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

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：由机械特性方程：可知，他励直流电动机有3种方法可以调速：（1）改变电枢电压；（2）改变励磁电流，即改变主磁通；（3）电枢回路串入调节电阻。1）降低电枢电压调速：因为电机在正常工作时，电枢电压不能超过额定电压，所以，采用向下调速。很显然，在这里，只改变了，所以我们将得到一系列平行与固有特性的曲线。如图：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“硬度”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，损耗较小。在实际工程当中，常常采用这种方法。缺点：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可调压电源，过去用直流发电机-直流电动机系统实现，由于电力电子技术的发展，目前一般均采用可控硅调压设备—直流电动机系统来实现。2）弱磁调速：这种调速方法的特点是由于励磁回路的电流很小，只有额定电流的（1～3）%，不仅能量损失很小，且电阻可以做成连续调节的，便于控制。其限制是转速只能由额定磁通时对应的速度向高调，而电动机最高转速要受到电机本身的机械强度及换向的限制。3）电枢回路串电阻调速：电枢回路串联电阻越大，机械特性的斜率越大，因此在负载转矩恒定时，即为常数，增大电阻，可以降低电动机的转速。直流电动机上述三种调速方法中，改变电枢电压和电枢回路串电阻调速属于恒转矩调速，而弱磁调速属于恒功率调速。

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ＺＦ系列直流发电机Ｆ－－－Ｄ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－Ｄ系统目前广泛使用。单相半波可控整流电路及波形工作过程和特点：（1）在U2的正半周，VT承受正向电压，0～ωt1期间，无触发脉冲，VT处于正向阻断状态，UVT＝U2，Ud=0;（2）ωt1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π时刻；（3）π～2π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。电路接反电动势—电阻负载时的电路及波形

单相桥式全控整流电路（单相全控桥）

三、交流同步电动机拖动与直流他励电动机相比：制造简单、造价低，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。变频技术主要有以下几种类型：

1）交—直变频技术（即整流技术）。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。

2）直—直变频技术（即斩波技术）。它通过改变功率半导体器件的通断时间，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。

3）直—交变频技术（即逆变技术）。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交流电。

4）交—交变频技术（即移相技术）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。

第二节提升机的电气制动系统一、电气制动系统的类型和特点１、发电制动。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要由电网提供。２、动力制动。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。３、反接制动。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。４、变频和低频发电制动。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＝６０f／Ｐf:频率Ｐ：电机磁极对数n:同步转速电动机的转速n1=(1-s)nS: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：Ｓ＝０运行中：0<Ｓ<1发电制动状态：S>1二、动力制动状态

１、动力制动装置的类型（１）、三相晶闸管动力制动柜（２）、单相晶闸管动力制动柜（３）、动力制动电动机－直流发电机组２、晶闸管动力制动系统的特点

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，减少了维修工作量;

4)故障时能迅速更换备件，几乎不影响生产。

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、微机拖动装置主井提升系统１、箕斗提升。能够自动装卸载。直流他励拖动系统，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。）２、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１、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。２、采用微机拖动装置后，保证稳定的爬行和停机。运行也稳定。３、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、低频制动原理：利用低频交流电源（３～５HZ）送入主电动机，使其低速运行。低频电源三种：１、低频发电机组２、晶闸管交－直－交变频装置３、晶闸管交－交变频装置晶闸管阳极阴极门极低频制动过程：１、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；２、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。第三节提升机的拖动控制系统一、电气控制系统的组成１、主电动机。提升机的原始动力。２、高压开关柜。双回路供电，具有过电流和欠电压保护。３、高压换向器。用作主电路的通电、断电和换向。４、动力制动接触器或低频电源接触器。５、磁力站。６、电气制动电源装置。７、操作台。８、辅助控制设备。二、ＴＫＤ－Ａ型电气控制系统常用的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。1、主回路作用：用于供给提升电动机电源，实现失压，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。１、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。２、提升机监控系统提升机运行过程中的监视及执行系统。包括：主电动机及电枢整流冷却通风系统、闭环控制监控系统、磁场