雙線式提升機(jī)安全保護(hù)系統(tǒng)

模塊一礦山機(jī)械電氣控制能力基礎(chǔ)知識要點(diǎn)◆礦山機(jī)械的原理◆礦山機(jī)械自動控制的基本原則知識要點(diǎn)◆礦山機(jī)械的原理◆礦山機(jī)械自動控制的基本原則技能目標(biāo)◆能說出煤礦機(jī)械的分類、特點(diǎn)；◆能說出煤礦機(jī)械對自動控制的要求；◆能對具體煤礦機(jī)械自動控制進(jìn)行分析；任務(wù)描述任務(wù)描述在現(xiàn)代化礦井建設(shè)中，凡要求較高的場合，都離不開自動控制。礦山機(jī)械的自動控制主要包括其電力拖動電動機(jī)的起動、調(diào)速、制動、停止、反轉(zhuǎn)等過程的控制。本次任務(wù)通過對礦山機(jī)械的自動控制原理、自動控制的基本原則的學(xué)習(xí)，掌握對具體煤礦機(jī)械自動控制進(jìn)行閱讀與分析。任務(wù)分析任務(wù)分析要達(dá)到本次任務(wù)的目標(biāo)要求，就必須掌握礦山機(jī)械的自動控制原理、自動控制的基本原則，以及對煤礦機(jī)械自動控制原理圖進(jìn)行閱讀、分析的方法與步驟。知識準(zhǔn)備知識準(zhǔn)備一、礦山機(jī)械的分類及其對自動控制的要求1．礦山機(jī)械的分類礦山機(jī)械設(shè)備的種類很多，按工作性質(zhì)可分為固定機(jī)械設(shè)備和移動機(jī)械設(shè)備兩大類。固定機(jī)械設(shè)備包括通風(fēng)、壓氣、排水和提升設(shè)備。移動機(jī)械設(shè)備包括電機(jī)車、綜采機(jī)組、鏈板及膠帶輸送機(jī)、裝載機(jī)等。從拖動電動機(jī)的容量和用電量方面來看，礦山固定機(jī)械所占比重較大。其中提升機(jī)拖動電動機(jī)和壓氣、通風(fēng)機(jī)拖動電動機(jī)的容量多超過1000kW，國外提升拖動電動機(jī)和壓氣拖動電動機(jī)的容量達(dá)到10000kW以上，國內(nèi)提升拖動電動機(jī)的容量也達(dá)到4000～5000kW。從耗電量分析，有的礦井以通風(fēng)設(shè)備耗電為主，但有的礦則以排水設(shè)備耗電為主，視當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件和礦井情況而異。在國外，壓風(fēng)設(shè)備電耗占全礦電耗的25％；金屬礦可達(dá)75％。從機(jī)械的功能來說，通風(fēng)機(jī)是為礦井通風(fēng)安全服務(wù)的，特別在沼氣礦井中，風(fēng)量不足會引起沼氣積聚乃至發(fā)生沼氣爆炸；排水是為了防止礦井水淹，保證安全生產(chǎn)條件和設(shè)備安全；而壓氣機(jī)的作用，則是為風(fēng)動工具的提供動力，其重要性視礦井瓦斯條件和采用的掘進(jìn)、回采工藝而定。移動機(jī)械設(shè)備是為采掘和運(yùn)輸服務(wù)。綜采機(jī)組開采出來的煤炭或礦石，通過鏈板輸送機(jī)、膠帶輸送機(jī)和電機(jī)車運(yùn)送到井底車場，再通過提升機(jī)或大膠帶輸送機(jī)提升到地面。從電力拖動及控制系統(tǒng)的復(fù)雜性來說，提升設(shè)備的要求最高；因?yàn)樘嵘龣C(jī)的起動、停止及穩(wěn)定運(yùn)行需要嚴(yán)格按照提升速度圖運(yùn)行。因此需要應(yīng)用自動控制原理的各項(xiàng)原則和方法。由于提升高度、提升機(jī)和提升容器（箕斗或罐籠）的類型、工作水平的數(shù)目及其相互的距離變化使提升機(jī)的工作方式的復(fù)雜性很突出，因而設(shè)計(jì)提升機(jī)的自動控制系統(tǒng)也比較困難。另外，由于負(fù)載（煤）的情況因煤質(zhì)和含水量不同變化范圍很大，也給自動控制系統(tǒng)帶來一系列的問題。通風(fēng)機(jī)在我國以采用離心式和軸流式扇風(fēng)機(jī)為多，拖動方式通常采用不調(diào)速的同步電動機(jī)或異步電動機(jī)，其控制系統(tǒng)比較簡單。但是如果要實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)的閉環(huán)調(diào)節(jié)，則有必要考慮電動機(jī)的自動調(diào)速，如采用異步機(jī)串級調(diào)速等。同步電動機(jī)起動多采用晶閘管自動投勵。壓氣機(jī)的拖動采用同步電動機(jī)或異步電動機(jī)。同步電動機(jī)可采用可控硅自動勵磁系統(tǒng)。壓氣站自動化的作用在于根據(jù)礦井需用壓氣量來改變壓氣機(jī)運(yùn)行臺數(shù)，屬于開環(huán)控制。水泵采用交流異步電動機(jī)和程序控制，不需要閉環(huán)控制。水泵自動化的問題主要是根據(jù)水倉水位自動開停水泵，各臺水泵輪換工作（以保證各臺磨損一致），自動切除有故障的水泵并投入備用泵，以及必要的保護(hù)和監(jiān)視設(shè)備（如流量保護(hù)、軸承過熱保護(hù)、不上水警報(bào)等）。水泵的容量最好按一、二臺水泵就能將全礦井涌水量排出來選擇。這樣，排水系統(tǒng)和控制系統(tǒng)就比較簡單。電機(jī)車的拖動采用直流串激電動機(jī)，以獲得良好的牽引特性?？刂葡到y(tǒng)的新趨勢是采用可控硅脈沖調(diào)速代替用控制器和起動電阻進(jìn)行起動、停止和串并聯(lián)調(diào)速。由于礦用電機(jī)車較小，自動化程度遠(yuǎn)不及鐵道干線電力機(jī)車。利用斜井大膠帶輸送機(jī)將煤炭直接送到地面，其優(yōu)點(diǎn)是連續(xù)性輸送，輸送能力很大，工作可靠而且經(jīng)濟(jì)。如用寬2m的膠帶和3m/s的速度，輸送能力可達(dá)每小時一萬噸。在我國年產(chǎn)二百萬噸以上的礦井中，用大膠帶輸送機(jī)代替豎井提升已逐漸增多，采用直流或交流拖動均有。井下鏈板和膠帶輸送機(jī)及裝載機(jī)都采用異步電動機(jī)拖動，由于容量不大，一般選用鼠籠型電動機(jī)拖動，轉(zhuǎn)速不可調(diào)。綜合機(jī)械化采煤技術(shù)在我國發(fā)展很快。國產(chǎn)采煤機(jī)裝機(jī)功率已達(dá)到1910kW。其電氣控制正在向變頻控制、智能化控制，實(shí)現(xiàn)無人化工作面采煤方向發(fā)展。由于礦山機(jī)械種類繁多，控制方式和拖動電動機(jī)的類別也較多，重復(fù)性很大，因此，如果按生產(chǎn)機(jī)械分類來研究這門謀程，就會顯得雜亂無章，且有交叉重復(fù)，不利于教學(xué)。因此本教材采用以拖動電動機(jī)的類型來進(jìn)行敘述。即按交流電動機(jī)（交流繞線式異步電動機(jī)、交流鼠籠式異步電動機(jī)、交流同步電動機(jī)）、直流電動機(jī)拖動（直流它勵電動機(jī)、直流串勵電動機(jī)）進(jìn)行分類，將不同的生產(chǎn)機(jī)械及其自動控制方式按照拖動電動機(jī)進(jìn)行歸類，便于理解和掌握。2．礦山機(jī)械對自動控制系統(tǒng)的要求1）礦井提升機(jī)對自動控制系統(tǒng)的要求礦井提升機(jī)的拖動電動機(jī)多采用交流繞線式異步電動機(jī)或直流它勵電動機(jī)?；诽嵘O(shè)備的工作方式是比較簡單的，它的任務(wù)就是按照給定的五階段或六階段提升工作圖（速度圖、力圖）將礦物由井下提升到地面。因此在實(shí)行綜合自動化時，箕斗提升可以實(shí)現(xiàn)完全自動控制。罐籠提升設(shè)備是輔助的提升設(shè)備，主要用來升降人員、坑木、設(shè)備、各種材料及炸藥和矸石等，其提升工作圖多為三階段。由于罐籠提升設(shè)備工作情況變化較大，采用半自動控制或遠(yuǎn)距離（在井口或在罐籠中）控制比較合適，實(shí)現(xiàn)自動控制比較用難。綜上所述，礦井提升機(jī)對自動控制系統(tǒng)的要求如下：（1）提升系統(tǒng)的運(yùn)行速度應(yīng)滿足提升工作圖的要求。（2）提升系統(tǒng)的工作過程應(yīng)符合煤礦安全規(guī)程中的各項(xiàng)規(guī)定。（3）提升系統(tǒng)應(yīng)能安全可靠的運(yùn)行。（4）對多繩摩擦輪提升，在整個工作過程中要避免鋼絲繩打滑。（5）穩(wěn)速運(yùn)行時的最大速度，應(yīng)與電動機(jī)軸上的負(fù)載變化及運(yùn)動方向無關(guān)。（6）在提升的最后階段，容器以低速爬行來補(bǔ)償調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作的誤差。要求能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確停車并在不采用機(jī)械制動的情況下使容器停在指定的水平上。（7）在直流電力拖動自動控制的提升設(shè)備中，控制系統(tǒng)應(yīng)保證在最大速度時有土1％的精度而在檢查井筒低速運(yùn)行時有士10％的精度。對礦井提升設(shè)備來說，最好的自動控制系統(tǒng)應(yīng)考慮限制加速度和初加速度。提升機(jī)的行程調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)保證實(shí)現(xiàn)需要的速度圖，而不受負(fù)載變化的影響，同時速度偏差不應(yīng)達(dá)到使保護(hù)裝置動作的數(shù)值。2）礦井通風(fēng)機(jī)設(shè)備對自動控制系統(tǒng)的要求礦井主扇風(fēng)機(jī)的合理運(yùn)行方式應(yīng)該是通過人為地改變通風(fēng)機(jī)或通風(fēng)網(wǎng)路特性，即調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)使通風(fēng)量不變或按一定的規(guī)律改變。并應(yīng)保證在10min內(nèi)實(shí)現(xiàn)反風(fēng)，同時反風(fēng)后巷道的風(fēng)量應(yīng)不少于扇風(fēng)機(jī)額定風(fēng)量的40%。目前在礦井通風(fēng)上應(yīng)用的軸流式和離心式通風(fēng)機(jī)基本上都是恒速工作的，同時備有調(diào)節(jié)工況點(diǎn)的專門裝置，因此一般采用不調(diào)速的交流電動機(jī)（同步電動機(jī)或異步電動機(jī)）。近年來開始采用異步電動機(jī)一晶閘管串級調(diào)速的拖動系統(tǒng)。同步電動機(jī)的起動采用晶閘管自動勵磁。因此，礦井通風(fēng)機(jī)設(shè)備對自動控制系統(tǒng)的要求為：（1）主通風(fēng)機(jī)應(yīng)有連續(xù)記錄通風(fēng)量和負(fù)壓的自動記錄儀器，以及在主扇的工作偏離給定參數(shù)（包括通風(fēng)量、負(fù)壓、電動機(jī)和扇風(fēng)機(jī)軸承溫度）時，向控制臺發(fā)出信號的裝置。（2）應(yīng)能對主扇電動機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離起動、停車，并在必要時實(shí)現(xiàn)反風(fēng)。（3）實(shí)現(xiàn)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的綜合自動化（即通風(fēng)系統(tǒng)閉環(huán)調(diào)節(jié)）。其中包括研制檢測礦井瓦斯、一氧化碳、氧、煤塵、風(fēng)速、負(fù)壓等參數(shù)的傳感器和儀表，并將數(shù)據(jù)傳送到地面調(diào)度站，最后通過電子計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、運(yùn)算并發(fā)出指令對通風(fēng)網(wǎng)路和通風(fēng)機(jī)進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)。3）礦山排水設(shè)備對自動控制系統(tǒng)的要求排水設(shè)備都采用離心式多級水泵，其揚(yáng)程根據(jù)排水高度而定，流量則根據(jù)最大涌水量來確定。排水設(shè)備的拖動電動機(jī)多為雙鼠籠型異步電動機(jī)。大型水泵采用6000V高壓異步電動機(jī)拖動。采用自動控制可使排水設(shè)備工作更加可靠、經(jīng)濟(jì)，并且可以遠(yuǎn)距離監(jiān)視其工作，便于管理，可以實(shí)現(xiàn)水泵房無人值班。對排水設(shè)備自動控制的要求如下：（1）能根據(jù)水倉水位上升或下降到一定位置，自動起動或停止電動機(jī)。（2）起動電動機(jī)前應(yīng)先向水泵灌水；灌水完成后發(fā)出信號，并起動電動機(jī)。（3）高壓電動機(jī)的起動應(yīng)考慮油開關(guān)的自動合閘。（4）在起動電動機(jī)時，排水管的主閥門應(yīng)先不打開（停泵時關(guān)閉），使電動機(jī)空載起動，可以降低起動電流。（5）當(dāng)電動機(jī)起動后，緩緩打開主閥門，使電動機(jī)負(fù)荷逐步增加；可以采用電動閥門擔(dān)負(fù)開閉閥門的任務(wù)。（6）如因吸水管底閥漏水或其他原因發(fā)生不上水故障，應(yīng)發(fā)出不上水信號，并關(guān)閉主閥門，切斷電動機(jī)。并起動另一臺水泵。（7）停泵時應(yīng)先關(guān)閉主閥門，然后停泵，否則會發(fā)生水燙現(xiàn)象，打壞水泵輪葉。（8）當(dāng)有幾臺水泵時，應(yīng)實(shí)現(xiàn)水泵的輪換起動，以保證水泵磨損一致。（9）應(yīng)設(shè)置水泵軸承過熱保護(hù)，水泵流量下降或不上水保護(hù)，控制回路失壓保護(hù)等故障保護(hù)，發(fā)生故障時應(yīng)停泵。（10）因涌水量過大而超過危險(xiǎn)水位時，應(yīng)發(fā)出警報(bào)信號；又如水泵起動后，水位仍然上升，應(yīng)能再開一臺水泵或幾臺水泵。（11）有故障的水泵應(yīng)有閉鎖，在排除故障前不許起動。4）電機(jī)車的工作特點(diǎn)和對自動調(diào)速的要求在我國，井下大巷運(yùn)輸主要依靠電機(jī)車。沼氣礦井一般采用蓄電池式防爆型或特殊防爆型電機(jī)車；在無沼氣或低沼氣礦可采用架線式電機(jī)車。蓄電池式電機(jī)車從裝在機(jī)車上的蓄電池組取得電源；架線式電機(jī)車則由牽引變流所通過架設(shè)在巷道中的架空接觸線取得電源。電機(jī)車采用直流串激電動機(jī)作為牽引電動機(jī)。直流串激電動機(jī)具有優(yōu)良牽引特性，起動力矩大，起動電流小，在電源電壓降低時只影響速度而不影響力矩；和復(fù)激電動機(jī)相比，其外型尺寸較小，便于裝在電機(jī)車車架上；當(dāng)負(fù)載增加時，轉(zhuǎn)速自動降低，因而從電源吸取的功率基本不變，對牽引變流所有利。對電機(jī)車的調(diào)速要求是不高的，所以一般不必采用閉環(huán)控制。但是電機(jī)車起動和停止頻繁，利用起動電阻起動，消耗大量電能，而且控制器接點(diǎn)易燒毀，維修量很大，所以采用直流脈沖調(diào)速是有益的。特別是在蓄電池電機(jī)車中，因蓄電池容量有限，所以節(jié)約電能值得重視。關(guān)于脈沖調(diào)速的原理，將在第五章重點(diǎn)介紹。二、自動控制的基本方式自動控制系統(tǒng)按照系統(tǒng)中是否設(shè)有反饋環(huán)節(jié)分為：開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。（一）開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)是指系統(tǒng)的輸出端與輸入端不存在反饋關(guān)系、系統(tǒng)的輸出量對控制作用不發(fā)生影響的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)既不需要對輸出量進(jìn)行測量，也不需要將輸出量反饋到輸入端與輸入量進(jìn)行比較，控制裝置與被控對象之間只有順向作用，沒有逆向聯(lián)系。圖1-1所示就是一個開環(huán)控制的電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。圖中，電壓信號作為控制電動機(jī)轉(zhuǎn)速的給定量，電動機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n就是被控量。當(dāng)給定電壓改變時，電動機(jī)轉(zhuǎn)速也跟著改變。但由于沒有測量反饋，電動機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速等于多少、是否滿足要求都不得而知，因此也就不具備自動穩(wěn)速功能。當(dāng)負(fù)載力矩改變時，轉(zhuǎn)速也會跟著改變。開環(huán)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。圖1-1開環(huán)控制系統(tǒng)電路圖圖1-2開環(huán)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖開環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制過程簡單，成本低廉，穩(wěn)定性好，這是開環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。因此，在輸出量和輸入量之間的關(guān)系固定，且內(nèi)部參數(shù)或外部負(fù)載等擾動因素不大，或這些擾動因素產(chǎn)生的誤差可以預(yù)計(jì)并能進(jìn)行補(bǔ)償，則應(yīng)盡量采用開環(huán)系統(tǒng)。開環(huán)系統(tǒng)的缺點(diǎn)是當(dāng)控制過程受到各種擾動因素時，將會直接影響輸出量，而系統(tǒng)不能自動進(jìn)行補(bǔ)償。特別是當(dāng)無法預(yù)計(jì)的擾動因素使輸出量產(chǎn)生的偏差超過允許的限度時，開環(huán)控制系統(tǒng)便無法滿足要求，即開環(huán)系統(tǒng)的抗干擾能力差，沒有自動調(diào)節(jié)能力。此時就應(yīng)考慮采用閉環(huán)控制系統(tǒng)。（二）閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)就是反饋控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的控制裝置與被控對象之間不僅有順向作用，而且輸出端與輸入端之間存在反饋聯(lián)系，因此輸出量的大小對控制作用有著直接影響。圖1-3所示就是一個閉環(huán)控制的電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。它是在開環(huán)控制的基礎(chǔ)上，通過增加測速反饋環(huán)節(jié)而形成的。這樣一來，負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化對轉(zhuǎn)速的不良影響就會大大降低。可以看出，當(dāng)給定信號維持恒定時，如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大，電機(jī)轉(zhuǎn)速必然降低，開環(huán)系統(tǒng)對此無能為力。閉環(huán)系統(tǒng)則不然，由于有了反饋，轉(zhuǎn)速降低使得反饋信號減小，偏差信號增大，電機(jī)電壓就會升高，轉(zhuǎn)速又會上升，最終偏差就會減小。反之亦然?？梢婇]環(huán)的作用就是利用反饋來減小偏差。閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1-4所示。圖1-3閉環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng)電路圖圖1-4閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖閉環(huán)控制系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)是控制精度高，抗擾能力強(qiáng)，適用范圍廣。無論出現(xiàn)什么干擾，只要被控量的實(shí)際值偏離給定值時，閉環(huán)控制就會通過反饋產(chǎn)生控制作用來使偏差減小。這樣就可使系統(tǒng)的輸出響應(yīng)對外部干擾和內(nèi)部參數(shù)變化不敏感，因而有可能采用不太精密且成本較低的元件來構(gòu)成比較精確的控制系統(tǒng)。由以上分析可見，反饋控制可以自動進(jìn)行補(bǔ)償，這是閉環(huán)控制的一個突出優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)然，閉環(huán)控制系統(tǒng)也有其固有的缺點(diǎn)：一是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，元件較多，成本較高；二是閉環(huán)控制會帶來副作用，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，甚至造成不穩(wěn)定。這是采用閉環(huán)控制時必須重視并應(yīng)加以解決的問題。三、閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成與分類1．閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成閉環(huán)控制系統(tǒng)都是反饋控制系統(tǒng)，其典型結(jié)構(gòu)如圖1-5所示。圖中，系統(tǒng)的組成環(huán)節(jié)和被控對象用方框表示，信號通路及其傳輸方向用箭頭線表示，反饋信號的極性用“＋”、“－”號表示，“－”號表示負(fù)反饋，“＋”號表示正反饋，系統(tǒng)中的主反饋及絕大多數(shù)局部反饋必須采用負(fù)反饋，正反饋只在補(bǔ)償控制中偶爾采用，符號表示多路信號在此疊加進(jìn)行代數(shù)求和。由此可見，該圖表示了各種環(huán)節(jié)在系統(tǒng)中的位置及其相互間的關(guān)系。圖1-5閉環(huán)控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)圖下面解釋各種組成環(huán)節(jié)的概念及其功能。（1）給定環(huán)節(jié)：產(chǎn)生給定（輸入）信號的環(huán)節(jié)或元件，如調(diào)速系統(tǒng)的給定電位計(jì)（器）。（2）反饋環(huán)節(jié)：對系統(tǒng)被控量或中間輸出量進(jìn)行測量并轉(zhuǎn)換為與相應(yīng)輸入信號一致的反饋信號的環(huán)節(jié)或元件，它可以構(gòu)成主反饋或局部反饋，如調(diào)速系統(tǒng)的測速電動機(jī)。（3）比較環(huán)節(jié)：對系統(tǒng)輸入量和反饋量進(jìn)行加、減運(yùn)算求取偏差的環(huán)節(jié)或元件。輸入量和反饋量的極性用“+”與“—”表示，若為負(fù)反饋，兩信號極性相反；若為正反饋，則兩信號極性相同。（4）放大環(huán)節(jié)：對偏差信號進(jìn)行電壓放大和功率放大的環(huán)節(jié)或元件，如各種放大器等。（5）執(zhí)行機(jī)構(gòu)：直接對被控對象進(jìn)行操作從而對系統(tǒng)產(chǎn)生實(shí)際控制作用的環(huán)節(jié)或元件，如執(zhí)行電動機(jī)、過程調(diào)節(jié)閥等。（6）校正環(huán)節(jié)：用于改善系統(tǒng)性能的環(huán)節(jié)，一般是電子電路形式，可以串聯(lián)在前向通道，也可以構(gòu)成局部反饋通道。（7）被控對象：控制系統(tǒng)所要操縱的機(jī)器設(shè)備或生產(chǎn)過程，它的輸出量即為系統(tǒng)的被控量，如恒溫箱、電動機(jī)等。一般規(guī)定，信號從系統(tǒng)輸入端沿箭頭方向到達(dá)輸出端的傳輸通路稱為前向通道；系統(tǒng)輸出量經(jīng)由測量裝置反饋到輸入端的傳輸通路稱為主反饋通道；前向通道與主反饋通道一起構(gòu)成主回路。此外還有局部反饋通道以及由它組成的內(nèi)回路。只有一個反饋通道的系統(tǒng)稱為單回路系統(tǒng)，有兩個以上反饋通道的系統(tǒng)稱為多回路系統(tǒng)或串級調(diào)速系統(tǒng)。2．自動控制系統(tǒng)的分類自動控制系統(tǒng)可以從不同角度來分類。1）按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征分開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)及復(fù)合控制系統(tǒng)。2）按輸入量變化的規(guī)律分（1）恒值控制系統(tǒng)：其特點(diǎn)是系統(tǒng)的輸入量是恒值，要求系統(tǒng)的輸出量也相應(yīng)地保持恒值。如自動調(diào)速系統(tǒng)、恒溫控制系統(tǒng)等均屬此類。（2）隨動系統(tǒng)：其特點(diǎn)是系統(tǒng)的輸入量是變化著的（有時是隨機(jī)的），而要求系統(tǒng)的輸出量能跟隨輸入量的變化作相應(yīng)的變化。如刀架跟隨系統(tǒng)，火炮控制系統(tǒng)，機(jī)器人控制系統(tǒng)等。（3）程序控制系統(tǒng)：其特點(diǎn)是輸入量按照預(yù)定的規(guī)律變化，要求被控量也按照同樣的規(guī)律變化。如熱處理爐溫度控制系統(tǒng)就屬于此類，因?yàn)樗纳郎亍⒈睾徒禍剡^程就是按照預(yù)先設(shè)定的變化規(guī)律進(jìn)行控制的。3）按系統(tǒng)各環(huán)節(jié)輸入—輸出關(guān)系的特征分（1）線性控制系統(tǒng)（連續(xù)控制系統(tǒng)）：該系統(tǒng)所有環(huán)節(jié)或元件的輸入—輸出關(guān)系都是線性關(guān)系。因此系統(tǒng)的行動規(guī)律可用線性微分方程來描述。（2）非線性控制系統(tǒng)（離散控制系統(tǒng)）：系統(tǒng)中至少有一處信號是脈沖量或數(shù)字量，因此系統(tǒng)的行動規(guī)律必須用差分方程來描述，如果用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)采樣和控制，則稱為數(shù)字控制系統(tǒng)。此外，按照系統(tǒng)參數(shù)的變化特征還可分為定常參數(shù)控制系統(tǒng)和時變參數(shù)控制系統(tǒng)等。本書主要研究的是連續(xù)、線性、定常、恒值控制系統(tǒng)。四、自動控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)礦山機(jī)械自動調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)性能指標(biāo)分為靜態(tài)指標(biāo)與動態(tài)指標(biāo)。靜態(tài)指標(biāo)代表系統(tǒng)靜態(tài)運(yùn)行中的性能。主要有靜差率%、調(diào)速范圍、調(diào)速平滑性及穩(wěn)態(tài)誤差等。動態(tài)指標(biāo)代表系統(tǒng)動態(tài)過程的性能。主要有穩(wěn)定性、最大超調(diào)量、調(diào)整時間及振蕩次數(shù)等。（一）靜態(tài)指標(biāo)1．調(diào)速范圍電動機(jī)額定負(fù)載下的最高轉(zhuǎn)速nmax與最低轉(zhuǎn)速nmin之比，即不同的生產(chǎn)機(jī)械要求的調(diào)速范圍不同。礦井提升機(jī)要求D=20～50，龍門刨要求D=20～40，熱連軋機(jī)則要求D≤10。2．靜差率靜差率的定義：電動機(jī)在某一轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)負(fù)載由空載增加到額定負(fù)載時的轉(zhuǎn)速降與理想空載轉(zhuǎn)速的比值，稱為靜差率，通常以百分?jǐn)?shù)表示。一般調(diào)速系統(tǒng)對靜差率的要求是指在最低穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速下的靜差率，即空載轉(zhuǎn)速為最小值nmin時的靜差率最低轉(zhuǎn)速nmin可由下式求得則額定轉(zhuǎn)速下調(diào)速系統(tǒng)的D、δ和ΔnN三者之間的關(guān)系為可見生產(chǎn)機(jī)械要求的轉(zhuǎn)差率愈高，允許的調(diào)速范圍愈小；在一定靜差率要求下，要滿足一定的調(diào)速范圍，必須提高機(jī)械特性硬度，即減小。3．調(diào)速的平滑性電動機(jī)在調(diào)速范圍內(nèi)，所獲得的調(diào)速級數(shù)愈多，則調(diào)速愈平滑。調(diào)速的平滑性系指相鄰兩級轉(zhuǎn)速之比，用平滑系數(shù)來表示：式中ni—電動機(jī)在i級時的轉(zhuǎn)速；ni+1—電動機(jī)在i+1級時的轉(zhuǎn)速。平滑性與調(diào)速級數(shù)有關(guān)，級數(shù)越多，級間速度差越小，平滑性越好。φ=1時為無級調(diào)速，平滑性最好。4．穩(wěn)態(tài)誤差當(dāng)系統(tǒng)由一個穩(wěn)定狀態(tài)過渡到另一個穩(wěn)定狀態(tài)，或系統(tǒng)受擾動作用后又重新平衡，這時系統(tǒng)輸出量的期望值與穩(wěn)定時的實(shí)際值之間存有偏差，這種偏差稱為穩(wěn)態(tài)誤差。穩(wěn)態(tài)誤差表征了系統(tǒng)的準(zhǔn)確程度。并由此可將系統(tǒng)分為無靜差系統(tǒng)和有靜差系統(tǒng)。（二）動態(tài)指標(biāo)表征系統(tǒng)過渡過程的指標(biāo)稱為動態(tài)指標(biāo)。由于系統(tǒng)存在慣性（機(jī)械慣性、電磁慣性、熱慣性等），使系統(tǒng)由一個穩(wěn)定狀態(tài)過渡到另一個穩(wěn)定狀態(tài)時總要經(jīng)歷一段時間，即有一個過程，這個過程叫過度過程。1．系統(tǒng)的穩(wěn)定性在系統(tǒng)中，當(dāng)輸入量或擾動量變化時，輸出量將會偏離系統(tǒng)原來的穩(wěn)定值，但是由于反饋環(huán)節(jié)的作用，通過系統(tǒng)內(nèi)部的自動調(diào)節(jié)，系統(tǒng)能回到（或接近）原來的穩(wěn)定值或能跟隨輸入量穩(wěn)定下來，如圖1-6（a）所示，這類系統(tǒng)為穩(wěn)定系統(tǒng)。若系統(tǒng)由于內(nèi)部的相互作用，使系統(tǒng)出現(xiàn)發(fā)散而處于不穩(wěn)定狀態(tài)，如圖1-6（b）所示，這類系統(tǒng)為不穩(wěn)定系統(tǒng)，顯然這種系統(tǒng)是無法工作的。因此，對任何自動控制系統(tǒng)，首要的條件就是系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行。（a）（b）圖1-6自控系統(tǒng)的穩(wěn)定性（a）穩(wěn)定系統(tǒng)；（b）不穩(wěn)定系統(tǒng)2．最大超調(diào)量最大超調(diào)量是系統(tǒng)輸出量c（t）與穩(wěn)態(tài)值c（∞）的最大偏差Δcmax與穩(wěn)定值c（∞）之比，如圖1-7所示，此時最大超調(diào)量為圖1-7系統(tǒng)突加給定信號時的動態(tài)響應(yīng)曲線顯然，愈大，系統(tǒng)的過渡過程愈不平穩(wěn)，不能滿足生產(chǎn)機(jī)械工藝要求；值愈小，說明系統(tǒng)過渡過程愈平穩(wěn)，但過渡過程太緩慢。不同系統(tǒng)對值有不同要求。3．調(diào)整時間ts調(diào)整時間是從輸入量作用于系統(tǒng)到輸出量進(jìn)入離穩(wěn)定±5%（或±2%）區(qū)域所需要的時間。它反映了系統(tǒng)的快速性，ts愈短，系統(tǒng)快速性愈好。4．振蕩次數(shù)N振蕩次數(shù)是指在調(diào)整時間ts內(nèi)，輸出量在穩(wěn)定值上下擺動的次數(shù)。如圖1-9表示系統(tǒng)的振蕩次數(shù)N=2。N愈小，表明系統(tǒng)的穩(wěn)定性能愈好。不同生產(chǎn)機(jī)械對振蕩次數(shù)的要求不同，如普通機(jī)床一般可允許振蕩2～3次；龍門刨床和軋鋼機(jī)允許N為1，而造紙機(jī)則不允許有振蕩。由以上分析可知，在系統(tǒng)的靜、動態(tài)指標(biāo)中，最大超調(diào)量和振蕩次數(shù)N反映了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，調(diào)整時間ts反映了系統(tǒng)的快速性，穩(wěn)態(tài)誤差反映了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。一般來說，我們希望系統(tǒng)具有穩(wěn)、快、準(zhǔn)的性能，但是在同一個系統(tǒng)中，穩(wěn)、快、準(zhǔn)是相互制約的。快速性好，可能引起強(qiáng)烈振蕩；改善穩(wěn)定性特別是提高相對穩(wěn)定程度時，可能會使響應(yīng)速度趨緩，穩(wěn)態(tài)精度下降。因此，對實(shí)際系統(tǒng)而言，必須根據(jù)被控對象的具體情況，對穩(wěn)、快、準(zhǔn)各有側(cè)重。例如，恒值系統(tǒng)對準(zhǔn)確性要求較高，隨動系統(tǒng)對快速性要求較高等。這一點(diǎn)，在自動控制原理中已詳細(xì)講解。五、礦山機(jī)械的控制方式礦山機(jī)械的控制方式根據(jù)其操作方式的不同，可分為手動控制、半自動控制和自動控制方式三類。手動控制是利用手動控制電器由人力操作實(shí)現(xiàn)對電動機(jī)的控制。手動控制是最為簡單的控制，使用設(shè)備少，成本低，目前在礦山簡單的小型機(jī)械設(shè)備中仍采用這種控制方式。半自動控制是指控制過程一部分由人工操作，另一部分則自動完成。它比手動操作使用控制設(shè)備多，操作起來較為簡單。自動控制是利用各種控制電器的組合構(gòu)成自動控制系統(tǒng)，自動完成生產(chǎn)機(jī)械的控制過程，顯然這種控制方式是最理想的電力拖動控制方式。礦山機(jī)械的自動控制系統(tǒng)分為斷續(xù)控制、連續(xù)控制和程序控制三種類型。斷續(xù)控制系統(tǒng)是由繼電器與接觸器等有觸點(diǎn)電器組成。操作者通過按鈕或其他主令電器操縱接觸器-繼電器電路，實(shí)現(xiàn)對礦山機(jī)械的起動、調(diào)速、反轉(zhuǎn)等控制。這種控制簡單、成本低、工作穩(wěn)定。由于繼電器、接觸器只有“通”和“斷”兩種工作狀態(tài)，因而這種控制是斷續(xù)的，不能連續(xù)地反映信號的變化，故稱為斷續(xù)控制。連續(xù)控制是由連續(xù)控制元件組成的，連續(xù)控制元件有微機(jī)控制器、調(diào)節(jié)器、可編程序控制器、電機(jī)放大機(jī)、磁放大器和電力半導(dǎo)體器件等。這種控制不僅能反映信號的“通”或“斷”，而且能反映信號的數(shù)值大小和變化，可以完成復(fù)雜的控制任務(wù)，如：可得到很寬的調(diào)速范圍，可保持生產(chǎn)過程中的某些參量為定值等。程序控制是按照人們預(yù)先給定的程序（運(yùn)動規(guī)律、工作順序、工藝過程等）進(jìn)行自動控制的。近年來由于數(shù)控技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，出現(xiàn)了新型的控制裝置如可編程序控制器（簡稱PLC）等。它以微處理器為核心，取代了繼電器接觸器電路，通過編程可靈活地改變控制程序，滿足各種控制要求。同時還能應(yīng)用于大規(guī)模的生產(chǎn)過程控制。這種控制具有通用性強(qiáng)、程序可變、編程容易等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)今及今后礦山機(jī)械自動控制的發(fā)展方向。六、自動控制的基本原則生產(chǎn)機(jī)械電力拖動系統(tǒng)的起動、加速、制動減速、停車以及調(diào)速等控制都可以靠自動裝置來進(jìn)行，不同種類電動機(jī)的起、制動方法和調(diào)速方式是不同的，其自動控制方式也有區(qū)別。電力拖動系統(tǒng)的自動控制方法很多，但不論哪種控制方法都是根據(jù)電動機(jī)工作時某一電氣參數(shù)如：電流、電勢（電壓）、頻率等，或機(jī)械參數(shù)如：轉(zhuǎn)速等的變化來進(jìn)行的，從而形成各種自動控制原則。1．反饋控制自動控制系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)是采用反饋控制。即利用自動檢測裝置將被控對象的輸出信號（被控量）送回到輸入端，并與給定值進(jìn)行比較，形成偏差信號，調(diào)節(jié)器對偏差信號進(jìn)行運(yùn)算，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果發(fā)出信號去控制被控的輸出量，使輸出量與給定量的偏差保持在容許范圍之內(nèi)。在速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，反饋控制系統(tǒng)就是閉環(huán)自動調(diào)速系統(tǒng)，具有良好的穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)響應(yīng)性能，其突出特征是抗干擾能力強(qiáng)。2．時間控制圖1-8圖1-8時間控制的電動機(jī)起動特性時間原則控制方法簡單可靠，對于任何容量和電壓的電動機(jī)都可以用同一型號的時間繼電器來實(shí)現(xiàn)，電網(wǎng)電壓的變化不影響起動和制動過程，但這種控制僅在計(jì)算負(fù)載下才能保證按預(yù)定的運(yùn)行規(guī)律工作，當(dāng)實(shí)際負(fù)載與計(jì)算值不同時，就會與設(shè)定的運(yùn)行規(guī)律產(chǎn)生誤差。圖1-8為時間控制的電動機(jī)起動特性。在額定負(fù)載MN下，電動機(jī)沿特性曲線的1、2、3……加速；但當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩較小時，電動機(jī)轉(zhuǎn)速上升較快，造成滯后切換，由于整定的時間不變，切換轉(zhuǎn)矩偏離設(shè)計(jì)值M2，使電動機(jī)沿特性曲線1′、2′、3′……加速；當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩較大時，電動機(jī)速度減小，在整定時間內(nèi)，切換超前，使起動轉(zhuǎn)矩大于上限切換轉(zhuǎn)矩M1，電動機(jī)將沿特性曲線1″、2″、3″……加速，顯然這種轉(zhuǎn)矩沖擊嚴(yán)重時將導(dǎo)致設(shè)備不能正常運(yùn)行。3．電流控制圖1-9圖1-9電流控制的電動機(jī)起動特性電流原則控制屬于恒轉(zhuǎn)矩控制，在起、制動過程中電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的平均值是始終不變的，轉(zhuǎn)矩的變化范圍也是不變的，與負(fù)載、電源電壓等的變化無關(guān)。但是，負(fù)載的變化將影響起、制動過程時間的變化，特別是當(dāng)負(fù)載較重時，電動機(jī)長時間在某條特性上長時間運(yùn)行造成起動電阻或電動機(jī)繞組過熱，使設(shè)備發(fā)生故障，如圖1-9所示。4．時間和電流混合控制圖1-10圖1-10電流為主時間為輔的電動機(jī)起動特性圖1-11時間電流平行控制的電動機(jī)起動特性圖1-11時間電流平行控制的電動機(jī)起動特性時間電流平行控制的電動機(jī)起動特性如圖1-11所示。這種控制方法的特點(diǎn)是在起動過程中，每切換一次特性，必須同時具備兩個條件：一是時間延時的結(jié)束，二是電流的釋放。兩者有一個條件不能滿足，電動機(jī)特性就不能切換，就需要等待。這樣，在重載時，主要由電流進(jìn)行控制，可防止起動轉(zhuǎn)矩和切換轉(zhuǎn)矩過大而產(chǎn)生綱絲繩打滑；輕載時，主要由時間進(jìn)行控制，電動機(jī)沿1、2′、3′……加速，防止加速過快，有利于提升安全。5．轉(zhuǎn)速控制轉(zhuǎn)速控制是將電動機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的變化作為控制信號而進(jìn)行自動控制。電動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化可通過速度繼電器或測速發(fā)電機(jī)測得，例如異步電動機(jī)反接制動時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速被速度繼電器隨機(jī)測得，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到斷電要求時，速度繼電器動作，及時切斷電源而避免電動機(jī)反轉(zhuǎn)。在動力制動時根據(jù)轉(zhuǎn)速的變化來切除轉(zhuǎn)子電阻，用來調(diào)節(jié)制動力矩的大小。另外在自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，可以根據(jù)給定速度與實(shí)測速度的偏差來自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。6．電勢或頻率控制（一）電勢原則直流電動機(jī)的電樞電勢正比于電樞轉(zhuǎn)速，當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速變化時，電樞電勢也是變化的，即電樞電勢的變化能直接反映電動機(jī)在起動過程中轉(zhuǎn)速的變化，直流電動機(jī)電樞電壓平衡方程式為直流電動機(jī)的電樞等效電阻很小，電樞壓降可以忽略不計(jì)，這時電樞電壓約等于電動勢，即≈由公式知，把直流電動機(jī)的電樞電壓作為控制信號，就可以實(shí)現(xiàn)以電勢為原則的控制，即電勢原則。（二）頻率原則交流異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流的頻率是變化的，即轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流的頻率是變化的，我們把轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流的頻率作為控制信號實(shí)現(xiàn)自動控制，利用這個變化實(shí)現(xiàn)頻率控制的稱為頻率原則。同步電動機(jī)的啟動就是利用了頻率控制的原則。7．行程控制當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動到一定的位置時，通過運(yùn)動部件的碰撞或感應(yīng)使行程開關(guān)動作，發(fā)出如減速、停車、反轉(zhuǎn)等控制指令使用權(quán)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變化，這種控制方式稱為行程控制原則。例如：在礦井提升機(jī)系統(tǒng)中，當(dāng)提升容器運(yùn)行到減速點(diǎn)時，容器碰撞行程開關(guān)，使電路自動切換到減速運(yùn)行階段。8．串級調(diào)速利用晶閘管變流裝置，在繞線型異步電機(jī)轉(zhuǎn)子回路引入一附加電勢，使得電動機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)通過變流裝置向電網(wǎng)回饋或從電網(wǎng)吸取轉(zhuǎn)差功率，從而實(shí)現(xiàn)電動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的方式，稱為晶閘管串級調(diào)速。9．變頻調(diào)速變頻調(diào)速屬于改變電源參數(shù)的調(diào)速，既適用于同步電動機(jī)，也適用于異步電動機(jī)。變頻調(diào)速是利用異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速隨頻率變化的特性，通過改變電動機(jī)的供電頻率進(jìn)行調(diào)速的方法。電動機(jī)控制原則及特點(diǎn)見表1-1表1-1電動機(jī)控制原則及特點(diǎn)控制原則使用場合特點(diǎn)時間原則交直流電動機(jī)起動、能耗制動控制及按一定時間動作的控制電路電路簡單、不受電網(wǎng)電壓、電流等參數(shù)影響，對于任何型式的電動機(jī)都適用速度原則直流電動機(jī)與鼠籠型異步電動機(jī)的反接制動，同步電動機(jī)的勵磁和加速控制電路簡單，控制加速時受電網(wǎng)電壓影響，制動時則無影響電流原則串勵電動機(jī)與繞線型異步電動機(jī)的分級起動、制動和作為電路的過流與欠流保護(hù)電路聯(lián)鎖復(fù)雜，可靠性差，受各種參數(shù)影響大電勢原則直流電動機(jī)的加速和反接制動較準(zhǔn)確反映電機(jī)轉(zhuǎn)速行程原則反應(yīng)運(yùn)動部件運(yùn)動位置的控制電路簡單、不受各種參數(shù)影響，只反映運(yùn)動部件的位置頻率原則同步電動機(jī)投入同步直流勵磁及變頻調(diào)速，異步電動機(jī)的變頻調(diào)速電路復(fù)雜，調(diào)速性能好任務(wù)實(shí)施任務(wù)實(shí)施自動調(diào)速系統(tǒng)如圖1-12，分析該系統(tǒng)的工作原理，畫出其原理框圖圖1-12自動調(diào)速系統(tǒng)的原理圖。步驟一：工作原理調(diào)速系統(tǒng)亦稱為按偏差調(diào)節(jié)的自動控制系統(tǒng)。圖1-12所示為自動調(diào)速系統(tǒng)的原理圖。自動調(diào)速系統(tǒng)的工作原理是：測速發(fā)電機(jī)測量電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n，并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓Uf，與給定電位器的輸出電壓Ug進(jìn)行比較，得到的偏差信號ΔU經(jīng)放大裝置放大后控制電動機(jī)的工作電壓Ud，而電壓Uf即代表了系統(tǒng)所要求的轉(zhuǎn)速。如果工作機(jī)械的負(fù)載增大，使電動機(jī)轉(zhuǎn)速下降，則測速發(fā)電機(jī)輸出電壓Uf減小，與給定電壓Ug比較后的偏差電壓（ΔU=Ug-Uf）增大，經(jīng)放大后使觸發(fā)控制電壓Uk增大，從而使晶閘管整流裝置輸出電壓Ud增大，Ud加在電動機(jī)電樞兩端，則電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n將提高，從而使電動機(jī)轉(zhuǎn)速得到補(bǔ)償。步驟二：原理框圖自動調(diào)速系統(tǒng)的任務(wù)是保持工作機(jī)械恒轉(zhuǎn)速運(yùn)行。系統(tǒng)的被控對象為工作機(jī)械，被控量為電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n，系統(tǒng)的檢測元件是測速發(fā)電機(jī)，它能將電動機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電壓量Uf；系統(tǒng)的給定裝置為給定電位器，其輸出電壓Ug作為系統(tǒng)的參考輸入，系統(tǒng)的偏差為ΔU，為系統(tǒng)給定量與反饋量之差，系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)為直流電動機(jī)。其原理框圖如圖1-13所示。圖1-13自動調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖小結(jié)小結(jié)本任務(wù)對礦山機(jī)械的自動控制原理、自動控制的基本原則進(jìn)行了詳細(xì)講解，并結(jié)合實(shí)際的例子進(jìn)行了介紹，通過任務(wù)的實(shí)施，要掌握對煤礦機(jī)械自動控制進(jìn)行閱讀、分析的方法與步驟。思考與練習(xí)1.自動控制系統(tǒng)是如何分類的？2．何謂開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)？3．自動控制系統(tǒng)的組成，有哪些指標(biāo)？4．自動控制系統(tǒng)有哪些控制原則，舉例說明各自的特點(diǎn)。知識要點(diǎn)◆控制系統(tǒng)線路圖的繪制原則◆控制系統(tǒng)線路圖的閱讀方法◆技能目標(biāo)知識要點(diǎn)◆控制系統(tǒng)線路圖的繪制原則◆控制系統(tǒng)線路圖的閱讀方法◆技能目標(biāo)◆能掌握常見電氣圖形符號和文字符號◆能閱讀控制系統(tǒng)線路圖任務(wù)描述任務(wù)描述控制系統(tǒng)線路圖用來表示礦山機(jī)械電力拖動控制系統(tǒng)的工作原理及各電氣元器件之間的聯(lián)接關(guān)系，是線路維護(hù)和查找故障的參考依據(jù)。因此，電氣控制系統(tǒng)線路圖是電力拖動系統(tǒng)運(yùn)行過程中重要的檔案資料。由于電氣控制系統(tǒng)中的電氣元件種類很多，規(guī)格不一，外形結(jié)構(gòu)各異，為了表達(dá)各電氣元件及其之間的關(guān)系，電氣線路圖中所有元件必須采用統(tǒng)一的圖形符號和文字符號表示。這些圖形、文字符號應(yīng)按國家頒布的GB4728—84、85《電氣圖常用圖形符號》，GB5226—85《機(jī)床電氣設(shè)備通用技術(shù)條件》，GB7159—87《電氣技術(shù)中的文字符號制定通則》，GB6988—86《電氣制圖》，GB5094—85《電氣技術(shù)中的項(xiàng)目代號》等統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行繪制和標(biāo)注。本次任務(wù)通過對電氣圖形符號和文字符號、控制系統(tǒng)線路圖的繪制原則、控制系統(tǒng)線路圖的閱讀方法的學(xué)習(xí)，掌握控制系統(tǒng)線路圖的閱讀與繪制。任務(wù)分析任務(wù)分析要達(dá)到本次任務(wù)的目標(biāo)要求，就必須掌握常見電氣圖形符號和文字符號、控制系統(tǒng)線路圖的閱讀方法。知識準(zhǔn)備知識準(zhǔn)備一、電氣圖形符號和文字符號（GB4728，GB7159）1．圖形符號用以表示一個設(shè)備或概念的圖形、標(biāo)記或字符。圖形符號通常用于圖樣或其它文件。電氣控制系統(tǒng)圖中的圖形符號必須按國家標(biāo)準(zhǔn)繪制，表1-2繪出了電氣控制系統(tǒng)的部分圖形符號。2．文字符號用以表明電氣設(shè)備、裝置和元器件的名稱及電路的功能、狀態(tài)和特征。文字符號適用于電氣技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)文件的編制。表1-2列出了電氣控制系統(tǒng)的部分文字符號，以供參考。表1-2電氣控制線路圖主要圖形符號及文字符號續(xù)表1-2續(xù)表1-2續(xù)表1-2二、控制系統(tǒng)線路圖的閱讀方法對于生產(chǎn)機(jī)械的電氣控制線路圖的閱讀，只要熟悉標(biāo)準(zhǔn)電氣圖形符號和文字符號就可閱讀。看圖時，首先看主電路，其次看控制電路，最后看其它電路（如保護(hù)電路、信號電路等）。（一）看主電路的步驟：1．看主電路中電動機(jī)的起動方式有無正反轉(zhuǎn)、調(diào)速和制動等要求；2．看主電路中電動機(jī)是用什么電器控制的（圖1-12中電動機(jī)是用接觸器控制的）；3．看主電路中還接有什么電器，這些電器起什么作用。通常，主電路中除了電動機(jī)和控制電器外，還有電源開關(guān)、熔斷器、熱繼電器等。圖1-12中QS是電動機(jī)的電源開關(guān)，用以控制電源；是熔斷器，作為電動機(jī)的短路保護(hù)裝置；是熱繼電器，作為電動機(jī)的過載保護(hù)裝置；4．看電源。要了解主電路的電源電壓多少伏，例如：、、、還是等。圖1-12電動機(jī)電氣原理圖（二）看控制電路的步驟：1．看電源，首先要看清電源是交流電源還是直流電源，其次要看清電源是從何處接來，電壓有多大。通常，從主電路的兩根相線上接來的電源，是對應(yīng)線電壓的值，常見的是、、、等；從主電路的一根相線和一根地線上接來的電源，是對應(yīng)的相電壓，常見的有等。此外，從變壓器上接來的電源，其電壓有127V、24V、12V或等幾種。在圖1-12中，控制電路的電源線從主電路的兩根相線上接來，其線電壓為。2．根據(jù)控制電路的回路研究主電路動作情況。在一般電路圖中，整個控制電路構(gòu)成一條大回路，大回路又分為幾條獨(dú)立的小回路，每一條小回路控制一個用電設(shè)備或一個電器的一個動作。在圖1-12中，控制電路只有一條回路。按下起動按鈕，接通原來斷開的電路，電流進(jìn)入接觸器的線圈，主電路中的主觸頭閉合，于是電動機(jī)接入電源而運(yùn)轉(zhuǎn)。按下停止按鈕，電路斷開，斷電，接觸器釋放，主觸頭斷開，于是電動機(jī)被切斷電源而停止運(yùn)轉(zhuǎn)。這就是開關(guān)（或按鈕）→接觸器（或繼電器）→電動機(jī)的控制方式，也是機(jī)械自動化或半自動化的基本形式。3．研究電器之間的相互聯(lián)系。電路中的所有電器都是相互聯(lián)系、相互制約的。有時用甲電器去控制乙電器，甚至用乙電器再去控制丙電器，閱讀電路圖時應(yīng)仔細(xì)查明它們之間的相互聯(lián)系，追索線路動作的邏輯關(guān)系，就能分析清楚任何一個控制線路。（三）看其他電路。其他電路是指信號電路、保護(hù)電路等。這些電路一般比較簡單，只要看清它們的線路走向，電路的來龍去脈即可?？措姎庀到y(tǒng)安裝接線圖時，也要先看主電路，后看控制電路?？粗麟娐窌r，從電源引入端開始，順次經(jīng)控制元件和線路到電動機(jī)；看控制電路時，要從電源的一端到另一端，按元件的順序?qū)γ恳换芈愤M(jìn)行分析研究，如圖1-13所示。圖1-13電動機(jī)的安裝接線圖安裝接線圖是根據(jù)電氣原理圖繪制的，對照電氣原理圖看安裝接線圖就一目了然?？磮D時要注意，回路標(biāo)號是電器元件間導(dǎo)線連接的標(biāo)記，標(biāo)號相同的導(dǎo)線原則上都可以接在一起。此外，還要搞清接線端子板內(nèi)外電路的連接情況，內(nèi)外電路的相同標(biāo)號導(dǎo)線一般都接在端子板的同號接點(diǎn)上。任務(wù)實(shí)施任務(wù)實(shí)施圖1-14所示，電流時間混合原則啟動控制電路閱圖為了限制起動電流，繞線型異步電動機(jī)常采用轉(zhuǎn)子串電阻的方法起動。為保證起動平穩(wěn)、減小起動電流的沖擊，通常串入多級電阻，在起動過程中逐級切除，起動電阻的切除可以利用時間繼電器和電流繼電器混合原則進(jìn)行控制。圖1-14所示為采用電流時間混合原則控制的電氣控制線路。圖中KA為電流繼電器，反映起動過程中電動機(jī)電流的變化。1KM～4KM為加速接觸器，其觸點(diǎn)用于切除轉(zhuǎn)子電阻。1KT～4KT為時間繼電器，其觸點(diǎn)控制加速接觸器。KMF、KMR分別為正反轉(zhuǎn)接觸器。KV為安全接觸器。SA為主令控制器，1SA～7SA為其觸點(diǎn)。虛線表示操作手柄位置，虛線上面的黑點(diǎn)，表示手柄在這個位置時，該支路的觸點(diǎn)接通。1．起動前的準(zhǔn)備合上電源開關(guān)1Q和2Q，接通主回路和控制回路電源。主令控制器SA的手柄置于零位，安全接觸器KV通電并自保（依靠接觸器自身動合觸點(diǎn)而使線圈保持通電的效果稱為自保，起自保作用的常開輔助觸點(diǎn)KV2稱為自保觸點(diǎn)。），其動合觸點(diǎn)閉合使控制回路得到電源。時間繼電器1KT～4KT通電，其在加速接觸器回路中的四個動斷觸點(diǎn)全部斷開，使1KM～4KM無電，轉(zhuǎn)子電阻全部串入。2．起動控制過程根據(jù)選擇的運(yùn)轉(zhuǎn)方向（假設(shè)正轉(zhuǎn)）將主令控制器SA的手柄推到正轉(zhuǎn)方向（圖中向右）極限位置第五位，則2SA及4SA～7SA均閉合，正轉(zhuǎn)接觸器KMF線圈通電吸合，電動機(jī)串入全部電阻起動。KMF通電的同時，反轉(zhuǎn)接觸器KMR電路的KMF動斷觸點(diǎn)斷開，實(shí)現(xiàn)聯(lián)聯(lián)鎖（所謂聯(lián)鎖是指：利用兩只控制電器的常閉觸點(diǎn)，一般是接觸器的常閉觸點(diǎn)、按鈕的常閉觸點(diǎn)使一個電路工作，而另一個電路絕對不能工作的、相互制約的作用，就稱為聯(lián)鎖或互鎖。實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖作用的觸點(diǎn)稱為聯(lián)鎖觸點(diǎn)，與聯(lián)鎖觸點(diǎn)相聯(lián)系的這一部分線路又稱聯(lián)鎖控制線路或聯(lián)鎖控制環(huán)節(jié)）。其在1KT電路中的動斷觸點(diǎn)斷開，使1KT斷電并開始延時，經(jīng)過一定時間后，1KT觸點(diǎn)閉合，1KM通電，切除第一段電阻?？梢姷谝欢坞娮璧那谐强繂渭儠r間原則控制的。1KM吸合后其在時間繼電器回路中的動斷觸點(diǎn)斷開，切斷2KT原來的通路，但這時由于切除第一段電阻后電流增大至尖峰電流，電流繼電器KA吸合，為2KT提供了另一通路，此時開始按電流原則控制。隨著電動機(jī)加速，電流逐漸下降，當(dāng)下降到一定值時KA釋放，其動合觸點(diǎn)斷開，2KT斷電開始延時，此時開始按時間原則控制。經(jīng)過一定時間后，2KT觸點(diǎn)閉合，2KM通電，切除第二段電阻。可見第二段電阻的切除是靠電流和時間混合原則控制的，由電流繼電器和時間繼電器配合完成，以后各段電阻的切除與第二段相同。每當(dāng)切除一段電阻后，電流增至尖峰電流，KA吸合，隨著轉(zhuǎn)速上升，電流下降至KA釋放，再經(jīng)過時間繼電器延時，切除一段電阻，直到全部電阻切除，起動過程結(jié)束。圖1-14繞線型異步電動機(jī)電流時間混合原則控制電路小結(jié)小結(jié)本任務(wù)對常見電氣圖形符號和文字符號、控制系統(tǒng)線路圖的閱讀方法進(jìn)行了詳細(xì)講解，并結(jié)合實(shí)際的例子進(jìn)行了介紹，通過任務(wù)的實(shí)施，要掌握對控制系統(tǒng)線路圖的閱讀方法。思考與練習(xí)1．電氣原理圖有什么用途？2．如何閱讀電氣原理圖？模塊二礦井提升設(shè)備-交流拖動電氣控制任務(wù)一提升絞車的繼電器控制知識要點(diǎn)知識要點(diǎn)◆繞線式電動機(jī)串電阻起動的工作原理◆五級磁力站控制系統(tǒng)設(shè)備組成、應(yīng)用和原理技能目標(biāo)◆能分析和處理系統(tǒng)的常見電氣故障◆能對絞車五級磁力站控制系統(tǒng)進(jìn)行接線、調(diào)試任務(wù)描述任務(wù)描述礦井提升設(shè)備電氣控制系統(tǒng)是一個比較復(fù)雜的電氣控制系統(tǒng)，我們首先從小型絞車的電氣控制系統(tǒng)開始了解提升控制的基本要求、控制系統(tǒng)的基本組成環(huán)節(jié)，掌握系統(tǒng)檢修、調(diào)試的要點(diǎn)、方法等基本技能，為主副井提升機(jī)電控系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)檢修打下牢固的基礎(chǔ)。任務(wù)分析任務(wù)分析運(yùn)輸絞車多采用繞線式電動機(jī)拖動，轉(zhuǎn)子串接一定數(shù)量的電阻，起動時分組切除電阻，有幾組電阻通常就稱為幾級磁力站，功率較大的運(yùn)輸絞車常采用五級或六級磁力站進(jìn)行控制。其工作的主要特點(diǎn)是在加速過程中，各加速接觸器按照一定的規(guī)則逐個吸合，以逐段切除對應(yīng)的轉(zhuǎn)子電阻，實(shí)現(xiàn)加速過程的自動化。切除轉(zhuǎn)子電阻的常用原則有以時間為函數(shù)和以電流為函數(shù)附加時限等兩種。知識準(zhǔn)備知識準(zhǔn)備以時間為函數(shù)進(jìn)行加速的控制電路所謂以時間為函數(shù)進(jìn)行加速,是指從絞車電動機(jī)通電開始,按照預(yù)先設(shè)計(jì)的規(guī)律,每隔某一特定時限切除轉(zhuǎn)子回路某段對應(yīng)的電阻,使電動機(jī)逐漸加速.直至將轉(zhuǎn)子各段電阻切除完畢.這種加速方式,使絞車在每個運(yùn)輸循環(huán)的加速段時間保持恒定.圖2-1為實(shí)現(xiàn)這種加速方式的簡化原理圖。圖2-1以時間為函數(shù)的加速原理圖圖中KMF、KMR是電動機(jī)M正向、反向運(yùn)轉(zhuǎn)的接觸器，1KMA-5KMA是控制電動機(jī)轉(zhuǎn)子電阻的加速接觸器，1KT-5KT是分別具有一定時限的時間繼電器。這些元器經(jīng)過自身的延時分別去控制對應(yīng)的加速接觸器，以控制對應(yīng)段電阻的切除。在絞車開動的準(zhǔn)備工作完成時，各時間繼電器是吸合的，各加速接觸器是斷電的。當(dāng)KMF（或KMB）吸合時，1KT斷電，經(jīng)一定時限后銜鐵落下，1KT1接點(diǎn)延時閉合，加速接觸1KMA有電吸合。1KMA主接點(diǎn)閉合，切除轉(zhuǎn)子第一段電阻；1KMA1接點(diǎn)閉合，為2KMA接觸器通電作準(zhǔn)備；1KMA2接點(diǎn)斷開，時間繼電器2KT斷電延時釋放。2KT1接點(diǎn)延時閉合，加速接觸器2KMA有電吸合，節(jié)除轉(zhuǎn)子第二段電阻。余此類推，經(jīng)過時間繼電器1KT-5KT的接力延時，使加速接觸器1KMA-5KMA接力吸合，轉(zhuǎn)子電阻逐段切除，加速過程完成。圖2-2是以時間為函數(shù)進(jìn)行加速的實(shí)際線路。在電路中，由操縱手柄所帶動主令控制器SM是控制電動機(jī)起動、停止、換向以及加入、切除電阻等功能的主令元件。在開車時，如果一開始就將操縱手柄移到極限位置，便可實(shí)現(xiàn)以時間為函數(shù)的自動加速；如果司機(jī)緩慢移動手柄，則可實(shí)現(xiàn)人工速度調(diào)節(jié)。絞車的控制回路除由1KT-5KT和1KMA-5KMA組成的加速環(huán)節(jié)外，還包括以下幾部分。1）安全（保護(hù)）電路由接觸器KM和一系列保護(hù)元件組成的電路稱為安全電路。它的作用是當(dāng)絞車的正常工作方式遭到破壞時，KM接觸器斷電，使換向器電路斷開，電動機(jī)停車并實(shí)現(xiàn)安全（緊急）制動。1SL-4SL為過卷行程開關(guān)。1SL、2SL裝于深度指示器上，3SL、4SL裝作絞車房外的巷道中。當(dāng)運(yùn)輸中發(fā)生容器過卷事故時，相應(yīng)的過卷行程開關(guān)被頂開，使安全電路斷電，實(shí)現(xiàn)過卷保護(hù)。S為過卷恢復(fù)開頭。正常情況開關(guān)，S開關(guān)的手柄置于零位，S2、S3斷開，S1、S4閉合；當(dāng)過卷事故發(fā)生后，需要將容器恢復(fù)到正常位置時，操縱S開頭的相應(yīng)位置，使S3或S2閉合，將斷開的1SL、3SL或2SL、4SL對應(yīng)短接，接通接觸器KM電路（安全電路），解除安全制動，絞車可重新起動，使過卷容器回到正常位置。為防止在過卷恢復(fù)時，由于司機(jī)誤操作而導(dǎo)致絞車?yán)^續(xù)向過卷方向旋轉(zhuǎn)，在換向器電路中串有聯(lián)鎖接點(diǎn)S1、S4。要絞車過卷后的恢復(fù)過程中，使這兩接點(diǎn)之一對應(yīng)閉合（另一個斷開），保證絞車只能向恢復(fù)正常位置的方向運(yùn)轉(zhuǎn)。圖2-2以時間為函數(shù)的加速控制電路1QA1為空氣自動開關(guān)的輔助接點(diǎn)。當(dāng)自動開關(guān)1QA跳閘時，該接點(diǎn)使KM接觸器斷電，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的過電流、低電壓保護(hù)。在1QA開關(guān)電壓脫扣線圈YV電路中，裝有跳閘按鈕STP和腳踏開關(guān)SF，以實(shí)現(xiàn)正常和緊急停車，STP、SF均由司機(jī)進(jìn)行操作。SM1是主令控制器的聯(lián)鎖接點(diǎn)，其作用是實(shí)現(xiàn)開車前主令控制器手柄的零位閉鎖。SYW1是工作制動的聯(lián)鎖接點(diǎn)。只有當(dāng)工作制動手柄處于緊閘位置，SYW1接點(diǎn)閉合，才允許解除安全制動；SYW1接點(diǎn)接在加速接觸器1KMA電路中，只有當(dāng)工作閘手柄離開零位而處于松閘位置時，該接點(diǎn)閉合，1KMA才可能通電吸合，切除轉(zhuǎn)子電阻。這樣，可避免由于誤操作抱閘送電和切除電阻而使電動機(jī)嚴(yán)重堵轉(zhuǎn)的事故。SYS是安全制動聯(lián)鎖開關(guān)的接點(diǎn)。當(dāng)安全制動解除后，SYS才閉合，KM接觸器才實(shí)現(xiàn)自保。ST、STP是KM回路的起動、停止按鈕。2）換向器電路換向器正向接觸器KMF和反向接觸器KMB組成。它們的主接點(diǎn)接在定子回路，分別管制電動機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。在電路中接有主令控制器的接點(diǎn)SM3和SM4，以實(shí)現(xiàn)電動機(jī)通電方向的控制。KMF和KMB除了都在本電路中常開自保接點(diǎn)KMF3、KMB3外，還分別將自己的一常閉接點(diǎn)KMF2、KMB2串入對方電路中，以實(shí)現(xiàn)正、反向接觸器之間的電氣閉鎖。電路中的時間繼電器1KT的常開接點(diǎn)起著時間繼電器的狀態(tài)監(jiān)視作用。在開車前，若1KT處于正常吸合狀態(tài)，則1KT2常開接點(diǎn)閉合，在接到開車信號時，換向器便可接通；反之，若1KT一開始就處于釋放狀態(tài)，則不允許換向器接通，防止了由于時間繼電器的狀態(tài)錯誤而造成定子一送電轉(zhuǎn)子電阻瞬間全切的后果。此外，1KT2接點(diǎn)還是實(shí)現(xiàn)消弧聯(lián)鎖的執(zhí)行元件。3）消弧聯(lián)鎖電路在絞車運(yùn)行結(jié)束時，若電動機(jī)剛剛斷電，由于司機(jī)誤操作又立即接通換向器電路，導(dǎo)致電動機(jī)反向運(yùn)行，則必然造成嚴(yán)重的電弧短路。為此，設(shè)置了由聯(lián)鎖繼電器KT1與KMF、KMB接點(diǎn)配合1KT組成的消弧聯(lián)鎖電路。KTI的常閉接點(diǎn)KTI1串在1KT回路中。設(shè)電動機(jī)正向運(yùn)行結(jié)束，KMF斷電，KTI斷電（但不立即釋放），約經(jīng)0.5S延時(主回路接觸器接點(diǎn)的電弧已熄滅)KTI1常閉接點(diǎn)閉合,1KT才能通電,反向接觸器KMB才能通電,反之亦然.4)信號顯示電路除絞車房與采區(qū)車場之間的井筒信號外,絞車自身有如下信號顯示:絞車工作指示燈RD。當(dāng)KM吸合時，RD紅燈亮，表示絞車投入運(yùn)行；KM釋放時，RD熄滅。減速信號笛HA。與電笛HA相聯(lián)的有KMF5、KMB5接點(diǎn)以及微動開關(guān)1SS、2SS，當(dāng)絞車正向運(yùn)轉(zhuǎn)時，KMF5和1SS支路接入；反轉(zhuǎn)時，KMB5和2SS支路接入。容器到減速位置時，對應(yīng)的微動開關(guān)短時被壓合，HA鳴響，提示減速。深度指示器電路。本控制系統(tǒng)使用了圓盤式深度指示器。自整角機(jī)1B為發(fā)送機(jī)，安裝在絞車主軸近旁，通過機(jī)械轉(zhuǎn)換將運(yùn)輸容器的行程變成1B的旋轉(zhuǎn)角度，使1B的轉(zhuǎn)子不斷發(fā)出與運(yùn)輸行程對應(yīng)的電壓信號。自整角機(jī)2B稱為接收機(jī)，安置在操縱臺上，它的三相工作繞組與發(fā)送機(jī)相聯(lián)。工作繞組接到發(fā)送機(jī)偉來的某個電壓信號時，其轉(zhuǎn)子就旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的度。這樣，容器在斜巷中的行程變成了1B的輸出電壓，再轉(zhuǎn)換成2B轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角，通過刻度換算，指針就可指出容器在斜巷中的運(yùn)行位置。此外，還有絞車電動機(jī)定子電壓和電流的測量顯示環(huán)節(jié)等。下面簡述整個系統(tǒng)的工作過程。絞車起動前的準(zhǔn)備：合刀閘開關(guān)1QS和自動空氣開關(guān)1QA、2QA主回路和控制回路電源接通。此時，如運(yùn)輸系統(tǒng)正常，工作閘手柄處于緊閘位置，主令控制器SM手柄置于零位，過卷恢復(fù)開關(guān)S置中間位，則司機(jī)可按壓起動按鈕ST，安全（保護(hù)）回路接觸器KM有電吸合，紅燈RD燃亮。KM1接點(diǎn)閉合，制動油泵電動機(jī)1M起動，壓力油將制動重錘抬起，安全制動解除；KM2接點(diǎn)閉合自保（此時安全制動解除，其聯(lián)鎖接點(diǎn)SYS已閉合）；KM3接點(diǎn)閉合，為絞車電動機(jī)換向接觸器提供控制電源。在2QA閉合后，交流380V電源經(jīng)小變壓器T降壓，二極管V1-V4全波整流，得直流控制電源，此時時間繼電器1KT-5KT吸合。常閉接點(diǎn)1KT1-5KT1相應(yīng)斷開，為加速接觸器1KMA-5KMA工作做準(zhǔn)備；常開接點(diǎn)1KT2閉合，為換向接觸器接通做準(zhǔn)備。接到開車信號后，司機(jī)將主令控制器SM手柄移到正向極限位置，主令控制器的SM-3、SM-5、SM-6、SM-7、SM-9、SM-11接點(diǎn)閉合；同時將工作制動手柄向前推，解除工作制動。正轉(zhuǎn)接觸器KMF有電吸合。KMF1接點(diǎn)閉合，絞車電動機(jī)正轉(zhuǎn)；KMF2接點(diǎn)斷開，切斷反轉(zhuǎn)接觸器KMB回路；KMF3接點(diǎn)閉合自保；KMF4接點(diǎn)閉合，聯(lián)鎖繼電器KTI有電吸合，KTI1接點(diǎn)斷開，1KT斷電釋放。1KT1接點(diǎn)延時閉合，加速接觸器1KMA有吸合。1KMA1接點(diǎn)閉合，切除絞車電動機(jī)轉(zhuǎn)子第一段電阻；1KMA2接點(diǎn)閉合，為2KMA接觸器接通作準(zhǔn)備；1KMA3接點(diǎn)斷開，2KT斷電器斷電釋放。2KT1接點(diǎn)延時閉合，2KMA接觸器有電吸合，節(jié)除第二段電阻；……直到5KMA接觸器有電吸合，轉(zhuǎn)子電阻全部切除，絞車開始等速運(yùn)行。運(yùn)輸容器運(yùn)行到減速點(diǎn)時，減速接點(diǎn)1SS短時閉合，電笛HA發(fā)出減速音響信號。司機(jī)將主令控制器SM手柄拉回零位，正轉(zhuǎn)接觸器KMF釋放，絞車電動機(jī)斷電；加速接觸器1KMA-5KMA絞車電動機(jī)轉(zhuǎn)子接入全部電阻。此后，通過制動手柄調(diào)節(jié)制動力，實(shí)現(xiàn)機(jī)械制動減速，直到容器達(dá)終點(diǎn)位置時，用工作制動閘制動停車。任務(wù)實(shí)施任務(wù)實(shí)施完成絞車控制線路常見故障的分析處理。（一）按起動按鈕后，安全回路接觸器不動作，紅燈RD不亮1、原因分析1）主令控制器SM手柄不在零位；2）絞車門沒關(guān)嚴(yán)，限位開關(guān)沒有合上；3）過卷恢復(fù)開關(guān)S沒有置中間位。；2、處理方法1）把主令控制器SM手柄置于零位；2）關(guān)嚴(yán)絞車門，壓合限位開關(guān)；3）把過卷恢復(fù)開關(guān)S置于中間位。（二）主令控制器SM手柄移到正向位置，正轉(zhuǎn)接觸器KMF不吸合1、原因分析1）反向接觸器KMB常閉接點(diǎn)損壞；2）KM3沒有可靠閉合；3）時間繼電器1KT2沒有閉合。2、處理方法1）換一個反向接觸器KMB常閉接點(diǎn)；2）換一個KM3接點(diǎn)，或更換KM3；3）檢查時間繼電器1KT2線圈是否吸合。（三）絞車到達(dá)減速點(diǎn)電笛HA沒有鳴響限位開關(guān)1SS損壞，需要更換。小結(jié)小結(jié)本任務(wù)對煤礦常用的絞車控制電路進(jìn)行了分析，并對一些常見故障安排了排查訓(xùn)練，通過任務(wù)的實(shí)施，為后面實(shí)施TKD控制系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)與檢修奠定了基礎(chǔ)。思考與練習(xí)1.簡述絞車起動操作的注意事項(xiàng)？2.進(jìn)行反向不加速故障的分析處理？知識要點(diǎn)◆TKD型電控系統(tǒng)的主要設(shè)備：高壓開關(guān)柜、高壓換向接觸器、電磁控制站、制動電源裝置、磁放大器和自整角機(jī)技能目標(biāo)知識要點(diǎn)◆TKD型電控系統(tǒng)的主要設(shè)備：高壓開關(guān)柜、高壓換向接觸器、電磁控制站、制動電源裝置、磁放大器和自整角機(jī)技能目標(biāo)◆能說出TKD型電控系統(tǒng)用途、功能、主要電氣設(shè)備◆能TKD電控系統(tǒng)主要電氣設(shè)備進(jìn)行維修任務(wù)描述任務(wù)描述礦井提升設(shè)備屬于大功率、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，在運(yùn)行過程中需要頻繁啟動、加速和制動，因此通常采用交流繞線式電動機(jī)拖動。按照提升工作圖的要求，改變轉(zhuǎn)子回路中串接電阻的方式實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的加速、等速、減速和爬行等工作過程的控制。TKD型電控系統(tǒng)即交流繞線式電動機(jī)拖動的單繩交流提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)，主要組成設(shè)備有：高壓開關(guān)柜、高壓換向接觸器、電磁控制站、制動電源裝置、磁放大器和自整角機(jī)。任務(wù)分析任務(wù)分析TKD型電控系統(tǒng)設(shè)備多，接線復(fù)雜，只有對其中的每一種設(shè)備的結(jié)構(gòu)、性能、工作原理有足夠的了解，并且能熟練分析判斷每一種設(shè)備的常見故障，才可能保證整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行，知識準(zhǔn)備知識準(zhǔn)備一、提升機(jī)電控系統(tǒng)的組成交流提升機(jī)電控系統(tǒng)的類型很多，目前國產(chǎn)用于單繩交流提升機(jī)的電控系統(tǒng)主要有：TKD—A系列、TKDG系列、TKD—NT系列、JTKD—PC系列和用于多繩交流提升機(jī)的電控系統(tǒng)主要有：JKMK/J—A系列、JKMK/J—NT系列、JKMK/J—PC系列等。各種電控系統(tǒng)主要由高壓開關(guān)柜（空氣或真空）、高壓換向接觸器（空氣或真空）、轉(zhuǎn)子電磁控制站、制動電源、操縱臺、液壓站、潤滑油與制動油泵站、啟動電阻、運(yùn)行故障診斷與報(bào)警裝置等電氣設(shè)備組成。以TKD—NT、JKMK/J—NT電控系統(tǒng)為例。其基本結(jié)構(gòu)與組成如圖2-3所示，該電控系統(tǒng)的型號及其含義見圖2-4。圖2-3交流提升機(jī)電控系統(tǒng)組成框圖電控系統(tǒng)的型號及含義—NT—□□－□□□□□／□□－N－NT－□□－□□□□□／□□JKMK/ＪTKD圖2-4TKD-NT、JKMK／J-NT系列提升機(jī)電控系統(tǒng)的型號及含義三、提升機(jī)電控系統(tǒng)中的主要電氣設(shè)備（一）交流提升機(jī)制動電源裝置礦井交流提升機(jī)采用電氣制動方式可獲得平穩(wěn)、安全、可靠的制動運(yùn)行狀態(tài)，避免了嚴(yán)重的機(jī)械磨損，防止了機(jī)械沖擊，減少了機(jī)械部分的維修工作量，延長了提升機(jī)械的使用壽命，特別是易于實(shí)現(xiàn)提升系統(tǒng)的自動化，從而有效地改善了提升系統(tǒng)的性能，提高了設(shè)備的提升能力。異步電動機(jī)的電氣制動方式有動力制動和低頻發(fā)電制動，制動電源有模擬量制動電源和數(shù)字量制動電源兩類，目前國產(chǎn)制動電源裝置的型號、特點(diǎn)及及選擇如下。1．KZG（D）系列晶閘管動力制動電源裝置1）應(yīng)用范圍及用途該裝置可以和任何型號交流提升機(jī)電控配套使用，控制提升機(jī)減速和下放重物的速度。（1）負(fù)力提升方式：提升機(jī)運(yùn)行至減速點(diǎn)時，電機(jī)從主電源上斷開，經(jīng)過消弧延時，本裝置投入，并通過速度閉環(huán)的調(diào)節(jié)改變輸出電流大小，使減速段的實(shí)際速度跟隨給定速度；（2）腳踏制動方式：在重物下放期間或要求提前減速時，可以通過腳踏進(jìn)行速度控制；（3）該裝置帶有電源開關(guān)接觸器，全數(shù)字動力制動電源裝置自帶速度繼電器，能夠自動切換轉(zhuǎn)子電阻大小，充分發(fā)揮系統(tǒng)的制動能力；（4）該系列裝置有全數(shù)字調(diào)節(jié)和模擬量調(diào)節(jié)兩大類。2）型號含義3）工作原理與技術(shù)性能KZG（D）系列可控硅動力制動電源裝置的工作原理如圖2-5所示。圖2-5KZG（D）系列可控硅動力制動電源裝置的工作原理3）全數(shù)字動力制動電源采用原裝進(jìn)口全數(shù)字直流調(diào)速器作為核心部件，硬件配置簡潔可靠，調(diào)試簡單，維護(hù)量小；主回路采用三相全控橋式電路，控制回路為速度、電流雙閉環(huán)控制，電流脈動小，調(diào)節(jié)平滑，制動力強(qiáng)，制動平穩(wěn)。制動電源具有模擬凸輪板速度給定信號，因此速度閉環(huán)不需要靠深度指示器上的限速凸輪板機(jī)構(gòu)完成；三只速度繼電器KV1、KV2、KV3用于在制動過程中切換轉(zhuǎn)子電阻以獲得最佳的制動效果；具有自診斷功能，能隨時查詢到報(bào)警、運(yùn)行狀態(tài)、參數(shù)的綜合診斷及監(jiān)視信息。全數(shù)字動力制動電源只與6KV和10KV高壓電機(jī)配套使用。4）模擬量動力制動電源該裝置采用專用的集成電路作為觸發(fā)脈沖的形成環(huán)節(jié)，線路簡單可靠；主回路為單相半控橋形式，晶閘管、二極管采用框架組件結(jié)構(gòu)，冷卻方式為強(qiáng)迫風(fēng)冷。模擬量動力制動電源能與380V、660V、6kV及10kV電機(jī)配套使用。5）動力制動電源裝置輸出參數(shù)的選擇（1）最大直流輸出電流提升異步電動機(jī)動力制動的直流電源的最大輸出電流是根據(jù)系統(tǒng)所需的最大平均力矩來確定的，最大平均力矩為（2-1）式中Favmax——最大平均負(fù)力，N；D——提升機(jī)卷筒直徑，m；i——從提升電動機(jī)到卷筒的減速比。根據(jù)最大平均力矩，利用動力制動狀態(tài)下異步電動機(jī)的萬用曲線計(jì)算出所需的最大等值定子相電流，即可求出所需的最大直流動力制動電流即直流電源的最大直流輸出電流（2-2）式中I1max——最大等值定子相電流有效值，A。對于雙閉環(huán)動力制動系統(tǒng)，考慮到動力制動電流強(qiáng)激的要求，最大直流動力制動電流Idmax應(yīng)按1.4～1.6倍的裕量來選?。?-3）（2）最大直流輸出電壓的計(jì)算為了保證系統(tǒng)可靠地工作，直流電源的最大輸出電壓應(yīng)按1.5～1.6倍的電壓儲備量，根據(jù)最大直流輸出電流來確定Udmax=（1.5～1.6）Idmax×2r1（2-4）定子一相繞組的電阻r1應(yīng)當(dāng)實(shí)測，在實(shí)測不可能時可按下式計(jì)算當(dāng)U1N=6000V時當(dāng)U1N=380V時式中SN%——電動機(jī)額定轉(zhuǎn)差率的百分?jǐn)?shù)。對于雙閉環(huán)動力制動系統(tǒng)，考慮到動力制動電流強(qiáng)激的要求，最大直流輸出電壓應(yīng)?。?-5）式中——直流動力制動電流的強(qiáng)激倍數(shù)；對于三相橋式半控主回路，可取2.5～3倍的強(qiáng)激；在需要設(shè)置整流變壓器的情況下，為了減小變壓器的容量，可取偏低的強(qiáng)激倍數(shù)；在不用整流變壓器即可控整流電路直接接于交流220/380V電網(wǎng)的情況下，則取偏高的強(qiáng)激倍數(shù)。對于三相橋式全控主回路，可以取更大的強(qiáng)激倍數(shù)；設(shè)置整流變壓器時，取用3.5倍左右的強(qiáng)激倍數(shù);不用整流變壓器時，則取用盡可能大的強(qiáng)激倍數(shù)。（3）最大輸出功率的計(jì)算直流電源最大直流輸出功率為（2-6）式中Pdmax的單位為kW。6）動力制動裝置參數(shù)及配套表KZG（D）系列晶閘管動力制動電源裝置參數(shù)及配套表見表2-1。表2-1KZG（D）系列晶閘管動力制動電源裝置參數(shù)及配套表2．KDG—D系列全數(shù)字低頻制動電源裝置1）應(yīng)用范圍及用途該裝置可以和任何型號交流提升機(jī)電控配套使用，控制提升機(jī)減速和低速爬行。（1）正力提升方式：在這種工作方式下，減速段采用正力減速，通過電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻的切換來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)速度下降到爬行速度時，低頻裝置投入實(shí)現(xiàn)低頻拖動爬行；（2）負(fù)力提升方式：提升機(jī)運(yùn)行至減速點(diǎn)時，電機(jī)從主電源上斷開，經(jīng)0.5秒的消弧延時低頻裝置投入，通過速度閉環(huán)的調(diào)節(jié)作用改變輸出電壓、輸出電流、輸出頻率的大小，使減速段的實(shí)際速度跟隨給定速度，并實(shí)時將系統(tǒng)的部分動能轉(zhuǎn)化為電能回饋電網(wǎng)，另一部分電能通過轉(zhuǎn)子電阻，當(dāng)速度下降至爬行速度時，自然過渡到爬行狀態(tài)，在正力或負(fù)力方式下，低頻裝置還可以完成換層、平罐等拖動；（3）驗(yàn)繩提升方式：驗(yàn)繩方式是用低頻裝置直接拖動電動機(jī)運(yùn)行于爬行速度的工作方式，用于檢查和更換鋼絲繩、檢查和維修井筒、更換提升水平、低速下放重物等。3）技術(shù)特點(diǎn)及參數(shù)（1）裝置采用全數(shù)字變頻器和邏輯無環(huán)流技術(shù)，省去有環(huán)流系統(tǒng)的三個環(huán)流電抗器，具有體積小、噪音低、空載損耗小等特點(diǎn)；（2）減速段速度調(diào)節(jié)采用低頻發(fā)電制動方式，將系統(tǒng)的動能反饋給電網(wǎng)，與動力制動減速相比，不僅調(diào)速性能好，減速與爬行自然過渡，而且節(jié)能效果顯著；（3）采用現(xiàn)代智能控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)速度電流閉環(huán)調(diào)節(jié)，負(fù)力減速階段在各種負(fù)載條件下均可嚴(yán)格按照給定的速度圖運(yùn)行，使交流拖動系統(tǒng)在減速段達(dá)到直流拖動系統(tǒng)的調(diào)速性能，減速段到爬行段過渡平滑；（4）由于裝置優(yōu)良的調(diào)節(jié)性能和發(fā)電狀態(tài)的自然過渡，在提升系統(tǒng)的最大靜張力差允許范圍內(nèi)均能實(shí)現(xiàn)正力減速與爬行、負(fù)力減速與爬行及驗(yàn)繩等多種工作方式，能滿足主、副井提升的所有控制要求；（5）系統(tǒng)具有完善的自診斷功能，通過彩色液晶顯示器可以指示各種故障信息（七十余種）、速度圖和系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)等，提高了系統(tǒng)的可靠性和維護(hù)性；（6）三相低頻電源裝置調(diào)節(jié)參數(shù)都可以通過操作面板按鍵完成，并通過液晶顯示屏進(jìn)行顯示，使操作、維護(hù)更加簡單明了；（7）采用矢量控制技術(shù)，在不需要外加速度檢測元件如測速機(jī)或編碼器的情況下，零速啟動轉(zhuǎn)矩達(dá)150％，確保低速爬行時的啟動與運(yùn)行特性；（8）技術(shù)參數(shù)：輸入電壓380VAC；輸出電壓0～660V；輸出頻率l～4Hz；（9）減速段頻率從大到小連續(xù)變化，輸出頻率緊緊跟隨給定頻率，并且頻率與電流值可以準(zhǔn)確指示出來。4）原理框圖KDG—D系列全數(shù)字低頻制動電源裝置工作原理如圖2-6所示。5）全數(shù)字低頻電源裝置配套參數(shù)表全數(shù)字低頻電源裝置配套參數(shù)表見表2-2。表2-2全數(shù)字低頻電源裝置配套參數(shù)表電機(jī)電壓/功率低頻電流低頻電壓6kV≤400kW100A440V＜800kW200A＜1000kW250A10kV≤400kW60A660V＜800kW120A＜1000kW150A圖2-6KDG—D系列全數(shù)字低頻制動電源裝置工作原理6）低頻制動電源裝置輸出參數(shù)的選擇（1）低頻頻率fL1的確定低頻頻率fL1的確定是以滿足爬行速度為依據(jù)，其低頻頻率范圍與提升容器最大運(yùn)行速度、爬行速度及電源數(shù)據(jù)等因素有關(guān)（Hz）（2-7）式中f1——工頻頻率，（Hz）；vc——爬行速度，m/s；vmax——最大速度，m/s。（2）低頻電源電壓的確定低頻電源電壓的確定以保證足夠的爬行轉(zhuǎn)矩為依據(jù)，并應(yīng)使電動機(jī)在低頻電源供電時其電磁轉(zhuǎn)矩和過載能力基本不變。低頻電源電壓可按下式計(jì)算（2-8）式中U1——工頻電源線電壓，V；UL1——低頻電源線電壓，V；f1——工頻電源頻率，Hz；fL1——低頻電源頻率，Hz；Kuc——電壓補(bǔ)償系數(shù)，補(bǔ)償頻率降低對電動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的影響。當(dāng)fL1=2～5Hz時，Kuc=1.1～1.5，頻率愈低取值愈大。（3）低頻電源容量的確定用于主井提升時，一般根據(jù)爬行時所需功率選用。低頻電源容量可按下面兩種方法進(jìn)行估算（2-9）式中PL1——低頻電源容量，kVA；PN——提升主電動機(jī)的容量，kW。（2-10）式中IL1——爬行時所需低頻線電流，根據(jù)爬行時所需力矩計(jì)算，A。用于副井提升并擔(dān)負(fù)下放重物時，則根據(jù)使用低頻電源供電期間所需最大功率估算（2-11）式中UL1max——低頻電源供電期間所需的最大電壓，V；IL1max——低頻電源供電期間所需的最大電流，A。同時應(yīng)使UL1max＜UL1N；IL1max＜IL1N式中UL1N——低頻電源允許的最大輸出電壓，V；IL1N——低頻電源允許的額定輸出電流，A。（二）磁放大器和自整角機(jī)1．磁放大器1）磁放大器的基本工作原理磁放大器是一種無觸點(diǎn)電器，利用鐵磁材料的非線性特性，由飽和扼流圈（交流繞組）與整流元件組成的一種電磁裝置。由于磁放大器具有穩(wěn)定性好、可靠性高、過載能力強(qiáng)、抗干擾能力較強(qiáng)，可以綜合比較幾個獨(dú)立的信號、使用壽命長、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，在提升機(jī)電控系統(tǒng)中作為放大元件而得到應(yīng)用。它的缺點(diǎn)是電磁慣性較大，體積較大而限制了它的應(yīng)用。磁放大器的原理線路如圖2-7所示。鐵芯中有兩個繞組，一個是工作繞組WA（交流繞組），該繞組通過負(fù)載RL接到電源上。另一個是控制繞組（直流繞組）WC，接直流控制信號。圖2-7磁放大器原理圖圖2-8放大器鐵芯磁化曲線在圖2-8中，當(dāng)控制繞組中的控制信號為零，工作繞組接交流電源時，在鐵芯中產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1=Bmsinωt，如圖中曲線①所示，對應(yīng)的磁場強(qiáng)度H可由磁化曲線逐點(diǎn)求得，如圖中曲線③所示。因?yàn)榇艌鰪?qiáng)度H與繞組中的電流成正比，故曲線③也表示電流的變化曲線?？梢娫诖呕€原點(diǎn)附近，鐵芯導(dǎo)磁率μ與H成反比，而鐵芯電感L與導(dǎo)磁率μ成正比，所以此時的交流繞組阻抗較大，、流過工作繞組的負(fù)載電流很小。在直流控制繞組中加一直流信號時，鐵芯中產(chǎn)生一直流磁感應(yīng)強(qiáng)度BC，此時鐵芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2=BC+Bmsinωt，圖2-9磁放大器的控制特性如圖中曲線②，對應(yīng)的磁場強(qiáng)度由磁化曲線求得，如圖中曲線④所示?？梢婅F芯的飽和度增加，使磁場強(qiáng)度波形發(fā)生畸變，正半周內(nèi)H變大。但由于這時的鐵芯導(dǎo)磁率圖2-9磁放大器的控制特性由此可見，利用鐵芯磁化的非線性特性，用較小的直流信號控制鐵芯的飽和度，即可控制較大的負(fù)載電流的變化，產(chǎn)生放大、控制的作用。交流負(fù)載電流隨直流控制電流的變化關(guān)系稱為磁放大器的控制特性，其特性曲線如圖2-9所示。2）磁放大器的結(jié)構(gòu)實(shí)際使用的磁放大器采用雙鐵芯、雙工作繞組反極性串聯(lián)、多組控制繞組的結(jié)構(gòu)形式，如圖2-10所示。這樣既解決了單鐵芯交流磁場正、負(fù)半周不對稱的問題，同時雙工作繞組上的交流感應(yīng)電勢反極性串聯(lián)，相互抵消，不會使控制繞組中的直流控制信號發(fā)生畸變。工作繞組接橋式整流電路即可供給直流負(fù)載如圖2-11所示。無反饋的磁放大器放大倍數(shù)很小。為了增加放大系數(shù)，減小磁放大器的電磁慣性，一般磁放大器都采用正反饋的內(nèi)部接線形式。常用的正反饋方式有內(nèi)反饋如圖2-12和外反饋如圖2-13兩種。也可以在內(nèi)反饋結(jié)構(gòu)上附加外反饋以調(diào)整反饋系數(shù)。內(nèi)反饋磁放大器是在交流繞組中串聯(lián)二極管，使流過一組工作繞組的電流為半波整流電流，而在負(fù)載上直接獲得直流工作電壓。同時由于流過工作繞組的半波電流的直流分量圖2-10雙鐵芯磁放大器圖2-10雙鐵芯磁放大器圖2-11直流輸出的磁放大器礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)中采用的直流輸出內(nèi)反饋磁放大器的工作特性如圖2-14所示。圖中，磁放大器輸出特性的ac段為線性工作段。但當(dāng)IC=0時，工作電流IL不為零，使線性工作區(qū)縮小且磁放大器空載電流變大。因此，一般磁放大器在使用時預(yù)先給一個控制繞組加上一個固定直流電流（一般為負(fù)值），使IC=0時輸出電流IL降到a點(diǎn)。這個繞組叫偏移繞組。也可以利用偏移繞組任意設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)如圖2-13所示。圖2-12內(nèi)反饋磁放大器圖2-13具有偏移和外反饋的磁放大器交流拖動提升機(jī)電控系統(tǒng)中的可調(diào)閘磁放大器AM1和電氣制動前置磁放大器AM3一般都工作在特性曲線的上部B*圖2-12內(nèi)反饋磁放大器圖2-13具有偏移和外反饋的磁放大器3）磁放大器技術(shù)數(shù)據(jù)礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)多采用FC2、FC3系列磁放大器。字母“FC”表示磁放大器，數(shù)字表示類型。2類磁放大器為“O”形鐵芯；3類磁放大器為“U”形鐵芯。圖2-14圖2-14直流輸出內(nèi)反饋磁放大器的工作特性圖2-15FC2系列磁放大器1—鐵芯；2—工作繞組；3—控制繞組磁放大器的各類繞組端子用數(shù)字編號。圖2-15中1～8為工作繞組；11～22為控制繞組?？刂评@組可兼作外反饋繞組或偏移繞組。各繞組端子的編號原則是：凡單號端子（或雙號端子）均為同名端。當(dāng)電流分別從單號端