1、會計學1礦井礦井(kungjng)運載調(diào)速控制技術(shù)運載調(diào)速控制技術(shù)第一頁，共58頁。2驅(qū)動系統(tǒng)(xtng)構(gòu)成2控制控制(kngzh)(kngzh)部分部分第1頁/共58頁第二頁，共58頁。3n 直流電動機+減速器n 直流電動機直聯(lián)n 異步電動機+減速器n 異步電動機+液力偶合器+減速器n 異步電動機+CST系統(tǒng)n 異步電動機+變頻調(diào)速裝置n 繞線式異步電動機+轉(zhuǎn)子電路(dinl)變電阻起動裝置第2頁/共58頁第三頁，共58頁。起動：驅(qū)動電機從接通電源開始(kish)轉(zhuǎn)動，直至升速到某一固定轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行的過程。 3.1 驅(qū)動(q dn)系統(tǒng)的起動直流電機有直接起動(q dn)、串電阻起動(q

2、dn)和降電壓起動(q dn)三種啟動方式。交流電機有直接起動、降壓起動、轉(zhuǎn)子串電阻起動、變頻起動等多種起動方式。第3頁/共58頁第四頁，共58頁。1) 直流電機起動(q dn)方式a）直接起動：將電動機直接接入到額定電壓(diny)的電源上起動。優(yōu)點：不需其他設備，操作簡便；缺點(qudin)：起動電流大；應用：小型電動機，如家用電器中的直流電機。IRnCUe第4頁/共58頁第五頁，共58頁。b）串電阻起動：將一組起動電阻串入電樞回路以限制起動電流，當轉(zhuǎn)速(zhun s)上升到額定值后，再將起動電阻從電樞回路中逐級切除。 優(yōu)點：起動電流小；缺點：變阻器比較笨重，起動過程消耗(xioho)很多

3、能量；應用：廣泛應用于各種中小型直流電機。1) 直流電機起動(q dn)方式IRnCUe第5頁/共58頁第六頁，共58頁。c）降壓起動：通過暫時降低(jingd)電動機供電電壓的辦法來限制起動電流 。 優(yōu)點(yudin)：起動電流小，起動平穩(wěn)；缺點：需要一套可變電壓的直流電源；應用：適合于大功率直流電機。1) 直流電機起動(q dn)方式IRnCUe第6頁/共58頁第七頁，共58頁。a）直接(zhji)起動優(yōu)點：所需設備少，起動方式簡單，成本低。 缺點：起動力矩小，一般MSTMN； 起動電流大，一般IST(57)IN； 對電網(wǎng)沖擊(chngj)大；應用：小容量電機。可以直接起動條件：起動電流倍

4、數(shù) )kW()kVAkI電動機容量電動機容量電源容量（電源容量（3412) 交流電機起動(q dn)方式第7頁/共58頁第八頁，共58頁。b）降壓(jin y)起動自耦變壓器降壓(jin y)優(yōu)點：起動電流(dinli)與端電壓的平方成比例降低，相同的起動電流(dinli)能獲得更大起動轉(zhuǎn)矩；可直接人工操作，也可用交流接觸器自動控制，經(jīng)久耐用，維護成本低。 缺點：設備配置較為復雜。應用：適合所有的空載、輕載起動異步電動機。2) 交流(jioli)電機起動方式第8頁/共58頁第九頁，共58頁。b）降壓(jin y)起動Y/降壓(jin y)原理：起動時將定子(dngz)繞組接成Y，升速至接近額定

5、轉(zhuǎn)速時再轉(zhuǎn)為；電壓可降至58，起動電流降為33。優(yōu)點：起動電流(dinli)小，不需添置起動設備。缺點：只能用于連接的電動機，起動轉(zhuǎn)矩小。應用：大型異步電機。2) 交流電機起動方式第9頁/共58頁第十頁，共58頁。c）轉(zhuǎn)子串電阻(dinz)起動原理：逐級切除起動電阻，實現(xiàn)平滑起動；串頻敏變阻器可使起動更平穩(wěn)。優(yōu)點：起動性能好，可重載起動。缺點：起動設備較為復雜。應用：只適用(shyng)于繞線式三相異步電動機。2) 交流電機起動(q dn)方式第10頁/共58頁第十一頁，共58頁。d）變頻(bin pn)起動原理(yunl)：采用“交-直-交”將電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的

6、交流電。 優(yōu)點：以較小的起動電流，獲得較大的起動轉(zhuǎn)矩。應用：大型電機重載起動。變頻器2) 交流(jioli)電機起動方式第11頁/共58頁第十二頁，共58頁。13直流電機(dinj)調(diào)壓起動方式交流電機(dinj)變頻起動方式機械式軟起動液力偶合器、可控起動傳輸裝置(CST)第12頁/共58頁第十三頁，共58頁。調(diào)速：按照(nzho)工作機械的生產(chǎn)工藝要求，以人為或自動控制的方式來改變電動機運行特性，使其轉(zhuǎn)速產(chǎn)生變化稱為速度調(diào)節(jié)，簡稱調(diào)速。 3.2 驅(qū)動(q dn)系統(tǒng)的調(diào)速直流電機有串電阻調(diào)速、降壓(jin y)調(diào)速和弱磁調(diào)速三種調(diào)速方式。交流電機有變極調(diào)速、變轉(zhuǎn)差率調(diào)速和變頻調(diào)速等三種調(diào)速

7、方式。第13頁/共58頁第十四頁，共58頁。15MCCRCUnmee2改變(gibin)U調(diào)速改變(gibin)R調(diào)速1) 直流電機調(diào)速技術(shù)(jsh)改變調(diào)速第14頁/共58頁第十五頁，共58頁。16a）改變(gibin)電樞回路電阻的調(diào)速方法缺點：耗電多，電機機械特性軟，調(diào)速范圍小，且只能(zh nn)有級調(diào)速。這種方法目前只在少量小型電機車上采用。MCCRCUnmee2第15頁/共58頁第十六頁，共58頁。17b）改變電樞回路電壓(diny)的調(diào)速方法可以平滑無級調(diào)速，一般只能在額定轉(zhuǎn)速以下調(diào)速；調(diào)速特性與固有特性互相平行(pngxng)，機械特性硬度不變，調(diào)速穩(wěn)定性高，調(diào)速范圍較大；調(diào)速

8、時，電動機轉(zhuǎn)矩不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，適合于對恒轉(zhuǎn)矩型負載進行調(diào)速；可以靠調(diào)節(jié)電樞電壓來起動電機，而不用其它起動設備。MCCRCUnmee2第16頁/共58頁第十七頁，共58頁。18整流調(diào)壓電路：交流電網(wǎng)與直流電動機(dngj)的接口電路。三相全控整流 基于晶閘管的單向?qū)щ姴⒖煽氐奶匦裕繒r刻都有2個不同(b tn)相的晶閘管同時導通，形成向負載供電的的直流回路）PWM斬控整流以斬控整流代替相控整流（功率因數(shù)高、動態(tài)(dngti)響應好、電能可雙向傳輸）第17頁/共58頁第十八頁，共58頁。19c）改變勵磁(l c)磁通的調(diào)速方法可以平滑無級調(diào)速，但只能弱磁調(diào)速，在額定轉(zhuǎn)速以上(yshng)調(diào)節(jié)

9、；調(diào)速特性較軟，且受電機換向條件等的限制；調(diào)速時維持電樞電壓和電樞電流不變，即功率不變，屬于恒功率調(diào)速。MCCRCUnmee2第18頁/共58頁第十九頁，共58頁。202) 交流(jioli)異步電機調(diào)速技術(shù)116011fnn (s)(s)p 根據(jù)上述公式，改變(gibin)其三個參數(shù)（S、f、p）可能有三種調(diào)速方法：改變改變(gibin)定子極對定子極對數(shù)數(shù)p調(diào)速調(diào)速改變改變(gibin)轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率s調(diào)速調(diào)速改變改變(gibin)電源頻率電源頻率f調(diào)速調(diào)速第19頁/共58頁第二十頁，共58頁。21a）改變定子(dngz)磁極數(shù)調(diào)速U相兩個線圈順向串聯(lián)，定子(dngz)繞組產(chǎn)生4極磁場反向串

10、聯(lián)和反向并聯(lián)，定子繞組(roz)產(chǎn)生2極磁場：第20頁/共58頁第二十一頁，共58頁。22a)星形改接成雙星(shungxng)形 b)三角形改接成雙星(shungxng)形特點：屬恒功率調(diào)速；低速(d s)時電機的輸出轉(zhuǎn)矩約為高速 時的2倍Y-YY型變極D-YY型變極第21頁/共58頁第二十二頁，共58頁。b）變轉(zhuǎn)差率調(diào)速i) 繞線轉(zhuǎn)子(zhun z)電動機的轉(zhuǎn)子(zhun z)串接電阻調(diào)速 同步速和最大轉(zhuǎn)矩不變，但臨界轉(zhuǎn)差率增大(zn d)。 當恒轉(zhuǎn)矩負載時，電機的轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻的增大(zn d)而減小。第22頁/共58頁第二十三頁，共58頁。ii) 繞線轉(zhuǎn)子(zhun z)電動機的串

11、級調(diào)速在繞線轉(zhuǎn)子電動機的轉(zhuǎn)子回路(hul)串接一個與轉(zhuǎn)子電動勢 同步頻率的附加電動勢 。sE2adEadE通過改變 的幅值和相位，也可實現(xiàn)調(diào)速，這就是串級調(diào)速。串級調(diào)速。第23頁/共58頁第二十四頁，共58頁。iii) 調(diào)壓調(diào)速220222121)(sXrsrfUKMn 同步速和臨界轉(zhuǎn)差率不變，但最大轉(zhuǎn)矩變化。n 調(diào)壓調(diào)速既非恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，也非恒功率(gngl)調(diào)速，可用于恒轉(zhuǎn)矩負載，不適用恒功率(gngl)負載。n 最適用于轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速降低而減小的負載：風機類負載。第24頁/共58頁第二十五頁，共58頁。26c）變頻(bin pn)調(diào)速1、恒轉(zhuǎn)矩變頻(bin pn)調(diào)速（50Hz以下）常數(shù)111

12、1ffUU2、恒功率變頻(bin pn)調(diào)速（50Hz以上）常數(shù)1111fUfU第25頁/共58頁第二十六頁，共58頁。27變頻器的結(jié)構(gòu)(jigu)功能（以交-直-交型為例）整流中間直流逆變工作(gngzu)原理第26頁/共58頁第二十七頁，共58頁。283.3 開關(kigun)磁阻電機控制技術(shù)1）開關(kigun)磁阻電機原理優(yōu)點：轉(zhuǎn)矩方向與相電流方向無關，易于控制；轉(zhuǎn)子無繞組、慣量小，易于加減速(jin s)；易于冷卻，允許較大溫升；能量再生。缺點：能量轉(zhuǎn)換密度低于電磁式電機；轉(zhuǎn)矩脈動較大，15；不能單獨投入電網(wǎng)，必須與控制器一起使用；“磁阻最小原理磁阻最小原理”通電順序：DABC，逆時

13、針轉(zhuǎn)通電順序：BADC，順時針轉(zhuǎn)第27頁/共58頁第二十八頁，共58頁。29開關磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)主要由開關磁阻電動機、功率變換器、控制器、轉(zhuǎn)子(zhun z)位置檢測器四大部分組成。特點：兼具直流、交流兩類調(diào)速系統(tǒng)(xtng)的優(yōu)點，新一代無級調(diào)速系統(tǒng)(xtng)。2）開關(kigun)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)第28頁/共58頁第二十九頁，共58頁。303）開關磁阻電機(dinj)控制方式 起動(q dn)斬波方式應用于電動機起動過程(guchng)：限制電流峰值，調(diào)節(jié)起動轉(zhuǎn)矩大小，屬于全開通起動斬波方式。 定角度斬波方式應用于電機低速段：各相繞組按照轉(zhuǎn)子位置相繼通電和斷電，電機以較大的有效轉(zhuǎn)矩加速。

14、 角度位置控制方式應用于電機高速段：電機轉(zhuǎn)矩只能通過改變開關角來調(diào)節(jié)，并由此實現(xiàn)速度閉環(huán)控制。第29頁/共58頁第三十頁，共58頁。31變角度斬波方式變角度斬波方式中速段：通過中速段：通過(tnggu)反復通斷功率開關器件，反復通斷功率開關器件，形成某一電流峰值的斬波形成某一電流峰值的斬波波形。波形。PWM控制方式控制方式（高速低速均可）（高速低速均可）通過改變相繞組通過改變相繞組(roz)端電壓的有效值調(diào)節(jié)相電端電壓的有效值調(diào)節(jié)相電流的波形。流的波形。第30頁/共58頁第三十一頁，共58頁。32組成：電動機、液力耦合器、減速器和傳動滾筒組及控制(kngzh)裝置。3.4 帶式輸送機調(diào)速控制(

15、kngzh)第31頁/共58頁第三十二頁，共58頁。331）帶式輸送機的起動(q dn)起動時產(chǎn)生的動態(tài)(dngti)張力數(shù)倍于正常運行的穩(wěn)態(tài)張力。起動時皮帶與滾筒之間易打滑。起動時對電網(wǎng)沖擊大。帶式輸送機起動時存在(cnzi)的問題：第32頁/共58頁第三十三頁，共58頁。34帶式輸送機起動(q dn)裝置要求 起動加速度應控制在一定范圍(fnwi)內(nèi)，使膠帶運輸機平穩(wěn)起動，以降低起動時膠帶內(nèi)的動張力； 起動時間根據(jù)帶式輸送機的實際工況可在一定范圍(fnwi)內(nèi)調(diào)整，使輸送機按理想的速度曲線平穩(wěn)起動； 具有足夠的起動轉(zhuǎn)矩，可以實現(xiàn)滿載起動； 在多機或多點起動時，軟起動的控制系統(tǒng)有可以平衡各電

16、機間功率的功能。第33頁/共58頁第三十四頁，共58頁。35帶式輸送機軟起動第34頁/共58頁第三十五頁，共58頁。36機械(jxi)軟起動液力耦合器工作原理：泵輪的機械能-液體的動能-渦輪的機械能液力耦合器依靠液體環(huán)流運動(yndng)傳遞能量，而產(chǎn)生環(huán)流的先決條件是泵輪轉(zhuǎn)速大于渦輪轉(zhuǎn)速，二者之間必須有轉(zhuǎn)速差；若二者轉(zhuǎn)速相等，液體的環(huán)流運動(yndng)消失，能量傳遞即可停止。此外，液體(yt)粘性軟起動裝置也是帶式輸送機常采用的一種軟起動方式。（如：磁流變液傳動）第35頁/共58頁第三十六頁，共58頁。37機械軟起動 CST可控起動傳輸(chun sh)裝置CST可控傳動系統(tǒng)第36頁/共5

17、8頁第三十七頁，共58頁。(a)輸入軸(左側(cè))與鼠籠式感應(gnyng)電動機連接，輸出軸與負載(帶式輸送機的驅(qū)動滾筒)相接。動片動片靜片靜片第37頁/共58頁第三十八頁，共58頁。第38頁/共58頁第三十九頁，共58頁。40電氣(dinq)軟起動大功率變頻軟起動系統(tǒng)電流源方案 三電平方案無諧波功率單元串聯(lián)多電平方案主流(zhli)變頻方案按是否有直流環(huán)節(jié)(hunji)，大功率變頻器分交-交變頻和交-直-交變頻2種。第39頁/共58頁第四十頁，共58頁。412）多電機(dinj)拖動同步控制利用多臺電機驅(qū)動同一輸送機，這要求為多機驅(qū)動提供準確的負載(fzi)分配，對膠帶機進行功率平衡控制。第4

18、0頁/共58頁第四十一頁，共58頁。42影響(yngxing)電機功率平衡的因素：1）靜態(tài)因素主要取決于靜態(tài)參數(shù)的設計，好的設計可以使靜態(tài)功率平衡達到理想的效果。滾筒(gntng)上的圍包角；鋼絲芯膠帶與滾筒(gntng)之間的摩擦因數(shù)；各電機的機械特性；各機械傳動裝置的傳動比和效率；傳送帶的彈性模量；各驅(qū)動滾筒(gntng)的直徑差異。2）動態(tài)因素主要取決于消除動態(tài)功率不平衡所用系統(tǒng)的響應速度。第41頁/共58頁第四十二頁，共58頁。433）輸送機控制系統(tǒng)(kn zh x tn)設計實例運送物料運送物料/mm原煤（粒度原煤（粒度0300）松散密度松散密度/tm-31.0運輸量運輸量/ th-

19、13200機長機長L/m1703傾角傾角/（）1614提升高度提升高度H/m468.685帶寬帶寬B/mm1800帶速帶速v/ms-15.6輸送帶鋼繩芯輸送帶鋼繩芯阻燃輸送帶阻燃輸送帶St/S7000 N/mm主機功率主機功率/kW42 240驅(qū)動方式驅(qū)動方式變頻軟起動變頻軟起動主機電壓主機電壓/kV6輸送機參數(shù)表此帶式輸送機系統(tǒng)設計生產(chǎn)能力10.0Mt/a，主斜井(xi jn)承擔井下10.0Mt/a的原煤提升任務。第42頁/共58頁第四十三頁，共58頁。44頭部驅(qū)動方式：4臺電機同步驅(qū)動，電控系統(tǒng)(xtng)由控制系統(tǒng)(xtng)、變頻器、供配電系統(tǒng)(xtng)、保護系統(tǒng)(xtng)等組成

20、。第43頁/共58頁第四十四頁，共58頁。45控制系統(tǒng)組成：S7-300系列PLC（核心(hxn)），集中控制箱、溫度采集分站、操作臺、研華工控機和組態(tài)軟件。第44頁/共58頁第四十五頁，共58頁。463.5 礦井(kungjng)提升機調(diào)速控制第45頁/共58頁第四十六頁，共58頁。471）調(diào)速控制系統(tǒng)(kn zh x tn)要求加（減）速度大小應符合煤礦安全生產(chǎn)規(guī)程：升降人員時，a0.75m/s2，升降物料時，a1.2m/s2；具有良好(lingho)的調(diào)速性能；有較好的起動性能；機械特性曲線要硬；工作方式轉(zhuǎn)換容易；盡量采用新技術(shù)和節(jié)能設備，易提高工作效率；要求具備各種必要的連鎖和安全保護

21、環(huán)節(jié)，確保安全運行；要求盡量節(jié)約投資和降低運轉(zhuǎn)費用。第46頁/共58頁第四十七頁，共58頁。482）電控主要(zhyo)形式a）直流傳動(chundng)調(diào)速系統(tǒng)主拖動電機：采用直流他勵電動機；主要調(diào)速方式：晶閘管、PWM整流調(diào)壓調(diào)速；優(yōu)點：調(diào)速性能好，低速(d s)階段能夠穩(wěn)定運行，在加速，減速和低速(d s)運行時的電耗小，容易實現(xiàn)自動化控制；缺點：功率因數(shù)較低，電網(wǎng)諧波污染大，電機維護工作量大，初期投資相對較大等。第47頁/共58頁第四十八頁，共58頁。49除前述的直流傳動(chundng)調(diào)速外，主流的為交流變頻調(diào)速形式。b）交-交變頻(bin pn)傳動系統(tǒng)基本思想：把電網(wǎng)固定(gd

22、ng)頻率的交流電經(jīng)功率半導體電路直接轉(zhuǎn)為頻率可調(diào)的交流電。第48頁/共58頁第四十九頁，共58頁。50開關特征：截取電源電壓的一部分，組成新的波形。電力(dinl)技術(shù)的精髓之一，開關特征。第49頁/共58頁第五十頁，共58頁。51全數(shù)字晶閘管交-交變頻調(diào)速控制柜是電氣傳動的關鍵設備；主控臺是提升機、保護功能實現(xiàn)的核心設備；控制方式切換(qi hun)柜是系統(tǒng)選擇并聯(lián)全電源或串聯(lián)半電源方式工作的控制設備。特點(tdin)：第50頁/共58頁第五十一頁，共58頁。52特點：交-交變頻調(diào)速方案具有驅(qū)動功率大、調(diào)速連續(xù)、效率高、輸出機械特性優(yōu)良的優(yōu)點，適合大容量提升場合。但由于同步電動機交-交變頻調(diào)速技術(shù)難度大，截止目前，僅有SIEMENS等個別跨國公司能夠提供產(chǎn)品，由于價格極高，極大地制約了該技術(shù)的推廣(tugung)和應用。第51