绞车设计计算

1、运河煤矿暗斜井绞车提升电控改造设计计算书天津民益电气有限公司2009年3月2日暗斜井绞车提升电控改造设计计算一、设计依据提升倾角：20度矸石的散体容重：r=18KN/m3一次提升重量：Q矸=108000N Q煤=80000N 提升容器自重：QZ=37800N Q人行车=22000N提升机型号：JK2.5/20E最大静张力【Fjm】=90000N最大静张力差【Fjc】=90000N提升机变位重量（包括减速箱）：Gj=132000N减速机型号及速比：XL-30 i=20钢丝绳每米重量：p=32.14 N/m钢丝绳全厂：Lp=900m4、电动机型号：YRKS450-10额定功率Pe: 355kw 额

2、定转速ne: 585r/min过载系数m：2.2 电动机转子的变位重量：158720N定子额定电压：Ve:6000V定子额定电流：Ie:46.7A转子额定电压：V2e: 809V转子额定电流：I2e:270.3A绝缘等级F 接法：Y/Y生产厂上海电机厂二、设备选择：1、变频装置容量：Uout=480V P= 1.732Uout IA=1.732*480*456=379.1KW查西门子6SE70传动手册，可选P=500KW、UOUT=480V的4象限全数字变频传动装置6SE7036-0T560-0可以满足要求。2、整流回馈装置由以上变频装置容量, 可选与之匹配的整流回馈装置P=500KW、USE

3、T=480V的4象限全数字整流回馈装置6SE7038-2EH85-0可以满足要求。3、整流变压器整流变压器为单独变压器向整流回馈装置供电，容量为ST。ST=1.4P=1.4x355KW=497KVA实际可取S=500KVAU2= 480V变压器的组别为：D/d0阻抗压降为6%，有利于整流系统的保护。变压器采用干式树脂，强风冷结构，有利于维护。4、 整流回馈自耦变压器整流回馈自耦变压器向整流回馈装置供电，容量为ST。ST=1.1P=1.1x355KW=390KVA实际可取S=400KVAU2= 480/580V与整流回馈装置匹配变压器采用干式，自冷结构，有利于维护。5、 自耦变压器自耦变压器向电

4、机供电，容量为ST。ST=1.1P=1.4x355KW=390KVA实际可取S=450KVAU2= 480/810V与电动机匹配变压器采用干式，自冷结构，有利于维护。三、提升系统运动学计算见下表：提升系统运动学计算序号名 称单位计算公式计算结果1加速时间st1V max/a1112加速距离mh1a1t12/213.13减速时间st3（V maxV 4）/a3104减速距离mh3（V max+V 4）t3/2205次减速时间st4h4/V4117次减速速度m/sVr0.78等速距离mh2Ht- h1- h3- h4- h55349等速时间st2h2/Vmax178休止时间s2510一次运行时间s

5、T0410注：选取参数 加、减速度 a10.21m/s2a3 =0.21m/s2 最大速度Vmax3m/s 一、产品概述1、产品简述矿井提升机矿用一般型(KY)转子变频调速控制系统，是我公司针对目前矿井提升机大多使用高压绕线电机的现状，结合先进的变频调速技术，突破性的采用转子变频供电、定子短封的控制方式，开发研制的一项新型的专利技术（ZL 2006 20027468.0）。转子变频调速部分采用交-直-交无反馈矢量变频调速技术，具有调速性能好，使用方便，适应范围广等特点。控制部分采用西门子S7-300型PLC，结合我公司最新开发的全数字可调闸闭环保护系统，双PLC双线制保护控制系统等我公司的专有

6、、专利技术。全套系统性能可靠、安全保护功能完善、系统设计先进，突破了传统的高压定子变频调速的思维模式，是高压绕线电机拖动的矿井提升机电控系统全新的调速方式。为了适应更广泛的矿井使用条件，降低系统成本，提高系统的可靠性，本系统针对不同的使用环境，分别选用二象限变频器和四象限变频器两种方案。二象限变频调速系统具有成本低廉，使用可靠等特点，多用于主井、矸石井等正力负荷运转的提升机使用，此时的变频调速性能、节电性能与能量反馈四象限变频器不相上下。能量反馈四象限变频器技术先进，节能效果显著，更适合在副井和大功率提升机上使用。四象限变频器在负力提升的状态下，电机再生发电产生的能量，通过整流回馈单元反馈电网

7、，在保证了负力下放调速性能的同时，节电效果更加显著。2、转子变频系统技术特点：高压绕线电机转子变频技术，采用低压通用变频器，通过高压绕线电机转子供电，而将电机定子短封，实现高压绕线电机的变频调速，使交流提升机实现无级调速，达到理想的运行速度图。本系统具有的优点和积极效果是：由于高压绕线电机转子变频调速控制系统采用上述结构，利用目前成熟的低压通用型矢量控制变频器技术，对高压绕线电机的定子短封后，可以实现高压交流绕线电机的变频调速，因为高压绕线电机的转子电压较低，转子变频器的电压等级只要与电机转子电压匹配即可，这样仅仅使用低压变频器就能解决高压绕线电机的变频调速问题。与高压定子变频调速控制设备相比

8、，设备简单、通用性强、可靠性高。系统框图如下：3、适用范围1）海拔高度不高于1000米，（高于1000米时，变频器功率按具体情况选择）2）周围环境温度不高于+40ºC，不低于-10ºC3）相对湿度不超过85%4）没有导电尘埃以及对金属和绝缘有破坏作用的气体5）没有剧烈的震动和颠簸的场所注：用户如有特殊要求，可以与制造厂协调解决二、产品型号规格1、产品型号：1) 型号：TKD(M)B(ZB) / 1 D2（Y2） 2 / 3 2) 名称：高压交流绕线电机矿井提升机转子变频调速电控系统3) 型号含义：1 TKD（M）D：单绳提升机电控、M：多绳摩擦轮提升机电控2 B（ZB）B：

9、变频调速控制、ZB：转子变频调速控制3 1 （2、4）2：两象限变频器、4：四象限变频器4 D2（Y2）D2：电延时二级制动、Y2：液压延时二级制动5 2 变频器功率6 3 （4、6）4：400V级变频器、6：660V级变频器2、外形及安装尺寸：（下图仅为示意图，实际尺寸以项目所附图纸为准）3、主要技术参数：1) 输入电源电压AC6kV，频率50HZ电压允许波动范围-15%+10%频率允许波动范围-2.5%+2.5%3) 输出频率范围050HZ4) 输出频率范围0400HZ（变频器输出）5) 控制电机单机功率不大于1200kW6) 可以多台（2台以上）电机（1200kW以下）并联使用7) 功率

10、因数COS>0.98) 低频运转时频率小于2HZ时，即可输出150%额定力矩9) 变频输出载波频率2-8KHZ10) 变频器内部设有过压、欠压、过流、过载、电机过热、缺相等等30多项保护三、操作台仪表开关布置及用途1、操作台面板图注：以单绳提升机电控为例说明，与现场图纸如有不同，以现场图纸为准2、操作台正面面板仪表：1) WDX：温度巡检数字显示仪表，由温度巡检仪测量信号输出显示。2) AM：变频器输出电流指示，由变频器模拟量输出信号标注指示。3) FM：变频器输出频率指示，由变频器模拟量输出信号标注指示。4) DY1(10MPa数字油压表)：指示液压站制动油压，设有超压保护接点，可通过

11、面板调整。5) 数字深度、速度指示：数字指示仪表，显示数字由PLC输出，必须通过程序调整。6) 液晶显示屏：与上位监控机连接，显示各类工况，并能作编程器修改程序。7) MA：可调闸电液调解器毫安表（电压表），显示可调闸电液调节器电流（电压）。8) A1：电流表，指示主回路电流，信号采自电流互感器。9) V1：转子变频高压电源电压表。10) DY2(0.6MPa数字油压表)：润滑油压数字指示表，设有欠压保护接点，可通过面板调整。11) 数位状态指示灯：十六位发光二极管指示灯，指示绞车各类信号及安全回路动作状态。3、操作台正面面板指示灯：1) BYD：控制电源指示灯2) BJL：报警蜂鸣器（温度、

12、闸磨等故障报警）3) JSLD：减速声光4) AC1D：主控PLC安全回路指示灯，带复位按钮5) AC2D：后备保护PLC安全回路指示灯，带复位按钮6) BPRD：变频电源指示灯7) BPGD：变频器故障指示8) ZXCD：正向提升信号灯9) FXCD：反向提升信号灯10) ZKD：转子变频电源空气开关指示灯11) JC1D：制动油泵指示灯12) JC2D：润滑油泵指示灯13) WDBJ：温度报警蜂鸣器14) ZMD1-4：闸瓦磨损开关指示灯，共有4个，可分别接入4组闸瓦磨损开关15) 备用：备用指示灯4、操作台面板开关：1) TR：水平选择2) FW：过卷解除开关，同时限制提升方向3) 4A

13、K：安全阀G4控制开关，可用于人为锁车4) 3AK：安全阀G3控制开关，可用于人为锁车5) DSK：半速开车方式选择开关，允许慢速半速开车6) K：方向解除开关允许慢速（0.5米/秒）开车7) ZA、FA：按钮8) 8AK：控制电源开关9) 9AK：整流/回馈开关,启动/停止装置的开关10) 2QA、2TA：制动油泵起、停按钮11) 3QA、3TA：润滑油泵起、停按钮12) BJJK：报警解除开关，可以解除闸瓦磨损报警，（断轴保护）13) JTJ：急停按钮5、急停开关和主令手柄：1) 急停开关：操作台上设有急停开关，急停开关可以关断变频器输入电源。2) 主令手柄：操作台右手主令手柄可以给出变频

14、器频率指令，结合操作台速度选择开关，可以控制半速和爬行速度运行。并且在半速和慢速方式运行时，主令手柄也是全行程控制，即推到或拉到最大位置，才能达到半速或者慢速速度。3) 闸手柄：操作台左手闸手柄可以手动控制可调闸输出，在正常运行状态下，尽可能减少闸手柄的操作，而是由变频调速控制提升速度。在特殊情况下（重载启动、调绳等操作），也可以半敞闸控制一下启动速度，待变频调速稳定后及时敞开，否则会增加变频器负荷，造成运行速度不稳和电流冲击。四、控制电源柜元件布置及用途1、控制电源柜布置图：2、控制电源柜内主要元件及功能：1） V2：转子变频器主回路电源电压表，根据现场设备的不同，分为380V和660V两种

15、。2） A2：转子变频器主回路电流表3) 2ZK：变频电源主回路空气开关4) 1ZK：控制电源主回路空气开关5) 3K：制动油泵转换开关，用于转换2台制动油泵6) 4K：润滑油泵转换开关，用于转换2台润滑油泵7) 其他开关：见原理图四、操作方法1、开车前的准备工作:1) 合上系统高压开关柜进线电电源开关，此时，操作台系统电源电压表指示电源电压，标准电压为6000V。2) 合上变频器电源空气开关2ZK，变频器送电，操作台变频器电源指示灯亮。3) 合上控制电源开关进线电电源开关、闭合空气断路器1ZK，控制电源送电，同时闭合其他空气断路器，操作台控制电源操作开关8AK关合（右打90），操作电源送电，

16、操作台指示灯、仪表显示。4) 操作台整流电源操作开关9AK关合（右打90），变频电源送电，画面整流运行显示。5) 启动制动油泵、润滑油泵，观察润滑油泵油压，达到设定油压后，可以打点开车。6) 根据现场需要，开车前选择快车、慢车开关，DSK 0为快车，绞车速度可以达到等速；DSK 90位置为慢车位置，速度只能达到等速的半速。K 90位置为慢车位置，速度只能达到0.5M/S7) 正常情况下，过卷开关置于0位，如有过卷情况发生，可以根据过卷情况左、右（45）选择过卷解除，一旦选择了过卷解除开关，绞车不能再同方向送电开车，只能反向开车。8) 闭合3AK、4AK开关，安全阀G3、G4送电。9) 主令、闸

17、手柄置于零位，观察安全回路指示灯，指示灯亮为安全回路正常，可以开车。2、开车操作要领:1) 开车时，首先推出闸柄，调速柜未运行时，工作闸不会送电。如果是需要慢速启动时， 可 以把闸柄推至80%位置，待速度稳定后再全敞闸2) 运行中使用主令手柄控制车速，推（拉）出行程越大，给定速度越高。不可以施闸控制车速，否则，会造成电机电流振荡、绞车速度振荡。3) 正常提升时，到减速点时自动减速，减速后转入爬行速度约0.4米/秒，直至停车。3、行程校准操作台显示的提升行程，是由测速发电机端编码器和滚筒侧绝对值编码器计数值计算得出，如果绞车进行车绳槽或者换绳检修会导致深度显示变化，此时需要人为校准行程。具体操作

18、办法是：绞车运行到正向停车位置，将方向解除K和低速开关DSK旋转90度，同时按下ZA、FA按钮效行程零点。（手动效零点）（观察画面两行程是否正常）绞车运行一个行程，绞车运行正常，可以正常开车。五、系统的联锁保护1、安全制动接触器AC线圈回路具有下述联锁保护接点：1) 当主令手柄在零位时，制动手柄在全抱闸位置DZK-1接点闭合，同时安全回路所有接点均在正常情况下才允许AC接触器带电，同时自锁解除安全制动。随后，安全制动与手柄的位置无关。2) 当测速回路断线或测速发电机故障不发电时，PLC检测不到测速信号或者测速信号过低，测速断线继电器JSJ便断开AC回路紧急制动。3) 超速保护:当运行速度超过给

19、定信号10%GSJ1动作；当绝对速度超速15%时GSJ2动作，紧急制动。4) JXK1、JXK2为过卷开关，装于装在深指上,进行过卷保护。过卷后的恢复是靠过卷解除开关FW，开关的FW1-2、 FW3-4分别进行左、右过卷的恢复安全回路。5) 当电源2ZK失电或过流时，司机脚踏事故开关JTK时，2ZK接点断开，进行紧急制动。6) 测速断线保护：用减速箱快轴侧轴编码器作为测速传感器，即时计算速度，与由测速发电机来的速度相比，构成断线保护。7) 当制动油压过高5.8时，DY1动作，断开AC回路。8) 在安全回路每个保护接点都并一个事故显示灯，以便于维修查找事故点,AC1R按钮为复位按钮。2、辅助保护

20、1) 闸瓦磨损保护。ZMK1-8闸瓦磨损传感器，当闸瓦磨损超过一定值时，BJ报警。2) 当润滑油压欠压，DY2动作，使下一次提升过程不能进行，但不阻止本次已开始的提升过程完成。3) 到位、信号闭锁：到位时，开车方向自动反向闭锁，正向只能开正向，反之亦然；停点绞车不能启动。六、常见故障以及处理方法：1、PLC硬件故障：PLC电控系统出现故障一般以外围设备设备居多，在处理问题时应及时分清是否为PLC硬件故障，PLC软件出现故障的可能性极小，可不予考虑。1) CPU模块（CPU型号：6ES7 314-6CG03-0AB0）：CPU模块集成了高速计数器、模拟量输入 输出接口、直流24V开关量输入输出接口、PROFIBUS网络通讯接口。CPU设有红色故障指示灯：SF灯指示系统硬件、软件故障；BF灯指示通讯故障。如果发现故障红灯亮，可以对CPU进行复位操作或重新送电，并及时与厂家技术服务人员联系。2) 数字量（开