第九章 提升机的电力拖动

1、第九章提升机的电力拖动第九章提升机的电力拖动 与控制与控制 主讲姚晓娟主讲姚晓娟 第一节提升机电力拖动 常用的三类：交流绕线式感应电动机、直流他励电动机 和交流同步电动机 一、交流绕线式感应电动机拖动 绕线式电动机的介绍：属于交流异步电动机的一种，和 鼠笼式异步电动机最大的区别是转子结构不同。 和直流他励电机相比优点：系统比较简单，价格较低。 主要用于副井的提升系统。 调速系统采用附加电阻，损耗较大，爬行阶段控制不理 想，不易实现自动化。 电机结构 转子回路串接电阻起动。 绕线式三相异步电动机可以在转子回路中串 入电阻进行起动，这样就减小了起动电流。 一般采用起动变阻器起动，起动时全部电 阻串

2、入转子电路中，随着电动机转速逐渐 加快，利用控制器逐级切除起动电阻，最 后将全部起动电阻从转子电路中切除。 二、直流他励电动机拖动 n原理介绍： 他励直流电机,定子线圈是励磁绕组,用来励磁的. 励磁意思是建立磁场. 他励直流电机是相对其它类型直流电机说的，他 励直流电机励磁绕组和转子绕组分别单独供电,需 要两个电源。其它直流电机只需一个电源. 特点：利用改变直流电动机外加电压的方法来调 速，调速性能好，低速爬行控制阶段很理想。转 速与负载无关，易实现自动化。 原理图 3、他励直流电动机的调速：、他励直流电动机的调速： 由机械特性方程：由机械特性方程： 可知，他励直流可知，他励直流电动机有电动机

3、有3种方法可以调速：种方法可以调速： （1 1）改变电枢电压；）改变电枢电压； （2 2）改变励磁电流，即改变主磁通；）改变励磁电流，即改变主磁通； （3 3）电枢回路串入调节电阻。）电枢回路串入调节电阻。 0 n 1）降低电枢电）降低电枢电 压调速：压调速： 因为电机在正常因为电机在正常 工作时，电枢工作时，电枢 电压不能超过电压不能超过 额定电压，所额定电压，所 以，采用向下以，采用向下 调速。很显然，调速。很显然， 在这里，只改在这里，只改 变了变了 ，所以，所以 我们将得到一我们将得到一 系列平行与固系列平行与固 有特性的曲线。有特性的曲线。 如图：如图： n特点：改变电枢电压调节转速

4、的方法具有较好的特点：改变电枢电压调节转速的方法具有较好的 调速性能。由于调电压后，机械特性的调速性能。由于调电压后，机械特性的“硬度硬度” 不变，因此有较好的转速稳定性，调速范围较大，不变，因此有较好的转速稳定性，调速范围较大， 同时便于控制，可以做到无级平滑调速，损耗较同时便于控制，可以做到无级平滑调速，损耗较 小。在实际工程当中，常常采用这种方法。小。在实际工程当中，常常采用这种方法。 缺点：缺点：转速只能由额定电压对应的速度向低调。此转速只能由额定电压对应的速度向低调。此 外，应用这种方法时，电枢回路需要一个专门的外，应用这种方法时，电枢回路需要一个专门的 可调压电源，过去用直流发电机

5、可调压电源，过去用直流发电机- -直流电动机系直流电动机系 统实现，由于电力电子技术的发展，目前一般均统实现，由于电力电子技术的发展，目前一般均 采用可控硅调压设备采用可控硅调压设备直流电动机系统来实现。直流电动机系统来实现。 2）弱磁调速：）弱磁调速：这种调速方法这种调速方法 的特点是由于励磁回路的电的特点是由于励磁回路的电 流很小，只有额定电流的流很小，只有额定电流的 （1 13 3）% %，不仅能量损失，不仅能量损失 很小，且电阻可以做成连续很小，且电阻可以做成连续 调节的，便于控制。其限制调节的，便于控制。其限制 是转速只能由额定磁通时对是转速只能由额定磁通时对 应的速度向高调，而电动

6、机应的速度向高调，而电动机 最高转速要受到电机本身的最高转速要受到电机本身的 机械强度及换向的限制。机械强度及换向的限制。 3 3）电枢回路串电阻调速：）电枢回路串电阻调速： 电枢回路串联电阻越大，机电枢回路串联电阻越大，机 械特性的斜率越大，因此械特性的斜率越大，因此 在负载转矩恒定时，即为在负载转矩恒定时，即为 常数，增大电阻，可以降常数，增大电阻，可以降 低电动机的转速。低电动机的转速。 直流电动机上述三种调速方直流电动机上述三种调速方 法中，改变电枢电压和电法中，改变电枢电压和电 枢回路串电阻调速属于恒枢回路串电阻调速属于恒 转矩调速，而弱磁调速属转矩调速，而弱磁调速属 于恒功率调速。

7、于恒功率调速。 他励式 积复励差复励 1 . 串励式 2 . 并励式 3 . 复励式 自励式 直流电机的励磁方式 控制过程 TD系列交流同 步电动机 拖动 ZD系列直流电 动机 供电 系列直流发 电机 系统 特点：需要交流同步电动机和直流发电机， 还需要设有励磁机。设备费用高，占地面积 大，能耗大，运行效率低，维护困难等缺点， 逐步淘汰。 可控硅供电 专用直流电动机 SCR系统 目前广泛使用。 单相半波可控整流电路及波形 T VT R 0 a) u 1 u 2 u VT u d id t1 2 t t t t u 2 u g u d u VT 0 b) c) d) e) 0 0 工作过程和特点

8、： （1）在U2的正半周，VT 承受正向电压，0t1期 间，无触发脉冲，VT处于 正向阻断状态，UVTU2， Ud=0; （2） t1以后，VT由于触 发脉冲UG的作用而导通， 则Ud=U2, UVT=0,Id=U2/R， 一直到时刻； （3） 2期间，U2反 向，VT由于承受反向电压 而关断,UVT=U2,Ud=0。 以后不断重复以上过程。 特点：为单拍电路，易出 现变压器直流磁化，应用 较少。 a) b) R E i d u di d O E u d t I d Ot 电路接反电动势电阻负载时的电路及波形 No Image 三、交流同步电动机拖动 n与直流他励电动机相比： n制造简单、造价

9、低，电动机效率高，维修简单， 噪声小等优点，采用晶闸管交变交变频供电， 可实现主井箕斗提升自动化和副井罐笼提升半 自动化。 n变频技术主要有以下几种类型： n n1）交直变频技术（即整流技术） n。它通过二极管整流、二极管续流或晶闸管、功率晶体管 可控整流实观交直流转换。 n2）直直变频技术（即斩波技术）。 n它通过改变功率半导体器件的通断时间， n即改变脉冲的频率（定宽变频），或改变脉冲的宽度（定 频调宽），从而达到调节直流平均电压的目的。 n 3）直交变频技术（即逆变技术）。 n振荡器利用电子放大器件将直流电变成不同频率的交流电 （甚至电磁波）。逆变器则利用功率开关将直流电变成不 同频率的

10、交流电。 n n4）交交变频技术（即移相技术） n它通过控制功率半导体器件的导通与关断时间，实现交流 无触点开关、调压、调光、调速等目的。 n 第二节提升机的电气制动系统 n一、电气制动系统的类型和特点 n、发电制动。 n三相异步电动机在处于发电运行状态时，其转子转速超过同步转 速，此时电机的电磁转矩作用的方向与转子转动的方向相反。例 如卷扬机下放重物和电车下坡时就是这种情况。电磁转矩成为制 动转矩，限制了机器转速的加大。只要其长期处于转子转速超过 同步转速状态，所产生的能量是不会被制动转矩等消耗的，因为 负载提供的动力维持了这种能量。这时，实际上已经是一台发电 机在运行了，只不过电机的磁场还

11、要由电网提供。 n、动力制动。 n所谓动力制动即能耗制动，即在电动机脱离三相交流电源之后， 定子绕组上加一个直流电压，即通入直流电流，利用转子感应电 流与静止磁场的作用已达到制动的目的。 n、反接制动。 n电源反接，旋转磁场反向，转子绕组切割磁场 的方向与电动机状态相反，起制动作用，当转 速降至接近零时，立即切断电源，避免电动机 反转。 反接制动的特点：优点是制动力强、停转迅速、 无需直流电源；缺点是制动过程冲击大，电能 消耗多。 n、变频和低频发电制动。 n低频制动使电动机的减速阶段运行在发电制动 区。同步转速f p f60 f:频率：电机磁极对数n: 同步转速 电动机的转速n1=(1-s)

12、n S:转差率就是定子旋转磁场转速与转子转速之差再除以定子旋转磁场转速 （同步转速） 转差率=（同步转速-异步转速）/同步转速 同步转速=60*电源频率/极对数 异步转速就是电机的转速。 启动瞬间： 运行中：01 二、动力制动状态 n、动力制动装置的类型 n（）、三相晶闸管动力制动柜 n（）、单相晶闸管动力制动柜 n（）、动力制动电动机直流发电机组 、晶闸管动力制动系统的特点 n 晶闸管动力制动系统与直流发电机组系统 相比具有如下优点： 1)系统具有优良的静、动态特性，缩短了 爬行时间，增加了提升能力; 2)效率高、节约电能、占地面积小; 3)无旋转部分、无振动、无噪声，改善了 劳动条件，减少

13、了维修工作量; 4)故障时能迅速更换备件，几乎不影响生 产。 a) b) c) d) e) f) u2 a b c T R ud id VT 2 VT 1 VT 3 uaubuc =0 Ot1 t2t3 uG O ud O O uabuac O iVT 1 uVT 1 t t t t t 负载容量较大，或要求直流 电压脉动较小、易滤波时使 用三相整流电路; 基本的是三相半波可控整流 电路，三相桥式全控整流电 路应用最广。 电路的特点： 变压器二次侧接成星形得 到零线，而一次侧接成三 角形避免3次谐波流入电 网。 三个晶闸管分别接入a、b、 c三相电源，其阴极连接 在一起共阴极接法 。 与之相对

14、应的是将阳极连 接在一起共阳极接法 。 三相半波可控整流电路 三、微机拖动装置 n主井提升系统 n、箕斗提升。能够自动装卸载。直流他励直流他励 拖动系统拖动系统，只要降低电枢两端电压，便可获 得稳定的低速运行，不需要微机拖动。（降低 电枢电压调速，电枢回路必须有可调压的直流 电源，电枢回路及励磁回路电阻尽可能小，电 压降低转速下降，人为特性硬度不变、运行转 速稳定，可无级调速。） n、皮带提升系统。皮带运输机，是运用皮带 的无极运动运输物料的机械。 交流拖动系统中的微机拖动装置 、交流拖动系统若采用低速继电器的反复动作， 使主电机间歇启动和停止完成低速爬行，速度 不够稳定，还浪费电能。 、采用

15、微机拖动装置后，保证稳定的爬行和停 机。运行也稳定。 、常用的微机拖动装置是用一台容量小于主电 机几十倍的低压电动机和减速器。 四、低频制动 n原理：利用低频交流电 源（HZ）送入主 电动机，使其低速运行。 p f60 低频电源三种： 、低频发电机组 、晶闸管交直交变频装置 、晶闸管交交变频装置 晶闸管 阳极 阴极 门极 低频制动过程： 、提升机开始减速时，切断定子工 频电源，接入低频电源，转子串入全 部电阻，此时，电机转速远高于低频 同步转速，运行于发电制动状态发电制动状态； 、在逐级切除转子电阻的过程中， 转速下降，直到电阻全部切除，电机 运行于低频电源工况状态，稳定爬行。 第三节提升机的

16、拖动控制系统 n一、电气控制系统的组成 n、主电动机。提升机的原始动力。 n、高压开关柜。双回路供电，具有过电流和欠电压保 护。 n、高压换向器。用作主电路的通电、断电和换向。 n、动力制动接触器或低频电源接触器。 n、磁力站。 n、电气制动电源装置。 n、操作台。 n、辅助控制设备。 二、型电气控制系统 n常用的TKD-A型电控系统由主回路、辅助回 路、测速回路、安全回路、控制回路、可调闸 控制回路、减速阶段限速保护回路、动力制动 控制回路、调绳闭锁回路和自整角机深度指示 器回路等10个部分组成。 T CC RR C U n Te a e 2 1、主回路 作用：用于供给提升电动机电源，实现失

17、压，过电流保 护，控制电动机的转向和调节转速。 两路供电。 2、辅助回路 作用：用于对辅助设备及控制回路进行供电与控制。 三相四线制供电。（380V） 3、测速回路 作用：安装在减速器快轴上伸出端的测速发电机，把提 升机的实际速度测量出来，以供给速度比较器比较回 路和一些以速度为函数的电器元件上。 4、安全回路 作用：保证提升机在正常、安全状态下启动运行； 防止和避免提升机发生故障。 5、可调闸控制回路 由磁放大器供电给电液调压装置的动线圈，来实 现油压的升高和降低，进而使提升机处于松闸 或抱闸状态。 6、控制回路 用以实现提升机启动与提升信号的闭锁，以及以 电流为主、时间为辅的自启动过程和减

18、速、爬 行阶段的速度控制。 7、调绳闭锁回路 在调绳过程中起安全保护作用 8、减速阶段过速保护控制回路 当实际速度超过给定速度10%时，过速保护磁放 大器输出减少，使过速保护磁继电器释放，安 全回路断电，实现安全制动。 9、动力制动回路 用于提升机的动力制动。对与提升机安全运行和 减轻机械闸的负担，特别是对于下放重载的副 井有重要的作用。 10、自整角机深度指示器回路 三、直流拖动控制系统 组成：高低压供电系统、提升机监控系统、安全 控制系统、操作程序系统、箕斗装载程序系统 等。 调速系统是由晶闸管供电的双闭环无差跳速系统 组成。 、高低压供电系统 分四路：电压互感器、低压辅助电源变压器、整 流变压器及补偿及谐波吸收装置。 、提升机监控系统 提升