n c e n t r a t e d ，p h o s p h a t er o c kc o l l e c t i o nd i f f i c u l t i no r d e rt oi m p r o v eo r ep r o d u c t i o n c a p a c i t y ，i n c r e a s i n gt h er e c o v e r yr a t eo fo r e g u i z h o uk a i l i ng r o u pc o m m i s s i o n e d c h a n g s h ai n s t i t u t e o fc h i n am i n i s t r yo fc h e m i c a li n d u s t r yt ot h i se x t e n s i o no f m i n i n gp r o j e c ti ns h a b al a n dm i n et r a n s f o r m a t i o np r o j e c t s i nt h i sp a p e r ，a st h er e s e a r c ho b j e c tt ot h ep r o j e c t ，d e s i g ns h a f td r i v ec i r c u i tt a p e t r a n s p o r ts y s t e m b yc o m p a r i n gt h et h r e et y p e so fm o t o rs p e e dc o n t r o lm o d e a n ds t a r t m o d e ，w ec o n c l u d et h a ti nt h el a r g ec a p a c i t y ，l o n gd i s t a n c e ，a n dt or e q u i r em o r et h a n o n em o t o rd r i v es h a f tr u n n i n gs p e e dt a p et r a n s p o r ts y s t e m ，u s i n gt h et r a n s d u c e rt o c o n t r o lt h ea cm o t o rs p e e dc o n t r o ls y s t e mt oa c h i e v eas m o o t hs t a r ta n ds t e p l e s s s p e e dc o n t r o li st h eb e s tm e t h o d s ，t h e r e f o r eu s i n gt h ep o w e r f l e x7 0 0 s ( h e a v yd u t y ) f o rt h em a i nd r i v em o t o rv o l t a g es t a r t i n gc i r c u i ta n dt h ee x c h a n g er a t ea d ju s t m e n ti n t h et r a n s p o r ts y s t e mi nt h em a i nc i r c u i to ft h em o t o ra n dt h em o t o rw i t hf r e q u e n c y c o n v e r t e ra n dp l c j o i n tc o n t r o l ，t h em o t o rc a np o w e rb a l a n c ea n dl o n g t e r ms t a b i l i t y u n d e rt h ec o n d i t i o n so ft h es p e e do fo p e r a t i o n d r i v es y s t e md e s i g nm a n u a lr e l a y c o n t r o lb yp l ca u t o m a t i cc o n t r o ll o o pc i r c u i ta n dap a r a l l e lc o n t r o l ，t op r o t e c tt h e d e v i c ei na c t i o nt oo c c u ra u t o m a t i c a l l ys t o pr u n n i n gt h ew h o l et r a n s p o r ts y s t e m ，t o a c h i e v ea na c c i d e n ts h u td o w nt h es y s t e md o w n t i m eb yd e t e c t i n gt h ec a u s ea n ds i t eo f t h ea c c i d e n ti nt h es i m u l a t i o ns c r e e no nt h ed i s p l a y t h i sm a k e si te a s yf o re n t i r e m o n i t o r i n ga n d c e n t r a l i z e dc o n t r o lo ft h ee n t i r es y s t e ml o a d ，u n l o a da n dt r a n s p o r t t h em a i no u t c o m eo ft h ep r o j e c ti sc o m p l e t e de x t e n s i o no fm i n i n gp r o j e c ti n g u i z h o uk a i l i ng r o u ps h a b al a n dm i n ec a d d e s i g no fe l e c t r i c a ld r i v es y s t e m s u s ei t a sat h e o r e t i c a lg u i d a n c et ot h ec o n s t r u c t i o ns i t e ，g r e a t l yi m p r o v e dt h ee f f i c i e n c yo f t h em i n i n gs y s t e m k e yw o r d s ：i n c l i n e ds h a f tb e l tc o n v e y o r ；d r i v ec i r c u i t ；t r a n s d u c e r ；p l c ；d e s i g n i i i 貴州開磷集團沙壩十礦斜j f 膠帶系統(tǒng)電氣驅動系統(tǒng)的設計 目錄 學位論文原創(chuàng)性聲明和學位論文版權使用授權書i 摘要i i a b s t r a c t i i i 插圖索引一v i 附表索引一v i i i 第1 章緒論l 1 1 引言1 1 2 礦山開采現(xiàn)狀2 1 3 課題來源3 1 4 變頻調速簡介3 1 5 本文主要設計內容4 第2 章工程概述6 2 1 開采范圍、方式和技術條件6 2 1 1 開采范圍6 2 1 2 開采方式6 2 1 3 開采技術條件7 2 2 開拓方式的選擇7 2 2 1 開拓條件7 2 2 2 開拓方式一7 2 2 。3 開拓提升方案比較8 2 2 4 廢石提升方案比較一9 2 2 5 主溜井礦( 廢) 石倉布置方案比較1 1 2 3 工程設計方案一l2 2 3 1 地區(qū)電網(wǎng)概況及供配電方案1 2 2 3 2 電力傳動設計方案1 3 2 2 3 自動控制系統(tǒng)設計方案1 4 2 4 本章小結一16 第3 章主膠帶電路的設計一1 7 3 1 主膠帶電機的降壓啟動1 7 3 2 主膠帶電機的調速1 8 3 2 1 交流調速原理1 8 i v 工程碩t 7 學位論文 3 2 2 變頻器的工作原理1 9 3 2 3 變頻器調速裝置的主要性能指標2 l 3 3 主膠帶電路設計2 2 3 3 1 主膠帶電機選型2 2 3 3 2 主膠帶變頻器的p i d 控制2 4 3 3 3 主膠帶變頻器的接線2 5 3 3 4 主膠帶控制電路的設計2 6 3 3 5 主膠帶的p l c 輸入模塊2 9 3 4 本章小結3 2 第4 章分膠帶電路的設計3 3 4 1 放礦閘門電路的設計3 3 4 2 振動放礦機電路的設計一3 7 4 3 給料皮帶電路的設計4 0 4 4 分料膠帶電路的設計4 3 4 5 振動篩電路的設計一4 5 4 6 礦石轉運膠帶電路的設計4 7 4 7 礦石卸料小車電路的設計5 0 4 8 相關電路器件選型5 2 4 9 本章小結5 4 結論5 5 參考文獻。5 7 致j 射6 0 附錄a ( 攻讀學位期間參加的科研項目) 6 1 v 貴州開磷集團沙壩十礦斜井膠帶系統(tǒng)電氣驅動系統(tǒng)的設計 插圖索引 圖1 1 開磷集團礦區(qū)交通位置圖2 圖2 1 沙壩土礦運輸系統(tǒng)連鎖圖1 3 圖2 2 沙壩土礦膠帶運輸系統(tǒng)自動化控制系統(tǒng)結構圖1 5 圖3 1 交直交變頻器原理圖2 0 圖3 2 三相逆變電路原理圖2 0 圖3 3 三相逆變電路導通波形圖2 1 圖3 4 主膠帶主電路原理圖2 4 圖3 5 變頻器p i d 調節(jié)過程圖2 5 圖3 6 主膠帶控制電路控制回路圖2 7 圖3 7 主膠帶控制回路事故指示回路圖2 8 圖3 8 主膠帶控制回路事故報警回路圖2 9 圖3 9 主膠帶控制回路其他回路圖2 9 圖3 10 主膠帶自動控制p l c 輸入模塊圖3 0 圖3 1 l 主膠帶跑偏檢測p l c 輸入模塊圖31 圖3 1 2 沿頭停車和縱向撕裂p l c 輸入模塊圖3 2 圖4 1 放礦閘門主電路圖3 3 圖4 2 放礦閘門控制電路圖3 4 圖4 3 放礦閘門p l c 輸入模塊圖3 6 圖4 4 振動放礦機主電路圖3 7 圖4 5 振動放礦機控制電路圖3 8 圖4 6 振動放礦機p l c 輸入模塊圖3 9 圖4 7 給料皮帶主電路圖4 0 圖4 8 給料皮帶控制電路圖4 l 圖4 9 給料皮帶p l c 輸入模塊圖一4 2 圖4 1 0 分料膠帶設計圖4 3 圖4 1 1 分料膠帶p l c 輸入模塊圖4 5 圖4 12 振動篩設計圖4 6 圖4 1 3 礦石轉運膠帶主電路圖4 7 圖4 1 4 礦石轉運膠帶控制回路圖4 8 圖4 1 5 礦石運轉膠帶p l c 輸入模塊圖一4 9 圖4 1 6 礦石轉運膠帶跑偏檢測p l c 輸入模塊圖5 0 v l 圖4 1 7 礦石卸料小車設計電路圖5 1 圖4 1 8 礦石卸料小車p l c 輸入模塊圖5 2 v h 貴州開磷集團沙壩十礦斜j l ：膠帶系統(tǒng)電氣驅動系統(tǒng)的設計 附表索引 表2 1 沙壩土礦開拓主提升方案比較表8 表2 2 沙壩土礦廢石提升方案比較表j 1 0 表2 3 溜井( 礦倉) 布置方案比較表l l 表3 1 各種調速方法性能比較表1 8 v i i i 工程碩l ：學位論文 1 1 引言 第1 章緒論 磷礦石是農(nóng)業(yè)用肥必須的原料，是磷化工生產(chǎn)的基本原料，同時也是很重要 的工業(yè)燃料用原料，在國民經(jīng)濟中占有很重要的地位i l ，2 】。有穩(wěn)定可靠、充足優(yōu)質 磷礦石供給加工企業(yè)是發(fā)展磷化工產(chǎn)業(yè)的先決條件。 貴州開磷( 集團) 有限責任公司( 簡稱丌磷集團) 始建于l9 5 8 年，是國家重 點投資建設的三大磷礦石生產(chǎn)基地之一，與云南昆陽、湖北襄陽并稱為“三陽開 泰”，有高原“磷都”之美譽。l9 9 4 年進入全國10 0 家現(xiàn)代企業(yè)制度試點企業(yè)， 改制為國有獨資公司。經(jīng)過4 0 多年的建設和發(fā)展，現(xiàn)已形成開磷礦業(yè)、開磷化工、 開磷建設、開磷物業(yè)及開磷貿(mào)易五個產(chǎn)業(yè)，是我國1 5 8 8 家大型企業(yè)和1 1 0 家高濃 度磷復肥生產(chǎn)骨干企業(yè)之一。2 0 0 5 年實現(xiàn)銷售收入2 3 2 8 億元，入庫稅金1 4 3 4 7 萬元，實現(xiàn)利潤7 3 7 0 萬元。截止2 0 0 5 年底，開磷集團總資產(chǎn)已達3 4 8 4 億元， 資產(chǎn)負債率6 6 ，銀行信譽度a a + 。 開磷礦業(yè)作為貴州丌磷集團的支柱產(chǎn)業(yè)，是開磷集團發(fā)展的根基。開磷集團 的前身即“開陽磷礦 ，是國家在第二個五年計劃期間建設的全國三大磷礦石生 產(chǎn)基地之，發(fā)現(xiàn)于l9 5 4 年，19 5 8 年開始籌建，一期工程馬路坪礦段北區(qū)( 馬 路坪礦) 于l9 6 5 年建成投產(chǎn)，南區(qū)( 青菜沖礦) 19 7 0 年建成投產(chǎn)，二期工程用 沙壩礦于1 9 8 9 年建成投產(chǎn)。19 9 2 年開始進行一期延深工程，19 9 6 年建成投產(chǎn)。 磷礦石設計生產(chǎn)能力1 6 0 萬噸年。近幾年來，隨著國家投資體制的變革和管理模 式轉變，開磷集團又逐步走上自我積累和自我發(fā)展的道路，先后利用自有資金和 銀行貸款開發(fā)了南延( 牛趕沖礦段) 、北延( 沙壩土礦段) 、牯牛背( 用沙壩礦段) 、 小屯坡及大坡( 極樂礦段南段、北段) 等保產(chǎn)工程，使集團公司總的礦山生產(chǎn)能 力達到2 0 0 2 2 0 萬噸年l j j 。 開磷集團礦區(qū)位于貴州省中部烏江流域開發(fā)區(qū)，行政區(qū)劃屬開陽縣金中鎮(zhèn)所 轄，地理坐標為東經(jīng)1 0 6 0 4 7 3 2 5 ”1 0 6 0 5 1 3 3 ”，北緯2 7 0 0 8 2 4 ”2 7 0 1 07 5 0 ”。礦區(qū) 距開陽縣城2 5k m ，西南距貴陽市8 8k m ，西北距息烽縣城2 8k m ，北距遵義市 1 0 2k m 。均有公路相通。礦區(qū)有準軌鐵路支線與川黔線上小寨壩車站接軌，支線 全長31 4k m 。在礦區(qū)設有大水溝、中心、普礦、楠木坪四個站臺，交通運輸方 便。礦區(qū)面積約8 5 k m 2 。整個礦區(qū)由用沙壩礦段、馬路坪礦段、牛趕沖礦段、沙 壩土礦段、極樂礦段、兩岔河礦段等六大礦段組成，其礦區(qū)地理位置圖如圖1 1 所示。 貴州開磷集團沙壩十礦斜j f 膠帶系統(tǒng)電氣驅動系統(tǒng)的設計 沙壩土礦為2 0 0 2 年末組建的直屬礦，由原宏盛公司大坪采場、原馬路 采區(qū)組成，負責沙壩土礦段的開發(fā)4 1 。 曩 至遵義 、纂壩 盤腳營 崦飛躺站 = 六支是文，硝呂泉 天臺站，矽 飛鋸 南極丟妊 脅縫7 v i l 確m k 峭 剝云 場缸 葉 土 一 吼 舯吣y俞叫擴1 工程碩j j 學位論文 輸能力為3 0 4 0 萬噸年，礦山生產(chǎn)能力最大為4 0 萬噸年。 礦山目前尚未形成完整的通風系統(tǒng)，主要靠自然通風，開拓掘進采用局扇通 風，礦山整個的通風效果較差。 排水系統(tǒng)：現(xiàn)在南、北礦塊各設1 座坑內排水泵站，南礦塊泵站設在7 3 0 m 中段，布置有3 臺2 0 0 d 4 3 3 排水泵。北礦塊泵站設在7 5 0 m 中段，布置有l(wèi) 臺 1 5 0 s 1 0 0 排水泵，2 臺1 0 0 s 一9 0 排水泵。兩座泵站、水倉均為簡易巷道式布置， 設置很不規(guī)范，只能作為臨時排水用。 1 3 課題來源 為了提高礦石生產(chǎn)能力、增加礦石的回收率，貴州開磷集團委托化工部長沙 設計研究院對沙壩土礦段延深開采的技術進行改進。該技改項目是一個在原有生 產(chǎn)礦山的基礎上進行的延深擴能技改工業(yè)建設項目，包括礦山延深開拓、提升、 通風運輸系統(tǒng)的完善、開采技術及裝備的改進和礦山規(guī)模的擴大等內容，采用地 下開采方式1 7 蔗j 。沙壩土礦段技改工程設計規(guī)模為1 2 0 萬噸年，即在原有7 5 萬噸 年生產(chǎn)能力的基礎上通過系統(tǒng)改造、設備更新和技術進步新增生產(chǎn)能力4 5 萬噸 年，同時礦石回收率由7 0 提高到7 5 7 8 ，采礦貧化率由6 降到4 。 在該技改項目中，大型、特大型礦井主斜井膠帶運輸機，是連接井下原礦開 采系統(tǒng)和地面選礦系統(tǒng)的樞紐，常采用多臺電動機驅動。就其驅動方式和控制系 統(tǒng)而言，實施可控的軟啟動，以保證多臺電動機功率平衡及在不同速度下長期穩(wěn) 定運行，是選擇的關鍵【9 1 。對于大運量、長運距、多臺電動機驅動、要求調速 運行的主斜井膠帶輸送機來說，交流調速是較為理想的驅動方式【1 2 , 1 3 】。 1 4 變頻調速簡介 在變頻技術同新月異的發(fā)展的同時，交流電動機控制技術取得了突破性進展。 由于交流電動機是多變量、強耦合的非線性系統(tǒng)，與直流電動機相比，轉矩控制 要困難得多【1 4 ，”j 。2 0 世紀7 0 年代提出的矢量控制理論解決了交流電動機的轉矩 控制問題【1 6 1 引。應用坐標變換將三相系統(tǒng)等效為兩相系統(tǒng)，再經(jīng)過按轉子磁場定 向的同步旋轉變換實現(xiàn)了定子電流勵磁分量與轉矩分量之間的解耦，從而達到對 交流電動機的磁鏈和電流分別控制的目的 1 9 , 2 0 1 。這樣就可以將一臺三相異步電動 機等效為直流電動機來控制，因而獲得了與直流調速系統(tǒng)同樣優(yōu)良的靜、動態(tài)性 能，開創(chuàng)了交流調速與直流調速相競爭的時代1 2 卜2 3j 。 通用變頻器具有調速精度高、響度快、保護功能完善、過載能力強、節(jié)能顯 著、維護方便、智能化程度高、易于實現(xiàn)復雜控制等優(yōu)點，已在我國推廣普及1 2 4 ，。2 5j 。 變頻器的功率從幾百瓦到幾百千瓦，目前市場上主要是國外生產(chǎn)的變頻器，如羅 貴州開磷集團沙壩十礦斜井膠帶系統(tǒng)電氣驅動系統(tǒng)的設計 克韋爾自動化、西門子、a b b 、安川、富士、臺達等公司的產(chǎn)品1 26 。這些產(chǎn)品更 新?lián)Q代快，競爭激烈，其總的趨勢是向小型化、智能化、多功能、大容量和低價 格的方向發(fā)展【2 7 1 。現(xiàn)代變頻器大都采用高速全控開關器件，如g t r ( g i a n t t r a n s i s t o r ，巨型晶體管或電力晶體管) 、i g b t ( i n s u l a t e dg a t eb i p o l a rt r a n s i s t o r ， 絕緣柵雙極型晶體管) 等【2 8 3 0 】。由這些電力電子開關器件組成了p w m ( p u l s e w i d t hm o d u l a t i o n ，脈沖寬度調制) 電壓型逆變器【3 1 1 ?，F(xiàn)代變頻器的控制系統(tǒng)要 比早先產(chǎn)品復雜得多，而且是數(shù)字化的，它采用微處理器控制，也有的采用3 2 位數(shù)字信號處理器( d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r ，d s p ) 為實現(xiàn)高級控制和復雜的性 能提供了保證【32 1 。變頻器現(xiàn)在作為交流電動機變頻調速用的高新技術產(chǎn)品，在國 民經(jīng)濟的各部門得到了廣泛的應用。 眾所周知，直流調速系統(tǒng)具有較為優(yōu)良的靜、動態(tài)性能指標1 3 3 ”1 。在很長的 一段歷史時期內，調速傳動領域基本上由直流電動機調速系統(tǒng)所壟斷。直流電動 機雖有調速性能好的優(yōu)點，但也有一些固有的難于克服的缺點，主要是機械式換 向器帶來的弊端。其缺點是：( 1 ) 維修工作量大，事故率高；( 2 ) 容量、電壓、 電流和轉速的上限值均受到換向條件的制約，在一些大容量、特大容量的調速領 域中無法應用；( 3 ) 使用環(huán)境受限，特別是在易燃易爆場合難于應用1 3 引。而交流 電動機有一些固有的優(yōu)點：( 1 ) 容量、電壓、電流和轉速的上限不像直流電動機 那樣受限制：( 2 ) 結構簡單，造價低；( 3 ) 堅固耐用、事故率低、容易維護。它 最大的缺點是調速困難，簡單調速方案的性能指標不佳【37 1 。隨著交流電動機調速 理論問題的突破和調速裝置( 主要是變頻器) 性能的完善，交流電動機調速性能 差的缺點已經(jīng)得到了克服【3 引。目前，交流調速系統(tǒng)的性能已經(jīng)可以和直流調速系 統(tǒng)相媲美，甚至可以超過直流調速系統(tǒng)。 目前人們所說的交流調速傳動，主要是指采用電力電子器件的電力變流器對 交流電動機的變頻調速傳動【3 9 1 。除變頻器以外的另一些簡單的調速方案，如變極 調速4 0 1 、定子調壓調速【4 1 1 、轉差離合器調速【4 2 】等，雖然仍在特定場合有一定的 應用，但由于其性能較差，終將會被變頻調速所取代。 1 5 本文主要設計內容 本文以化工部長沙設計院對貴州開磷集團沙壩土礦段延深開采的技術改進項 目為研究內容，以謀求最高采礦效率為宗旨，遵循“依據(jù)礦段現(xiàn)狀、礦體賦存條 件，合理借鑒、立足創(chuàng)新”的基本原則，圍繞“經(jīng)濟、安全、高效這一問題對 沙壩土礦斜井膠帶運輸系統(tǒng)的驅動電路進行設計。 本文共分為三個部分，第一部分為整體工程概況和對沙壩土礦段斜井膠帶運 輸系統(tǒng)設計方案的介紹；第二部分為斜井膠帶運輸系統(tǒng)主膠帶電路的設計，通過 對電機三種調速方式的比較并結合電機啟動情況，得出在大運量、長運距、多臺 工程碩上學位論文 電動機驅動以及要求調速運行的斜井膠帶運輸系統(tǒng)中采用變頻器來控制交流調速 系統(tǒng)能夠實現(xiàn)電機的無級平滑起動和速度控制，并采用變頻器和p l c 對電機聯(lián)合 控制，使得電機能在功率平衡和不同速度的條件下長期穩(wěn)定運行；第三部分為斜 井膠帶運輸系統(tǒng)分膠帶電路的設計，包括放礦閘門、振動放礦機、給料皮帶、分 料膠帶機、振動篩、礦石轉運膠帶機、礦石卸料小車的主電路和控制電路的設計。 電路的設計從兩方面入手，分別為手動繼電器控制回路系統(tǒng)和p l c 自動控制 回路系統(tǒng)。繼電器控制系統(tǒng)實現(xiàn)單機就地手動控制，以適應設備維修、調試的需 要。p l c 控制系統(tǒng)實現(xiàn)集中控制，它既可實現(xiàn)系統(tǒng)連鎖自動控制，又可實現(xiàn)遠程 單機控制。通過兩個系統(tǒng)對電機并行控制，能夠在保護裝置發(fā)生動作時讓整個運 輸系統(tǒng)自動停止運行，實現(xiàn)事故停機并通過檢測系統(tǒng)將停機原因和事故地點在模 擬屏上顯示出來。這便于對整個系統(tǒng)的裝載，卸載和運輸全程監(jiān)視和集中控制。 貴州開磷集團沙壩十礦斜， 膠帶系統(tǒng)電氣驅動系統(tǒng)的設計 第2 章工程概述 2 1 開采范圍、方式和技術條件 2 1 1 開采范圍 沙壩土礦段礦山地質勘探最低控制標高為3 4 0 m ，在此標高礦體無變薄 趨勢，3 4 0 m 標高以下應該還有大量遠景儲量，考慮到4 0 0 m 以下礦體勘探控 儲量較少，本次設計最低標高為4 0 0 m ?？紤]到礦山目前已開拓到7 0 0 m 中段，開 工程碩：l 學位論文 2 1 3 開采技術條件 沙壩土礦為緩傾斜一一傾斜中厚層狀礦體，產(chǎn)狀穩(wěn)定。開采范圍內礦體傾角 1 6 3 9 0 ，南陡北緩，厚度1 0 9 1 0 8 3 m ，平均厚度5 0 1 m 。礦石致密、性脆、節(jié) 理、小滑動面發(fā)育。礦石本身無粘結性，掘進時，常有小塊冒落。礦層鑿巖爆破 性好，屬中穩(wěn)一一不穩(wěn)固巖石。 礦層的直接頂板( 俗稱假頂) 為一層水云母粘土質頁巖或含磷礫石，厚度0 5 m 左右，工程遇見率1 0 ，它與上部的真頂( 白云巖) 結合不緊密，松軟易風化， 很不穩(wěn)固，易冒落，對采礦作業(yè)安全、礦石損失影響較大，也是礦石貧化加劇， m g o 含量增高的主要原因。 假頂層以上為白云巖、硅質巖，中等穩(wěn)固。 礦層的直接底板( 俗稱假底) 為砂質白云巖，厚度一般為0 2 6 1 m ，平均厚 度0 6 8 m ，該層膠結疏松，易風化變軟，穩(wěn)固性差。 礦層真底為中厚層石英砂巖，屬不穩(wěn)固一一較穩(wěn)固巖石。 沙壩土礦位于洋水背斜的東翼，礦體上盤為高山，下盤為洋水河谷。洋水河 谷與礦體走向幾乎平行，侵蝕基準面標高為7 3 l m ，礦區(qū)水文地質條件為中等一 一復雜類型。 2 2 開拓方式的選擇 2 2 1 開拓條件 沙壩土礦位于洋水背斜的東翼，為東傾的單斜構造，地層傾角1o 5 5 。礦 體上盤為高山，下盤為洋水河谷。洋水河谷與礦體走向幾乎平行，侵蝕基準面即 為洋水河河面。 受礦區(qū)地形條件制約，沙壩土礦7 0 0 m 中段以下各開采中段均不能直接通地 表，無平硐開拓的條件，礦石須提升方能出地表。 2 2 2 開拓方式 礦山開拓方式的選擇除受礦體本身的賦存條件限制外，還受到設計規(guī)模和社 會經(jīng)濟發(fā)展水平的影響?？紤]到開陽磷礦的優(yōu)質礦石對全國磷肥加工企業(yè)的重要 性，國家對開陽磷礦的礦石生產(chǎn)能力有更高的、潛在的要求，而沙壩土礦是開陽 礦區(qū)控制儲量最多，走向長度最大的礦，應有一定的增產(chǎn)潛力。因此本次設計沙 壩土礦的礦石提升能力按1 5 0 萬噸年考慮，考慮廢石提升量后約1 7 0 萬噸年。 顯然，在此規(guī)模下，豎井罐籠、斜井箕斗、斜井串車提升在技術上是不可行的。 汽車斜坡道開拓，具有工藝環(huán)節(jié)少，生產(chǎn)靈活，開拓系統(tǒng)簡單，建設期短等 優(yōu)點，但是，需要的汽車數(shù)量多，設備投資大，由于受汽車爬坡能力的限制，從 2 2 3開拓 膠帶斜井提升和豎井箕斗提升兩種提升方案具體如下： 方案一：膠帶斜井提升方案。斜井井口選擇在現(xiàn)有陳家洞斜坡道以南、鐵路 以東、淘沙溝溝口以北的山坡上，井口標高7 9 2 m ，由于離礦體較近，井筒向東 南沿傾斜方向掘進。前期l 拌膠帶斜井掘進到5 5 0 m 標高，井筒長1 1 6 4m ，服務 7 0 0 m 、6 4 0 m 、5 8 0 m 三個中段的提升任務。后期向西南沿礦體傾斜方向再掘進一 條2 撐膠帶斜井到3 7 0 m 標高，與l 膠帶接力提升，井筒長8 6 5 7 5m ，服務5 2 0 m 、 4 6 0 m 、4 0 0 m 三個中段的提升任務，1 膠帶斜井底部預留后期膠帶接頭硐室，以 減少后期膠帶斜井掘進和安裝對礦山生產(chǎn)的影響?？紤]到沙壩土礦礦體位于浸蝕基 準面以下，礦石含水率可能較高，為保證礦石提升時不打滑，斜井傾角選用1 2 。， 采用帶寬b = 1 0 0 0m m 的鋼繩芯膠帶。 方案二：豎井箕斗提升方案。豎井井口位置選在加工廠原礦堆場附近，井口 標高定為8 0 0 m ，經(jīng)計算需選用4m 3 雙箕斗提升，井簡直徑5m 。前期井筒掘進 到5 2 0m 標高，服務5 8 0r n 以上中段。后期再將井筒延深到3 4 0m 。前期在5 8 0m 水平、后期在4 0 0m 水平設集中運輸水平。 兩方案的詳細比較見表2 1 。從表2 1 中可見，斜井膠帶提升方案，無論是基 建投資或經(jīng)營費用，均較豎井箕斗省、能耗少、便于自動控制，可以與無軌采掘 巷道統(tǒng)一安排，施工進度有保證，而且為礦山挖潛增產(chǎn)留有較大余地。另外膠帶 提升在礦山已有成熟經(jīng)驗，故推薦沙壩土礦采用斜井膠帶提升方案。 表2 1 沙壩土礦開拓主提升方案比較表( 單位：萬元) t 程碩 j 學位論文 ( 續(xù)表) 序號項目名稱方案一( 斜井膠帶) 方案 二( 豎片箕斗)備注 2 2 4 廢石提升方案比較 經(jīng)計算沙壩土礦廢石量約為15 萬噸年。廢石提升考慮了三種可行的方案， 并對其進行了技術經(jīng)濟比較。 方案一：利用運礦膠帶兼提廢石。該方案考慮在井下和地表設廢石倉，廢石 運到卸廢站倒入中段廢石倉后，利用礦石提升膠帶提升到地表，用汽車倒運到地 面廢石場就近排卸。經(jīng)計算需兩臺2 0 ts t y e r 汽車。 方案二：汽車運輸廢石。該方案考慮利用坑內卡車將廢石直接從掘進工作面 經(jīng)斜坡道運到地面廢石場排卸。5 8 0 m 中段以上需增加汽車3 臺，5 8 0 m 中段以下 貴州開磷集團沙壩十礦斜j 膠帶系統(tǒng)電氣驅動系統(tǒng)的設計 需汽車4 5 臺。 方案三：串車斜井提升廢石。該方案考慮在地表廢石場就近掘進斜井，廢 運到卸廢站倒入中段廢石倉后，裝入o 7 5 m 3 礦車提升到地表，用人工推車卸到 石場。經(jīng)計算采用j k 2 5 2 0 a 提升機，前期一次提升礦車4 輛，電機功率2 8 0k w ， 后期6 輛，電機功率4 0 0k w 。 三個方案詳細比較見表2 2 。從表2 2 可以看出，方案一由于可以充分利用礦 石運輸設施，新增的井巷工程和設備較少，投資省，經(jīng)營費低，費用現(xiàn)值比另外 兩個方案分別少1 5 3 0 7 萬元和7 4 0 3 萬元，雖然該方案存在環(huán)節(jié)多，膠帶提升兩 種物料，控制和管理較復雜的缺點，但是這些缺點都是可克服的，考慮到該方案 經(jīng)濟上的明顯優(yōu)勢。設計推薦方案一。 表2 2 沙壩土礦廢石提升方案比較表 t 程碩。 ：學位論文 2 2 5 主溜井礦( 廢) 石倉布置方案比較 膠帶斜井提升礦石和廢石兩種物料，為了充分發(fā)揮膠帶連續(xù)運輸?shù)膬?yōu)勢，必 須在井下設容量能滿足膠帶一定提升時間要求的礦( 廢石) 倉，對于礦石倉，本設 計取3 小時礦石提升量；對于廢石倉的容量，考慮到管理和控制的方便，按儲存 一天的廢石量設計。關于溜井礦( 廢石) 倉的布置，有分段布置和集中布置兩種 形式。分段布置是每個中段掘單獨的溜井礦( 廢石) 倉和裝料系統(tǒng)向斜井膠帶裝 礦，集中布置則幾個中段共用礦倉和裝礦系統(tǒng)。分段布置與集中布置相比，溜井 長度短，中段卸礦石門長度短，上部中段提升長度小，節(jié)省電能，經(jīng)營費低，與 輔助斜坡道配合可以分段掘進，分段安裝，盡快形成礦石和廢石提升系統(tǒng)，減少 生產(chǎn)與基建相互影響，加快基建速度。缺點是礦倉和裝礦巷道及設施數(shù)量多，設 備投資較高，膠帶存在多點裝礦，控制和管理較復雜。兩種布置方案技術經(jīng)濟詳 細比較見表2 3 。 表2 - 3 溜并( 礦倉) 布置方案比較表( 單位：萬元) 從表中可以看出，方案二無論投資還是經(jīng)營費都較低，如果考慮分段布置加 貴州開磷集團沙壩士礦斜j ：膠帶系統(tǒng)電氣驅動系統(tǒng)的設計 快基建速度帶來的效益，方案二的優(yōu)越性更加突出，設計推薦分段布置方案 2 3 工程設計方案 沙壩土礦礦石提升采用斜井膠帶提升方式，井口標高7 9 0 m ，前期i 號鋼 膠帶機，為5 8 0 m 以上各中段( 包括5 8 0 中段) 服務。后期增建i i 號鋼繩芯 機，為5 8 0 m 以下各中段服務，前、后期兩條鋼繩芯膠帶機采用直接搭接接 升方式。 為充分利用膠帶機提升能力大的特點，同時解決廢石的提升，設計決定 一套提升系統(tǒng)既提升礦石又提升廢石。 為減少工程量，節(jié)約投資；也為了節(jié)約能源，減少經(jīng)營費。設計決定采 段溜井。 前期，通過鋼繩芯膠帶機提升的有礦石和廢石，7 0 0 中段礦石、廢石由溜井 下放至6 6 5 m 溜井下口后，經(jīng)放礦閘門和振動放礦機由1 號給料膠帶機轉載給i 號鋼繩芯膠帶機，提升到井口。礦石直接進入初碎車間初碎，初碎后的礦石經(jīng)地 表轉運膠帶機運至加工廠的磷礦堆場；廢石則經(jīng)地表廢石轉運膠帶機運至廢石倉。 6 4 0 ( 5 8 0 ) 中段礦石、廢石由溜井下放至6 0 5 ( 5 4 5 ) m 溜井下口后，經(jīng)放礦 閘門和振動放礦機由2 ( 3 ) 號給料膠帶機轉載給i 號鋼繩芯膠帶機，提升到井口。 到井口后的礦、廢石轉運與7 0 0 中段相同。 后期，隨著開采中段標高的降低，前期的i 號鋼繩芯膠帶機已不能滿足要求， 需要新增i i 號鋼繩芯膠帶機，與前期i 號鋼繩芯膠帶機直接搭接接力運行，共同 擔負礦石和廢石的提升任務。 2 3 1 地區(qū)電網(wǎng)概況及供配電方案 礦區(qū)位于開陽縣金中鎮(zhèn)，貴陽2 2 0k v 和1 1 0k v 送電線路經(jīng)過礦區(qū)的東部， 其中在距離礦區(qū)( 直線距離) 約6 k m 處有一座區(qū)域性l10k v 變電站。其主要容 量為2 2 0 兆千安，有3 5k v 出線間隔。 沙壩土礦設計范圍為12 0 萬噸年生產(chǎn)能力的采礦設備及相應配套的通風，膠 帶運輸和井下排水等設施的供配電。 沙壩土礦與大水溝3 5 6 3k v 變電站相鄰，與馬路坪3 5 6 3k v 變電站距離約 3 5k m ，所以，沙壩土礦用電電源引自大水溝3 5 6 3k v 變電站。 沙壩土礦的開拓運輸方式為膠帶斜井開拓，中段汽車運輸，膠帶提升礦石和 廢石兩種物料，前期開采7 0 0 和6 4 0 兩個中段。 膠帶運輸系統(tǒng)用電負荷主要為主膠帶，給料膠帶，地面破碎站和轉運膠帶等。 主膠帶負荷為2 2 8 0k w ，6k v 。 每個中段共分5 個盤區(qū)開采，中段采礦設備用電負荷分lk v 和3 8 0v 兩種用 工程碩 j 學位論文 電設備。 2 3 2 電力傳動設計方案 主膠帶驅動電機功率為2 2 8 0k w ，為雙電機驅動裝置，其啟動方式采用變 頻器控制，以解決膠帶機起