礦井提升機直流調(diào)速系統(tǒng)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上礦井提升機直流調(diào)速系統(tǒng)摘要礦井提升機也稱礦井卷揚機，是煤炭、有色金屬礦石等生產(chǎn)過程中的大型關(guān)鍵設(shè)備，也是井上和井下的唯一輸送通道。提升機主要用于升降人員和礦石、煤炭等，其性能和安全可靠性直接影響著煤炭、礦石的生產(chǎn)及作業(yè)人員的生命安全，一旦發(fā)生事故必然導(dǎo)致人員傷亡和設(shè)備的嚴重損壞，礦山正常生產(chǎn)中斷，造成重大的經(jīng)濟損失，素有“礦山咽喉”之稱。礦井提升機種類繁多，按照井道結(jié)構(gòu)分，有立井與斜井；按照傳動電機分，為交流傳動和直流傳動提升機；按容器功能分，則有箕斗和罐籠；按鋼絲繩結(jié)構(gòu)方式分，則有單繩和多繩摩擦輪提升機：按礦井功能分為主井(輸送礦產(chǎn)品)與副井(輸送人員與材料等)；按

2、提車點的多少分為單水平和多水平提升機。縱觀電氣傳動系統(tǒng)的發(fā)展歷程，它經(jīng)歷了從恒速到調(diào)速，從低性能到高性能，從單機獨立運行到多機系統(tǒng)控制等發(fā)展過程。隨著技術(shù)的發(fā)展，對電氣傳動在起制動、正反轉(zhuǎn)以及調(diào)速精度、調(diào)速范圍、靜態(tài)特性、動態(tài)響應(yīng)等方面都提出了更高的要求，這就要求大量使用調(diào)速系統(tǒng)。在工程實踐中多有許多生產(chǎn)機械要求在一定的范圍內(nèi)進行速度的平滑調(diào)節(jié)，并且要求有良好的靜、動態(tài)性能。本文中講到的主要是礦井提升機的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)Mine Elevator also said the mine hoist, coal, nonferrous metal ores and other large-sca

3、le production process key equipment is the only aboveground and underground transmission channel. Mainly used for lifting personnel hoist and ore, coal, performance and reliability of its direct impact on the coal, ore production and the lives of workers in case of accidents will inevitably lead to

4、casualties and serious damage to the equipment, mining normal production Interrupted, resulting in significant economic losses, known as mine throat, said. A wide range of mine hoist, shaft structure in accordance with points, a shaft and shaft; in accordance with the drive motor points for the AC d

5、rive and DC drive machine; feature points by the container, there are skip and cage; by way of sub-rope structure, the A single rope and hoist Friction wheel: function points by the main mine shaft (transmission minerals) and the auxiliary shaft (transportation of personnel and materials, etc.); poi

6、nt by mentioning how many cars are divided into single-level and multi-level elevator. Throughout the course of development of electric drive systems, it has undergone from the constant speed to the speed, from low performance to high performance, from single to multi-machine system independently co

7、ntrol the development process. As technology advances, the effect of the electric transmission brake, reversing and speed control accuracy, speed range, the static characteristics, dynamic response, etc. have put forward higher requirements, which requires extensive use of speed control system. In e

8、ngineering practice there are many more requirements of production machinery within a certain speed ramp, and requires good static and dynamic performance. Mentioned in this article are mainly of mine hoist Double Loop DC Speed Control System! 朗讀顯示對應(yīng)的拉丁字符的拼音礦井提升機直流調(diào)速系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)在允許條件下最快起動，關(guān)鍵是要獲得一段使電流保持為

9、最大值的恒流過程。按照反饋控制規(guī)律，采用某個物理量的負反饋可以保持該量基本不變，因此采用電流負反饋得到近似的恒流過程。為了在啟動過程中只有電流負反饋起作用以保證最大允許恒定電流，不應(yīng)讓它和轉(zhuǎn)速負反饋同時加到一個調(diào)節(jié)器的輸入端。到達穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后希望能使轉(zhuǎn)速恒定，靜差盡可能小，應(yīng)只要轉(zhuǎn)速負反饋，不再靠電流負反饋發(fā)揮主要作用。因此，需要一種調(diào)速系統(tǒng)使既有轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋作用，又使它們只能分別在不同的階段起主要作用，即轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成與工作原理雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)采用速度環(huán)、電流環(huán)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個調(diào)節(jié)器，分

10、別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，兩者之間實行串級聯(lián)接。這就是說，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，叫做內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)在外面，叫做外環(huán)。轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)是最典型的直流調(diào)速系統(tǒng)，其原理結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。其中，ACR為電流調(diào)節(jié)器，ASR為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器， GT為脈沖觸發(fā)器，TG為測速電機，TA為電流互感器。圖1-1直流電動機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)的特點是：電動機的轉(zhuǎn)速和電流分別由兩個獨立的調(diào)節(jié)器分別控制，且轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出就是電流調(diào)節(jié)器的輸入，因此電流環(huán)能夠隨轉(zhuǎn)速的偏差調(diào)節(jié)電動機電樞電流。

11、當轉(zhuǎn)速低于給定轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的積分作用使輸出增加，即電流給定上升，并通過電流環(huán)調(diào)節(jié)使電動機電流增加，從而使電動機獲得加速轉(zhuǎn)矩，電動機轉(zhuǎn)速上升；當實際轉(zhuǎn)速高于給定轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出減小，即電流給定減小，并通過電流環(huán)調(diào)節(jié)使電動機電流下降，電動機將因為電磁轉(zhuǎn)矩減小而減速。在當轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和輸出達到限幅值時，電流環(huán)即以最大電流限制實現(xiàn)電動機的加速，使電動機的起動時間最短。在不可逆調(diào)速系統(tǒng)中，由于晶閘管整流器不能通過反向電流，因此不能產(chǎn)生反向制動轉(zhuǎn)矩而使電動機快速制動。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器均采用PI調(diào)節(jié)器。比例積分調(diào)節(jié)器能夠快速響應(yīng)控制作用并能消除靜差，靜、動態(tài)特性較好，抗干擾能力強，對整個

12、系統(tǒng)能夠起到安全保護作用，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。兩個調(diào)節(jié)器的輸出都是帶限幅作用的，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓。決定了電流給定電壓的最大值，電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓限制了電力電子變換器的最大輸出電壓。當負載電流小于時表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，轉(zhuǎn)速負反饋起主要調(diào)節(jié)作用。當負載電流達到時，對應(yīng)于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的飽和輸出，這時，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差，得到過電流的自動保護。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用：使轉(zhuǎn)速跟隨給定變化，穩(wěn)態(tài)無靜差；對負載變化起抗擾作用；其輸出的限幅值決定允許的最大電流。電流調(diào)節(jié)器的作用：對電網(wǎng)電壓波動起及時抗擾作用；起動時保證獲得允許的最大電流；在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中，使電流跟隨

13、其給定電壓變化；電機過載甚至堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最大值，從而起到快速的保護作用，如果故障消失，系統(tǒng)能夠自動恢復(fù)正常。2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學模型和動態(tài)性能分析2-1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學模型雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如圖12所示。圖1-2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖其中，以U*為給定電壓，Ut*為ASR的輸出電壓，Uct為晶閘管整流器的控制電壓，Ud為晶閘管整流器的輸出電壓，IdL為負載電流，為轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)，為電流反饋系數(shù)。晶閘管整流器是一個具有滯后的放大環(huán)節(jié)，其滯后時間Ts是由晶閘管整流器在兩個自然換相點間的失控引起的。實際工程計算中，將晶閘管整流環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)取為一階慣性

14、環(huán)節(jié)，即（1.1） 式中Ts一滯后時間；Ks一晶閘管整流器的放大系數(shù)。直流電動機的電樞部分的傳遞函數(shù)可以等效于如下：（1.2）式中Ka為電樞回路放大系數(shù)Tm一為電動機機電時間常數(shù) WAsR(S)和WAcR(S)分別表示轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。式中，Ki和i分別為電流調(diào)節(jié)器的比例放大系數(shù)和領(lǐng)先時間常數(shù)；Kn和n分別為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例放大系數(shù)和領(lǐng)先時間常數(shù)。y22 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能分析雙閉環(huán)系統(tǒng)起動前處于停車狀態(tài)，此時“=0，=0，移相角a=90。，即觸發(fā)脈沖在初始相位上，整流電壓=O，電動機轉(zhuǎn)速n=O。知雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓鞏由靜止狀態(tài)起動時，轉(zhuǎn)速和電流的動態(tài)過程

15、示于圖33。由于在起動過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個動態(tài)過程就分成圖中標明的I、II、III三個階段。圖1-3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動過程第1階段(O-t1)是電流上升階段。突加給定電壓Un*后，以Uc、Ud0、Id都上升，在Id沒有達到負載電流IdL以前，電機還不能轉(zhuǎn)動。當Id=IdL后，電機開始起動，由于機電慣性的作用，轉(zhuǎn)速不會很快增長，因而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差電壓Un=Un*-Un的數(shù)值仍較大，其輸出電壓保持限幅值Uim*，強迫電流歷迅速上升。直到IdIdL，電流調(diào)節(jié)器很快就壓制了Id的增長，標志著這一階段的結(jié)束。在這一階段中，ASR很快進入并保持飽和

16、狀態(tài)，而ACR不飽和。第II階段(t1-t2)是恒流升速階段。ASR飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)相當于開環(huán)，在恒值電流給定Uim*下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流Id恒定，因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長。與此同時，電機的反電動勢E也按線性增長，對電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)來說，E是一個線性漸增的擾動量，為了克服它的擾動，Ud0和Uc以也必須基本上按線性增長，才能保持Id恒定。當ACR采用PI調(diào)節(jié)器時，要使其輸出按線性增長，輸入偏差電壓ui=Uim-Ui必須維持一定的恒值，也就是說，Id應(yīng)略低于Idm。第III階段(t2以后)是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。當轉(zhuǎn)速上升到給定值n*=n0。時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差減小到零，輸出維持

17、在限幅值Uim*，電機仍在加速，使轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR輸入偏差電壓變負，開始退出飽和狀態(tài)，Ui*和Id很快下降。但是，只要歷仍大于負載電流玩，轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。直到歷嘞時，轉(zhuǎn)矩Te=TL，則dndt=O，轉(zhuǎn)速刀才到達峰值(t=t3時)。此后，電動機開始在負載的阻力下減速，與此相應(yīng)，在t3t4時間內(nèi)，IdIdL，直到穩(wěn)定。如果調(diào)節(jié)器參數(shù)整定得不夠好，也會有一段振蕩過程。在這最后的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段內(nèi)，ASR和ACR都不飽和，ASR起主導(dǎo)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)作用，而ACR則力圖使厶盡快地跟隨其給定值Ui*。3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工程方法設(shè)計直流電機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計主要是設(shè)計兩個調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器的設(shè)計

18、一般包括兩個方面：第一選擇調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定，同時滿足所需的穩(wěn)態(tài)精度；第二選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以滿足動態(tài)性能指標。為了方便設(shè)計講解，我們就設(shè)某直流電動機，額定功率PN=1500kw,額定電樞電壓UN =800V，額定電樞電流Ia N =2164A，額定轉(zhuǎn)速nN=44rmin，電樞轉(zhuǎn)動慣量J=15300kgm2，電樞額定轉(zhuǎn)矩TN=3257KNm，電樞回路總電阻R=01，電樞回路電感La=325mH，允許電流過載倍數(shù)22倍，勵磁電壓llOV。轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)=0227Vminr，電流反饋系數(shù)=122=045VA，電流給定和反饋濾波時間常數(shù)Toi一般取1-3ms，這里取Ton=o001s，轉(zhuǎn)速給

19、定和反饋濾波時間常數(shù)Ton一般取520ms，這里取Ton=O01s。3.1 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計取三相橋式晶閘管整流裝置的滯后時間為00017s，電流壞小時間常數(shù)為00037s，電磁時間常數(shù)為0072s。根據(jù)性能指標要求i10，且 因此電流環(huán)按典型I型系統(tǒng)設(shè)計。 電流環(huán)按典型I型系統(tǒng)設(shè)計，電流調(diào)節(jié)器選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：其中，Ki和i分別為電流調(diào)節(jié)器的比例放大系數(shù)和領(lǐng)先時間常數(shù)。為了將電流環(huán)校正成典型I型系統(tǒng)，電流調(diào)節(jié)器的領(lǐng)先時間常數(shù)i對消控制對象中的大慣性時間常數(shù)Ti，即取i=Ti=00325s。為了滿足i10的要求，應(yīng)取KiTi=0.69.于是可以求得ACR的比例放大系數(shù)為： 則電流調(diào)

20、節(jié)器傳遞函數(shù)為： 則電流調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)為： 經(jīng)檢驗設(shè)計后電流環(huán)可以達到的動態(tài)指標為i=89410。由于轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率遠高于電流環(huán)的截止頻率，且電樞電流環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)分母中的s2項的系數(shù)遠小于s項的系數(shù)，因此電樞電流環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)分母中的二次項可被忽略，則電樞電流閉環(huán)傳遞函數(shù)可以等效成一個慣性環(huán)節(jié)，即3.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計 取轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)為00174s。由于設(shè)計要求無靜差，因此轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)，又考慮到動態(tài)要求，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器，按典型II型系統(tǒng)設(shè)計轉(zhuǎn)速環(huán)。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為 其中，Kn和n分別為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例放大系數(shù)和領(lǐng)先時間常數(shù)。綜合考慮動態(tài)抗擾性能和起動動態(tài)

21、性能，取中頻寬h=4，按Mrmin準則選擇參數(shù)，則ASR的超前時間常數(shù)為 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)囂比倒系數(shù)為 則電流調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)為 經(jīng)檢驗，n=2783，滿足n 5的設(shè)計要求。4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真依據(jù)系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，通過工程設(shè)計的方法建立的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)逮系統(tǒng)確定了控制囂的結(jié)構(gòu)及參數(shù)。叩得到了雙閉環(huán)謂速系統(tǒng)的數(shù)學模型如圖41所示。其中給定為額定轉(zhuǎn)速44rmin。系統(tǒng)空載起動。在3s后突加12額定負載仿真結(jié)果如圖4-2 和 4-3 所示。 4-1基于數(shù)學模型的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)模型 4-2 電動機轉(zhuǎn)速曲線 3-3電樞電流曲線4.2 基于電氣原理圖的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真基于電氣原理圖的6脈沖觸發(fā)的雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型如圖47所示。模型由晶閘管電動機組成的主回路和由轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器組成的控制回路兩部分構(gòu)成。其中主回路部分由交流電源、晶閘管整流器、同步6脈沖觸發(fā)器、移相控制環(huán)節(jié)和電動機等環(huán)節(jié)構(gòu)成；控制部分主要是出轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器以及反饋濾波環(huán)節(jié)構(gòu)成。模型中轉(zhuǎn)速反饋和電流反饋均取