第九章 提升機(jī)的電力拖動(dòng)

1、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) 與控制與控制 主講姚曉娟主講姚曉娟 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

2、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) n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：、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速： 由機(jī)械特性方程：由機(jī)械特性方程： 可知，他勵(lì)直流可知，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)有電動(dòng)機(jī)

3、有3種方法可以調(diào)速：種方法可以調(diào)速： （1 1）改變電樞電壓；）改變電樞電壓； （2 2）改變勵(lì)磁電流，即改變主磁通；）改變勵(lì)磁電流，即改變主磁通； （3 3）電樞回路串入調(diào)節(jié)電阻。）電樞回路串入調(diào)節(jié)電阻。 0 n 1）降低電樞電）降低電樞電 壓調(diào)速：壓調(diào)速： 因?yàn)殡姍C(jī)在正常因?yàn)殡姍C(jī)在正常 工作時(shí)，電樞工作時(shí)，電樞 電壓不能超過(guò)電壓不能超過(guò) 額定電壓，所額定電壓，所 以，采用向下以，采用向下 調(diào)速。很顯然，調(diào)速。很顯然， 在這里，只改在這里，只改 變了變了 ，所以，所以 我們將得到一我們將得到一 系列平行與固系列平行與固 有特性的曲線。有特性的曲線。 如圖：如圖： n特點(diǎn)：改變電樞電壓調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速

4、的方法具有較好的特點(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)械特性的調(diào)速性能。由于調(diào)電壓后，機(jī)械特性的“硬度硬度” 不變，因此有較好的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性，調(diào)速范圍較大，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。小。在實(shí)際工程當(dāng)中，常常采用這種方法。 缺點(diǎn)：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)

5、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)。直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 2）弱磁調(diào)速：）弱磁調(diào)速：這種調(diào)速方法這種調(diào)速方法 的特點(diǎn)是由于勵(lì)磁回路的電的特點(diǎn)是由于勵(lì)磁回路的電 流很小，只有額定電流的流很小，只有額定電流的 （1 13 3）% %，不僅能量損失，不僅能量損失 很小，且電阻可以做成連續(xù)很小，且電阻可以做成連續(xù) 調(diào)節(jié)的，便于控制。其限制調(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)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)

6、機(jī)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。機(jī)械強(qiáng)度及換向的限制。 3 3）電樞回路串電阻調(diào)速：）電樞回路串電阻調(diào)速： 電樞回路串聯(lián)電阻越大，機(jī)電樞回路串聯(lián)電阻越大，機(jī) 械特性的斜率越大，因此械特性的斜率越大，因此 在負(fù)載轉(zhuǎn)矩恒定時(shí)，即為在負(fù)載轉(zhuǎn)矩恒定時(shí)，即為 常數(shù)，增大電阻，可以降常數(shù)，增大電阻，可以降 低電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。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，改變電樞電壓和電法中，改變電樞電壓和電 樞回路串電阻調(diào)速屬于恒樞回路串電阻調(diào)速屬于恒 轉(zhuǎn)矩調(diào)速，而弱磁調(diào)速屬轉(zhuǎn)矩調(diào)速，而弱磁調(diào)速屬 于恒功率調(diào)速。

7、于恒功率調(diào)速。 他勵(lì)式 積復(fù)勵(lì)差復(fù)勵(lì) 1 . 串勵(lì)式 2 . 并勵(lì)式 3 . 復(fù)勵(lì)式 自勵(lì)式 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式 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 系列直流發(fā) 電機(jī) 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。 可控硅供電 專用直流電動(dòng)機(jī) SCR系統(tǒng) 目前廣泛使用。 單相半波可控整流電路及波形 T VT R 0 a) u 1 u 2 u VT u d id t1 2 t t t t u 2 u g u d u VT 0 b) c) d) e) 0 0 工作過(guò)程和特點(diǎn)

8、： （1）在U2的正半周，VT 承受正向電壓，0t1期 間，無(wú)觸發(fā)脈沖，VT處于 正向阻斷狀態(tài)，UVTU2， Ud=0; （2） t1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， 一直到時(shí)刻； （3） 2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。 a) b) R E i d u di d O E u d t I d Ot 電路接反電動(dòng)勢(shì)電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形 No Image 三、交流同步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng) n與直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)相比： n制造簡(jiǎn)單、造價(jià)

9、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。 n變頻技術(shù)主要有以下幾種類型： n n1）交直變頻技術(shù)（即整流技術(shù)） n。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。 n2）直直變頻技術(shù)（即斬波技術(shù)）。 n它通過(guò)改變功率半導(dǎo)體器件的通斷時(shí)間， n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。 n 3）直交變頻技術(shù)（即逆變技術(shù)）。 n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(kāi)關(guān)將直流電變成不 同頻率的

10、交流電。 n n4）交交變頻技術(shù)（即移相技術(shù)） n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(kāi)關(guān)、調(diào)壓、調(diào)光、調(diào)速等目的。 n 第二節(jié)提升機(jī)的電氣制動(dòng)系統(tǒng) n一、電氣制動(dòng)系統(tǒng)的類型和特點(diǎn) n、發(fā)電制動(dòng)。 n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)?負(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

11、要由電網(wǎng)提供。 n、動(dòng)力制動(dòng)。 n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。 n、反接制動(dòng)。 n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。 n、變頻和低頻發(fā)電制動(dòng)。 n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f p f60 f:頻率：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)

12、n S: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： 運(yùn)行中：01 二、動(dòng)力制動(dòng)狀態(tài) n、動(dòng)力制動(dòng)裝置的類型 n（）、三相晶閘管動(dòng)力制動(dòng)柜 n（）、單相晶閘管動(dòng)力制動(dòng)柜 n（）、動(dòng)力制動(dòng)電動(dòng)機(jī)直流發(fā)電機(jī)組 、晶閘管動(dòng)力制動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn) n 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

13、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)。 a) b) c) d) e) f) u2 a b c T R ud id VT 2 VT 1 VT 3 uaubuc =0 Ot1 t2t3 uG O ud O O uabuac O iVT 1 uVT 1 t t t t t 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)

14、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 n主井提升系統(tǒng) n、箕斗提升。能夠自動(dòng)裝卸載。直流他勵(lì)直流他勵(lì) 拖動(dòng)系統(tǒng)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。） n、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 、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。 、采用

15、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。 、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) n原理：利用低頻交流電 源（HZ）送入主 電動(dòng)機(jī)，使其低速運(yùn)行。 p f60 低頻電源三種： 、低頻發(fā)電機(jī)組 、晶閘管交直交變頻裝置 、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： 、提升機(jī)開(kāi)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)發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)； 、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

16、拖動(dòng)控制系統(tǒng) n一、電氣控制系統(tǒng)的組成 n、主電動(dòng)機(jī)。提升機(jī)的原始動(dòng)力。 n、高壓開(kāi)關(guān)柜。雙回路供電，具有過(guò)電流和欠電壓保 護(hù)。 n、高壓換向器。用作主電路的通電、斷電和換向。 n、動(dòng)力制動(dòng)接觸器或低頻電源接觸器。 n、磁力站。 n、電氣制動(dòng)電源裝置。 n、操作臺(tái)。 n、輔助控制設(shè)備。 二、型電氣控制系統(tǒng) n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。 T CC RR C U n Te a e 2 1、主回路 作用：用于供給提升電動(dòng)機(jī)電源，實(shí)現(xiàn)失

17、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

18、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。 、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。 、提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 提