第九章提升機的電力拖動

第九章提升機的電力拖動

與控制

主講姚曉娟第一節(jié)提升機電力拖動常用的三類：交流繞線式感應(yīng)電動機、直流他勵電動機和交流同步電動機一、交流繞線式感應(yīng)電動機拖動繞線式電動機的介紹：屬于交流異步電動機的一種，和鼠籠式異步電動機最大的區(qū)別是轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同。和直流他勵電機相比優(yōu)點：系統(tǒng)比較簡單，價格較低。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，不易實現(xiàn)自動化。電機結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子回路串接電阻起動。

繞線式三相異步電動機可以在轉(zhuǎn)子回路中串入電阻進行起動，這樣就減小了起動電流。一般采用起動變阻器起動，起動時全部電阻串入轉(zhuǎn)子電路中，隨著電動機轉(zhuǎn)速逐漸加快，利用控制器逐級切除起動電阻，最后將全部起動電阻從轉(zhuǎn)子電路中切除。二、直流他勵電動機拖動原理介紹：他勵直流電機,定子線圈是勵磁繞組,用來勵磁的.勵磁意思是建立磁場.

他勵直流電機是相對其它類型直流電機說的，他勵直流電機勵磁繞組和轉(zhuǎn)子繞組分別單獨供電,需要兩個電源。其它直流電機只需一個電源.特點：利用改變直流電動機外加電壓的方法來調(diào)速，調(diào)速性能好，低速爬行控制階段很理想。轉(zhuǎn)速與負載無關(guān)，易實現(xiàn)自動化。原理圖3、他勵直流電動機的調(diào)速：由機械特性方程：可知，他勵直流電動機有3種方法可以調(diào)速：（1）改變電樞電壓；（2）改變勵磁電流，即改變主磁通；（3）電樞回路串入調(diào)節(jié)電阻。1）降低電樞電壓調(diào)速：因為電機在正常工作時，電樞電壓不能超過額定電壓，所以，采用向下調(diào)速。很顯然，在這里，只改變了，所以我們將得到一系列平行與固有特性的曲線。如圖：特點：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，機械特性的“硬度”不變，因此有較好的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性，調(diào)速范圍較大，同時便于控制，可以做到無級平滑調(diào)速，損耗較小。在實際工程當中，常常采用這種方法。缺點：轉(zhuǎn)速只能由額定電壓對應(yīng)的速度向低調(diào)。此外，應(yīng)用這種方法時，電樞回路需要一個專門的可調(diào)壓電源，過去用直流發(fā)電機-直流電動機系統(tǒng)實現(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—直流電動機系統(tǒng)來實現(xiàn)。2）弱磁調(diào)速：這種調(diào)速方法的特點是由于勵磁回路的電流很小，只有額定電流的（1～3）%，不僅能量損失很小，且電阻可以做成連續(xù)調(diào)節(jié)的，便于控制。其限制是轉(zhuǎn)速只能由額定磁通時對應(yīng)的速度向高調(diào)，而電動機最高轉(zhuǎn)速要受到電機本身的機械強度及換向的限制。3）電樞回路串電阻調(diào)速：電樞回路串聯(lián)電阻越大，機械特性的斜率越大，因此在負載轉(zhuǎn)矩恒定時，即為常數(shù)，增大電阻，可以降低電動機的轉(zhuǎn)速。直流電動機上述三種調(diào)速方法中，改變電樞電壓和電樞回路串電阻調(diào)速屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，而弱磁調(diào)速屬于恒功率調(diào)速。

控制過程TD系列交流同步電動機拖動ZD系列直流電動機供電ＺＦ系列直流發(fā)電機Ｆ－－－Ｄ系統(tǒng)特點：需要交流同步電動機和直流發(fā)電機，還需要設(shè)有勵磁機。設(shè)備費用高，占地面積大，能耗大，運行效率低，維護困難等缺點，逐步淘汰?？煽毓韫╇妼Ｓ弥绷麟妱訖CSCR－Ｄ系統(tǒng)目前廣泛使用。單相半波可控整流電路及波形工作過程和特點：（1）在U2的正半周，VT承受正向電壓，0～ωt1期間，無觸發(fā)脈沖，VT處于正向阻斷狀態(tài)，UVT＝U2，Ud=0;（2）ωt1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π時刻；（3）π～2π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)以上過程。特點：為單拍電路，易出現(xiàn)變壓器直流磁化，應(yīng)用較少。電路接反電動勢—電阻負載時的電路及波形

單相橋式全控整流電路（單相全控橋）

三、交流同步電動機拖動與直流他勵電動機相比：制造簡單、造價低，電動機效率高，維修簡單，噪聲小等優(yōu)點，采用晶閘管交變交變頻供電，可實現(xiàn)主井箕斗提升自動化和副井罐籠提升半自動化。變頻技術(shù)主要有以下幾種類型：

1）交—直變頻技術(shù)（即整流技術(shù)）。它通過二極管整流、二極管續(xù)流或晶閘管、功率晶體管可控整流實觀交—直流轉(zhuǎn)換。

2）直—直變頻技術(shù)（即斬波技術(shù)）。它通過改變功率半導(dǎo)體器件的通斷時間，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），從而達到調(diào)節(jié)直流平均電壓的目的。

3）直—交變頻技術(shù)（即逆變技術(shù)）。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關(guān)將直流電變成不同頻率的交流電。

4）交—交變頻技術(shù)（即移相技術(shù)）它通過控制功率半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通與關(guān)斷時間，實現(xiàn)交流無觸點開關(guān)、調(diào)壓、調(diào)光、調(diào)速等目的。

第二節(jié)提升機的電氣制動系統(tǒng)一、電氣制動系統(tǒng)的類型和特點１、發(fā)電制動。三相異步電動機在處于發(fā)電運行狀態(tài)時，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速，此時電機的電磁轉(zhuǎn)矩作用的方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的方向相反。例如卷揚機下放重物和電車下坡時就是這種情況。電磁轉(zhuǎn)矩成為制動轉(zhuǎn)矩，限制了機器轉(zhuǎn)速的加大。只要其長期處于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速狀態(tài)，所產(chǎn)生的能量是不會被制動轉(zhuǎn)矩等消耗的，因為負載提供的動力維持了這種能量。這時，實際上已經(jīng)是一臺發(fā)電機在運行了，只不過電機的磁場還要由電網(wǎng)提供。２、動力制動。所謂動力制動即能耗制動，即在電動機脫離三相交流電源之后，定子繞組上加一個直流電壓，即通入直流電流，利用轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流與靜止磁場的作用已達到制動的目的。３、反接制動。電源反接，旋轉(zhuǎn)磁場反向，轉(zhuǎn)子繞組切割磁場的方向與電動機狀態(tài)相反，起制動作用，當轉(zhuǎn)速降至接近零時，立即切斷電源，避免電動機反轉(zhuǎn)。

反接制動的特點：優(yōu)點是制動力強、停轉(zhuǎn)迅速、無需直流電源；缺點是制動過程沖擊大，電能消耗多。４、變頻和低頻發(fā)電制動。低頻制動使電動機的減速階段運行在發(fā)電制動區(qū)。同步轉(zhuǎn)速＝６０f／Ｐf:頻率Ｐ：電機磁極對數(shù)n:同步轉(zhuǎn)速電動機的轉(zhuǎn)速n1=(1-s)nS:轉(zhuǎn)差率就是定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差再除以定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(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/極對數(shù)

異步轉(zhuǎn)速就是電機的轉(zhuǎn)速。啟動瞬間：Ｓ＝０運行中：0<Ｓ<1發(fā)電制動狀態(tài)：S>1二、動力制動狀態(tài)

１、動力制動裝置的類型（１）、三相晶閘管動力制動柜（２）、單相晶閘管動力制動柜（３）、動力制動電動機－直流發(fā)電機組２、晶閘管動力制動系統(tǒng)的特點

晶閘管動力制動系統(tǒng)與直流發(fā)電機組系統(tǒng)相比具有如下優(yōu)點：

1)系統(tǒng)具有優(yōu)良的靜、動態(tài)特性，縮短了爬行時間，增加了提升能力;

2)效率高、節(jié)約電能、占地面積小;

3)無旋轉(zhuǎn)部分、無振動、無噪聲，改善了勞動條件，減少了維修工作量;

4)故障時能迅速更換備件，幾乎不影響生產(chǎn)。

負載容量較大，或要求直流電壓脈動較小、易濾波時使用三相整流電路;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：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。與之相對應(yīng)的是將陽極連接在一起——共陽極接法。三相半波可控整流電路三、微機拖動裝置主井提升系統(tǒng)１、箕斗提升。能夠自動裝卸載。直流他勵拖動系統(tǒng)，只要降低電樞兩端電壓，便可獲得穩(wěn)定的低速運行，不需要微機拖動。（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、運行轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，可無級調(diào)速。）２、皮帶提升系統(tǒng)。皮帶運輸機，是運用皮帶的無極運動運輸物料的機械。交流拖動系統(tǒng)中的微機拖動裝置１、交流拖動系統(tǒng)若采用低速繼電器的反復(fù)動作，使主電機間歇啟動和停止完成低速爬行，速度不夠穩(wěn)定，還浪費電能。２、采用微機拖動裝置后，保證穩(wěn)定的爬行和停機。運行也穩(wěn)定。３、常用的微機拖動裝置是用一臺容量小于主電機幾十倍的低壓電動機和減速器。四、低頻制動原理：利用低頻交流電源（３～５HZ）送入主電動機，使其低速運行。低頻電源三種：１、低頻發(fā)電機組２、晶閘管交－直－交變頻裝置３、晶閘管交－交變頻裝置晶閘管陽極陰極門極低頻制動過程：１、提升機開始減速時，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，電機轉(zhuǎn)速遠高于低頻同步轉(zhuǎn)速，運行于發(fā)電制動狀態(tài)；２、在逐級切除轉(zhuǎn)子電阻的過程中，轉(zhuǎn)速下降，直到電阻全部切除，電機運行于低頻電源工況狀態(tài)，穩(wěn)定爬行。第三節(jié)提升機的拖動控制系統(tǒng)一、電氣控制系統(tǒng)的組成１、主電動機。提升機的原始動力。２、高壓開關(guān)柜。雙回路供電，具有過電流和欠電壓保護。３、高壓換向器。用作主電路的通電、斷電和換向。４、動力制動接觸器或低頻電源接觸器。５、磁力站。６、電氣制動電源裝置。７、操作臺。８、輔助控制設(shè)備。二、ＴＫＤ－Ａ型電氣控制系統(tǒng)常用的TKD--A型電控系統(tǒng)由主回路、輔助回路、測速回路、安全回路、控制回路、可調(diào)閘控制回路、減速階段限速保護回路、動力制動控制回路、調(diào)繩閉鎖回路和自整角機深度指示器回路等10個部分組成。1、主回路作用：用于供給提升電動機電源，實現(xiàn)失壓，過電流保護，控制電動機的轉(zhuǎn)向和調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。兩路供電。2、輔助回路作用：用于對輔助設(shè)備及控制回路進行供電與控制。三相四線制供電。（380V）3、測速回路作用：安裝在減速器快軸上伸出端的測速發(fā)電機，把提升機的實際速度測量出來，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：保證提升機在正常、安全狀態(tài)下啟動運行；防止和避免提升機發(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)壓裝置的動線圈，來實現(xiàn)油壓的升高和降低，進而使提升機處于松閘或抱閘狀態(tài)。6、控制回路用以實現(xiàn)提升機啟動與提升信號的閉鎖，以及以電流為主、時間為輔的自啟動過程和減速、爬行階段的速度控制。7、調(diào)繩閉鎖回路在調(diào)繩過程中起安全保護作用8、減速階段過速保護控制回路當實際速度超過給定速度10%時，過速保護磁放大器輸出減少，使過速保護磁繼電器釋放，安全回路斷電，實現(xiàn)安全制動。9、動力制動回路用于提升機的動力制動。對與提升機安全運行和減輕機械閘的負擔，特別是對于下放重載的副井有重要的作用。10、自整角機深度指示器回路三、直流拖動控制系統(tǒng)組成：高低壓供電系統(tǒng)、提升機監(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)無差跳速系統(tǒng)組成。１、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、整流變壓器及補償及諧波吸收裝置。２、提升機監(jiān)控系統(tǒng)提升機運行過程中的監(jiān)視及執(zhí)行系統(tǒng)。包括：主電動機及電樞整流冷卻通風系統(tǒng)、閉環(huán)控制監(jiān)控系統(tǒng)、磁場