電力拖動與控制課件

1、煤礦提升機操作作業(yè)安全培訓教材電力拖動與控制第1頁，共54頁。礦井提升機電控系統(tǒng)介紹 第2頁，共54頁。主要內容 一、提升機概述及發(fā)展現狀 三、提升機電力拖動特點及控制要求 二、提升機電控系統(tǒng)發(fā)展及現狀第3頁，共54頁。一、提升機概述及發(fā)展現狀(一) 概述 礦井提升機是由原始的提水工具逐步發(fā)展演變而來的，現代的礦井提升機提升量大，自動化程度高，已發(fā)展成為電子計算機技術控制的全自動重型礦山機械設備。 第4頁，共54頁。1、提升機的任務 礦井提升設備時聯(lián)系礦井與地面的“咽喉”設備，在礦井生產中占有特別重要的地位。它的主要用途是沿井筒提升有益物（煤炭、礦石）和矸石、升降人員、設備、下放材料等。第5頁

2、，共54頁。監(jiān)測監(jiān)控與操縱系統(tǒng)電力拖動系統(tǒng)調速控制系統(tǒng)交流感應電動機拖動直流他勵電動機拖動交流同步電動機拖動交流調速直流調速機械制動電氣制動動力制動反接制動變頻和低頻發(fā)電制動發(fā)電制動制動系統(tǒng)2、礦井提升系統(tǒng)組成安全保護系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)提升設備提升容器鋼絲繩及附屬裝置井架及裝卸載附屬設備天輪井筒及井筒設備機械傳動系統(tǒng)第6頁，共54頁。礦井提升設備的主要組成部分 礦井提升機是一種安裝在地面，借助于鋼絲繩帶動提升容器沿井筒或斜坡道運行的提升機械，主要由主電動機、減速器、卷筒（摩擦輪）、制動系統(tǒng)、深度指示系統(tǒng)、測速限速系統(tǒng)和操作系統(tǒng)組成，采用交流或直流電機驅動，是連接井下和地面的重要裝置。第7頁，共54頁

3、。3、礦井提升系統(tǒng)的分類斜井 串車 帶式輸送機箕斗礦井提升系統(tǒng)塔式落地式同上單繩摩擦式多繩摩擦式立井 摩擦式 布雷爾式纏繞式箕斗纏繞式罐籠多繩纏繞式單繩纏繞式纏繞式 內裝式 摩擦式提升機 第8頁，共54頁。立井提升 斜井提升第9頁，共54頁。塔式提升機第10頁，共54頁。摩擦式提升機單繩纏繞式提升機第11頁，共54頁。多繩摩擦式提升機 斜井人車第12頁，共54頁。（二）國內外礦井提升機發(fā)展現狀 礦井提升機對安全性、可靠性和調速性能的特殊要求，使得提升機電控系統(tǒng)的技術水平在一定程度上代表一個廠或國家的傳動控制技術水平，因此世界各大公司紛紛將新的、成熟的技術應用于提升機電控系統(tǒng)。第13頁，共54頁

4、。 目前，礦井提升我國機90%以上是采用單機容量在1000KW以下傳統(tǒng)的交流異步電機拖動，采用轉子串、切電阻調速，由繼電器接觸器構成邏輯控制裝置。其中多半為電動機發(fā)電機組(F-D機組)供電，采用晶閘管整流傳動(SCR-D)的只占一部分。1、我國礦井提升機電氣控制系統(tǒng)的現狀第14頁，共54頁。 由于異步電動機在低速運行時特性曲線軟，在次同步狀態(tài)下無法產生有效的制動力矩，因而難于準確地控制提升機的停車位置。目前多采取動力制動或低頻拖動加制動的方式來完成減速、爬行和停車。第15頁，共54頁。 傳統(tǒng)交流電控系統(tǒng)可靠性差的另一原因是安全保護、閉鎖及監(jiān)測系統(tǒng)不完善，均為單線系統(tǒng)，且與控制系統(tǒng)相混聯(lián)，多數共

5、用一套線路，互相影響。1986年以來，針對制約提升安全的主要環(huán)節(jié)，陸續(xù)增設了深度指示器、自動減速、限速等安全監(jiān)測及后備保護功能，初步實現了對提升容器的定點位置監(jiān)測及幾項重要安全保護的雙線制，使提升安全狀況有所改善。 第16頁，共54頁。 2、國外提升機電氣控制系統(tǒng)的現狀國外從70年代開始，隨著微機技術的發(fā)展，微機控制技術己逐步應用于礦井提升機中。目前，國外己達到相當成熟的階段，使整個拖動控制產生一次變革。其應用主要體現在以下幾方面: （1）提升工藝過程微機控制 （2）提升行程控制 （3）提升過程監(jiān)視 （4）安全回路 （5）全數字化系統(tǒng)調速控制 對礦井提升機電氣傳動系統(tǒng)的要求是：有良好的調速性能

6、，調速精度高，四象限運行，能快速進行正反轉運行，動態(tài)響應速度快，有準確的制動和定位功能，可靠性要求高等。第17頁，共54頁。二、提升機電控系統(tǒng)的組成 提升機電控系統(tǒng)分類：按交流分：交流、直流；按電動機數量分：單機、雙機；按連接形式分：帶減速機、直聯(lián)式；交流電機：繞線式和同步電機；直流電機：高速高速直流電動機、低速直流電動機。第18頁，共54頁。制動裝置電源系統(tǒng)懸掛系統(tǒng)傳動系統(tǒng)共同點保護裝置控制裝置電力系統(tǒng)第19頁，共54頁。電氣控制的原則弱電控制強電，低電控制高電回路決定通斷觸電相互串聯(lián)，電路相互制約一處啟動、多處停止機械、電氣互為閉鎖電氣控制的原則第20頁，共54頁。主提升電控特點主提升機電

7、氣控制的特點1、保護與控制復雜2、運行三階段3、控制回路多、繼電器多、串并聯(lián)關系復雜4、電控與液控兩大控制；5、電氣啟動方式、調速方式；6、自動化控制第21頁，共54頁。 電控系統(tǒng)的發(fā)展三個階段2、直流拖動：F-D機組、晶閘管交流3、交流拖動（變頻）1、交流拖動（TKD系統(tǒng)）第22頁，共54頁。時間：上世紀60年代至90年代類型：交流單繩纏繞式 TKD型 控制方式： 異步電動機+轉子串電阻加速十高壓接觸器換向+動力制動減速+繼電器控制1、交流拖動（TKD系統(tǒng)）第23頁，共54頁。TKD主電路和部分控制電路第24頁，共54頁。時間：上世紀80年代至90年代F-D機組：（發(fā)電機-電動機機組傳動方式

8、）直流電動機由直流發(fā)電機供電，直流發(fā)電機由三相同步電動機拖動。晶閘管變流器模擬電控系統(tǒng)：控制保護部分基本上都采用模擬系統(tǒng)。 2、直流拖動：F-D機組、晶閘管交流第25頁，共54頁。FD系統(tǒng)VM系統(tǒng)第26頁，共54頁。交流變頻有交交變頻、交直交變頻一般采用PWM（脈寬調制）方式，其諧波含量小。 3、交流拖動（變頻）第27頁，共54頁。提升機電控產品分類普通交流交直交變頻交交變頻全數字直流恒減速制動提升機電控二、提升機電控近年來建設情況第28頁，共54頁。交流提升機串電阻調速電控系統(tǒng) 繞線電機+串電阻調速+PLC安全工藝控制低頻電源柜加速柜定子換向柜主控臺1、礦井提升機普通交流電控系統(tǒng)第29頁，共

9、54頁。兩套PLC構成安全回路雙線制現場總線技術數字化、模塊化設計第30頁，共54頁。礦井提升機普通交流電控系統(tǒng) TKD/JPC JKM/JPC系列提升機交流電控設備是對采用高、低壓繞線式異步電動機拖動的單、多繩礦井提升機配套使用的成套電氣控制設備，可以與新安裝的提升機配套，也適合于對老式電控系統(tǒng)升級、改造。采用先進的可編程控制器（PLC）等新型元器件和一些專用的電子接口模塊完成提升機的無沖擊啟動、平穩(wěn)加速、平穩(wěn)減速、準確停車及正反轉進行控制，并具有齊全的電氣保護與聯(lián)鎖，符合煤礦安全規(guī)程及相關國家標準的各項要求。適用的功率為：單電機功率不大于1600KW， 雙電機功率不大于3200KW.第31

10、頁，共54頁。礦井提升機普通交流電控系統(tǒng)可控硅無觸點控制采用高壓真空斷路器、高壓真空接觸器控制網絡化通訊數據共享柜間預插接式電纜線，安裝快捷方便2第32頁，共54頁。 全數字低頻電源裝置與交流提升機電控配套使用，用于提升機減速和低速爬行。 可控硅動力制動裝置可以和任何型號交流提升機電控配套使用，作為提升機減速和下放重物之用。礦井提升機普通交流電控系統(tǒng)第33頁，共54頁。2、礦井提升機全數字交-直-交變頻電控系統(tǒng)交直交分類中壓交直交電控低壓交直交電控高壓交直交電控第34頁，共54頁。低壓交-直-交變頻電控系統(tǒng)矢量控制、低壓磁通補償四象限運行 閉環(huán)控制調速范圍大，調速精度高輸出頻率 050 Hz，

11、可調頻率分辨率0.01 Hz2第35頁，共54頁。低壓交-直-交變頻電控系統(tǒng)起動轉矩可達 200%額定值啟動時S曲線給定，可防止對設備的沖擊。柜間預配插接式電纜，安裝快捷方便2第36頁，共54頁。中壓交-直-交變頻電控系統(tǒng)第37頁，共54頁。高壓交-直-交變頻電控系統(tǒng) 高壓變頻電控柜第38頁，共54頁。3、礦井提升機全數字交-交變頻電控系統(tǒng) 礦井提升機TKD/JBP-2 JKM/JBP-2系列全數字交交變頻調速電控設備是我公司為大型單、多繩提升機開發(fā)的高性能的新型變頻調速的電氣控制設備，適用于2000KW及以上大型低速同步電動機拖動的大型提升機。 第39頁，共54頁。交-交變頻電控系統(tǒng)雙Y型連

12、接結構，形成12脈動的波形，可大大減少諧波。 通過繞組的切換，每一組變壓器和變流器均可實現全載半速單獨運行特 點采用西門子SIMADYN D高性能計算機控制，能滿足各種復雜工況和精確控制的要求。第40頁，共54頁。交-交變頻電控系統(tǒng)1零速起動力矩可達2倍的額定力矩電動機功率因數可保持在1.0左右適用功率2000kW-6300kW之間2第41頁，共54頁。 全數字直流傳動是以微處理器為核心的全數字調節(jié)的直流電氣傳動，由晶閘管變流器、數字調節(jié)單元、連同變流變壓器、電抗器和直流快速開關等組成。4、全數字直流調速系統(tǒng) 第42頁，共54頁。全數字直流電控系統(tǒng)TKDSZ、JKM/Z-SZ系列全數字直流電控

13、設備分別是為F系列單、多繩提升機配套設計，也可以與A系列、E系列及其他非標準單、多繩提升機配套使用，包括主、副井提升機、鑿井提升機、過壩提升機和升船機等。既可以與新安裝的提升機配套使用，也適合于對提升機模擬量直流電控設備進行技術改造。第43頁，共54頁。全數字直流電控系統(tǒng)串/并聯(lián)12脈動全數字邏輯無環(huán)流技術雙PLC控制適用功率4000 KW以下2第44頁，共54頁。提升機今后發(fā)展方向1、采用國內外先進的PLC控制技術改造礦井傳統(tǒng)、落后的繼電器-接觸器式運行2、采用先進的全數字直流調速晶閘管變頻技術改造傳統(tǒng)的直流電機傳動系統(tǒng)；3、采用基于數字信號處理器DSP的多功能數字深度指示器取代原有的粗大笨

14、重的機械傳動的牌坊式深度指示器，4、采用先進的計算機控制技術來實現礦井提升機的微機管理與控制。第45頁，共54頁。三、提升機電力拖動的特點及拖動控制裝置的要求 礦井提升機是礦井生產的關鍵設備。提升機電控系統(tǒng)技術性能如何，將直接影響礦井生產的效率及安全。礦井提升機為往復運動的生產機械，有正向和反向提升，又有正向和反向下放。對于不同水平的提升，在每次提升循環(huán)中，容器的上升或下降的運動距離可能是相同的，也可能是不同的。每一提升周期都要經過從的運動過程，因此提升機對電控系統(tǒng)有下述要求。起動、加速、等速、減速、爬行、停車第46頁，共54頁。 第一象限：提升機正轉，提升機出正力，電機處于電動狀態(tài)第二象限：

15、提升機正轉，提升機出負力，電機處于發(fā)電制動狀態(tài)。第三象限：提升機反轉，提升機出正力，電機處于電動狀態(tài)。第四象限：提升機反轉，提升機出負力，電機處于發(fā)電制動狀態(tài)。1、滿足四象限運行 提升機電力拖動的特點及對拖動控制裝置的要求第47頁，共54頁。 提升工藝要求電控系統(tǒng)須能滿足運送物料(達到額定速度)、運送人員(可能要求低于額定速度)、運送炸藥(2ms)、檢查運行(0.31.0ms)和低速爬行(0.10.5ms)等各種要求，所以要求提升機電控系統(tǒng)必須能平滑連續(xù)調節(jié)運行速度。 2、必須平滑調節(jié)速度且有精度較高的調節(jié)精度 第48頁，共54頁。 提升工藝要求電控系統(tǒng)的加減速度平穩(wěn)。根據安全規(guī)程，對礦井提升

16、機的加、減速度都有一定的限制。 限制加速度的目的： 其一是為了減少人對加減速度的不適反應程度； 其二是降低提升機加速時的電流沖擊，提高提升設備的使用壽命。 3、要求設置準確可靠的速度給定裝置 第49頁，共54頁。 為了便于提升機司機操作與控制，電控系統(tǒng)應設置可靠的提升容器在井筒中的位置顯示裝置(俗稱深度指示器)。 因此，要求提升機電控系統(tǒng)應設置有可靠的位置檢測環(huán)節(jié)，能準確地檢測出提升容器在井筒中與減速點開始、爬行、停車及過卷相對應的位置，以便控制提升機能可靠地減速、爬行、停車。、要求設置行程顯示與行程控制器 第50頁，共54頁。 提升機對其電控系統(tǒng)的可靠性要求很高。 通常提升機故障監(jiān)視內容少則幾十項，多則百余項。5、要求設置完善的故障