礦井提升機畢業(yè)設(shè)計

1、<p><b>　　引言</b></p><p>　　近三十年來，國外提升機機械部分和電氣部分都得到了飛速的發(fā)展，而且兩者相互促進(jìn)，相互提高。起初的提升機是電動機通過減速器傳動卷筒的系統(tǒng)，后來出現(xiàn)了直流慢速電動機和直流電動機懸臂安裝直接傳動的提升機。上世紀(jì)七十年代西門子發(fā)明矢量控制的交一直一交變頻原理后，標(biāo)志著用同步電動機來代替直流電機實現(xiàn)調(diào)速的技術(shù)時代已經(jīng)到來。1981年第一臺用

2、同步機懸臂傳動的提升機在德國Monopol礦問世，1988年由MAVGHH和西門子合作制造的機電一體的提升機(習(xí)慣稱為內(nèi)裝電機式)在德國Romberg礦誕生了，這是世界上第一臺機械和電氣融合成一體的同步電機傳動提升機。在提升機機械和電氣傳動技術(shù)飛速發(fā)展的同時，電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，使提升機的電氣控制系統(tǒng)更是日新月異。早在上世紀(jì)七十年代，國外就將可編程控制器(PLC)應(yīng)用于提升機控制。上世紀(jì)八十年代初，計算機又被用于提升機的監(jiān)視和管

3、理。計算機和PLC的應(yīng)用，使提升機自動化水平、安全、可靠性都達(dá)到了一個新的高度，并提供了新的、現(xiàn)代化的管理、監(jiān)視手段。特別要強調(diào)的是，此時期在國外一著名的提升機制造公司，如西門子、ABB、ALSTHOM都利用新的技術(shù)和裝備，開發(fā)或</p><p>　　就在國外科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)發(fā)展的時候，我國提升機電控系統(tǒng)很長時間都處于落后的狀況。直到目前為止，我國正在服務(wù)的礦井提升機電控系統(tǒng)大多數(shù)還是轉(zhuǎn)子回路串金屬電阻的交流調(diào)速

4、系統(tǒng)，設(shè)備陳舊、技術(shù)落后。國產(chǎn)提升機安全性、可靠性差，在關(guān)鍵部位—上下兩井口減速區(qū)段沒有配套的有效的速度監(jiān)視裝置，就提升機控制技術(shù)而言，依然是陳舊的，和國外相比，我們存在很大的差距。</p><p>　　礦井提升系統(tǒng)的類型很多，按被提升對象分:主井提升、副井提升;按井筒的提升道角度分:豎井(如圖1.1所示為豎井井架設(shè)備)和斜井;按提升容器分:箕斗提升、籠提升、礦車提升;按提升類型分:單繩纏繞式和多繩摩擦式等。我國

5、常用的礦用提升機主要是單繩纏繞式和多繩摩擦式。我國的礦井與世界上礦業(yè)較發(fā)達(dá)的國家相比，開采的井型較小、礦井提升高度較淺，煤礦用提升機較多，其他礦(如金屬礦、非金屬礦)則較少。因此在20世紀(jì)60年代開始單繩纏繞式礦井提升機采用較多。</p><p><b>　　論文提出的背景</b></p><p>　　礦井提升機是煤礦，有色金屬礦生產(chǎn)過程中的重要設(shè)備。提升機的安全、可

6、靠、有效高速運行，直接關(guān)系到企業(yè)的生產(chǎn)狀況和經(jīng)濟(jì)效益。礦井提升系統(tǒng)具有環(huán)節(jié)多、控制復(fù)雜、運行速度快、慣性質(zhì)量大、運行特性復(fù)雜的特點，且工作狀況經(jīng)常交替轉(zhuǎn)換。雖然礦井提升系統(tǒng)本身有一些安全保護(hù)措施，但是由于現(xiàn)場使用環(huán)境條件惡劣，造成了各種機械零件和電氣元件的功能失效，以及操作者的人為過失和對行程監(jiān)測研究的局限性，使得現(xiàn)有保護(hù)未能達(dá)到預(yù)期的效果，致使提升系統(tǒng)的事故至今仍未能消除。一旦提升機的行程失去控制，沒有按照給定速度曲線運行，就會發(fā)生提

7、升機超速、過卷事故，造成楔形罐道、箕斗的損壞，影響礦井正常生產(chǎn)，甚至造成重大人員傷亡，給煤礦生產(chǎn)帶來極大的經(jīng)濟(jì)損失。</p><p>　　所以提升機調(diào)速控制系統(tǒng)的研究一直是社會各屆人士共同關(guān)注的一個重大課題。電氣控制方式在很大程度上決定了提升機能否實現(xiàn)平穩(wěn)、安全、可靠地起制動運行，避免了嚴(yán)重的機械磨損，防止較大的機械沖擊，減少機械部分維修的工作量，延長提升機械的使用壽命。隨著礦井提升系統(tǒng)自動化，改善提統(tǒng)的性能，以

8、及提高提升設(shè)備的提升能力等的要求，對電氣傳動方式提出了更高的要求。對礦井提升機電氣傳動系統(tǒng)的要求是：有良好的調(diào)速性能，調(diào)速精度高，四象限運行，能快速進(jìn)行正、反轉(zhuǎn)運行，動態(tài)響應(yīng)速度快，有準(zhǔn)確的制動和定位功能，可靠性要求高等。</p><p>　　目前，我國地下礦山礦井提升機的電氣傳動系統(tǒng)主要有：對于大型礦井提升機，主要采用晶閘管變流器—直流電動機傳動控制系統(tǒng)和同步電動機矢量控制交一交變頻傳動控制系統(tǒng)。這兩種系統(tǒng)大都

9、采用數(shù)字控制方式實現(xiàn)控制系統(tǒng)的高自動化運行，效率高，有準(zhǔn)確的制動和定位功能，運行可靠性高，但造價昂貴，中小礦井難以承受。對于中、小型提升機，則多采用交流繞線式電動機轉(zhuǎn)子切換電阻調(diào)速的交流電氣傳動系統(tǒng)，即TKD電控系統(tǒng)。這種電氣傳動系統(tǒng)設(shè)備簡單，但屬于有級調(diào)速，提升機在減速和爬行階段的速度控制性能較差，特別在負(fù)載變動時很難實現(xiàn)恒加減速控制，經(jīng)常會造成過放或過卷事故。提升機頻繁的啟動和制動工作過程會使轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速產(chǎn)生相當(dāng)嚴(yán)重的能耗，另外轉(zhuǎn)

10、子串電阻調(diào)速控制電路復(fù)雜，接觸器、電阻器、繞線電機電刷等容易損壞，影響生產(chǎn)效益。</p><p>　　將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于礦井提升機是礦井提升機電氣傳動系統(tǒng)的發(fā)展方向。對于現(xiàn)采用TKD電控系統(tǒng)的中小型礦井，隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，交一直一交電壓型變頻調(diào)速技術(shù)已開始在礦井提升機改造中應(yīng)用。變頻器的調(diào)速控制可以實現(xiàn)提升機的恒加速和恒減速控制，消除了轉(zhuǎn)子串電阻造成的能耗，具有十分明顯的節(jié)能效果[10]。變頻器調(diào)速控制電

11、路簡單，克服了接觸器、電阻器、繞線電機電刷等容易損壞的缺點，降低了故障和事故的發(fā)生。因此，變頻器在提升機調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用具有十分廣闊的前景。</p><p><b>　　井架</b></p><p><b>　　天輪</b></p><p><b>　　纏繞式提升機</b></p>&l

12、t;p><b>　　礦井提升機的發(fā)展</b></p><p>　　當(dāng)前國內(nèi)提升機電控絕大多數(shù)還是轉(zhuǎn)子回路串電阻分段控制的交流繞線式電機繼電器接觸器系統(tǒng)，設(shè)備陳舊、技術(shù)落后。而且這種控制方式存在著很多的問題：</p><p>　　l)轉(zhuǎn)子回路串接電阻，消耗電能，造成能源浪費。</p><p>　　2)電阻分級切換，為有級調(diào)速，設(shè)備運行不平穩(wěn)

13、，容易引起電氣及機械沖擊。</p><p>　　3)繼電器、接觸器頻繁動作，電弧燒蝕觸點，影響接觸器使用壽命，維修成本較高。</p><p>　　4)交流繞線異步電動機的滑環(huán)存在接觸不良問題，容易引起設(shè)備事故。</p><p>　　5)電動機依靠轉(zhuǎn)子電阻獲得的低速，其運行特性較軟。</p><p>　　6)提升容器通過給定的減速點時，由于負(fù)載

14、的不同，而將得到不同的減速度，不能達(dá)到穩(wěn)定的低速爬行，最后導(dǎo)致停車位置不準(zhǔn)，不能正常裝卸載。</p><p>　　上述問題使提升機運行的可靠性和安全性不能得到有效的保障。因此，需要研制更加安全可靠的控制系統(tǒng)，使提升機運行的可靠性和安全性得到提高。在提升機控制系統(tǒng)中應(yīng)用計算機控制技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)，對原有提升機控制系統(tǒng)進(jìn)行升級換代。</p><p>　　就計算機技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用情況而言，可

15、編程控制器(PLC)是目前作為工業(yè)控制最理想的機型，它是采用計算機技術(shù)、按照事先編好并儲存在計算機內(nèi)部一段程序來完成設(shè)備的操作控制。采用PLC控制，硬件簡潔、軟件靈活性強、調(diào)試方便、維護(hù)量小，PLC技術(shù)己經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種提升機控制，配合一些提升機專用電子模塊組成的提升機控制設(shè)備，可供控制高壓帶動力制動或低頻制動，單、雙機拖動等lz]。操作、監(jiān)控和安全保護(hù)系統(tǒng)選用可編程控制器。主控計算機應(yīng)用軟件能完成提升機自動、半自動、手動、檢修、低速爬

16、行等各種運動方式的控制要求而在PLC電控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上配合變頻調(diào)速裝置，運用現(xiàn)在先進(jìn)的矢量控制技術(shù)，</p><p>　　不但適合提升機運行工藝的要求，還將解決整套提升機系統(tǒng)的電力拖動方面的一系列問題。變頻裝置取代復(fù)雜的串聯(lián)電阻切換裝置，對提升機運行速度曲線、轉(zhuǎn)矩大小的要求都由變頻器來完成，簡化了控制操作流程，提高了控制精度。</p><p>　　對于提升機的運動效率，通常用提升機的速度曲線

17、、加速度曲線及加速度變化率曲線來表達(dá)。應(yīng)用較多的是速度基于時間的二次函數(shù)曲線，這類速度函數(shù)計算比較簡單，基本可以滿足乘坐舒適性要求。在舒適性要求更高的電梯設(shè)計中，通常規(guī)定其加（減）速度對時間的變化曲線必須連續(xù)、不能有突變，常用的加、減速度曲線有正弦函數(shù)、余弦函數(shù)曲線。通常，提升機驅(qū)動系統(tǒng)的輸出加速度即為繩系的激勵加速度，在此激勵加速度的作用下，提升繩系將不斷振蕩，卷筒制動后，提升容器仍將以制動瞬間的振蕩初值以一定的衰減速度振蕩。激勵加速

18、度不同，提升容器振蕩情況也不同。司機的手動操作具有較大隨機性，難以確保準(zhǔn)確產(chǎn)生所需要的加速度的函數(shù)，所以實現(xiàn)提升機的計算機控制勢在必行。( 3 ）需要進(jìn)一步提高提升機驅(qū)動與制動動作的協(xié)同性</p><p>　　提高提升機驅(qū)動與制動動作的協(xié)同性是保證提升機可靠、安全有序工作的關(guān)鍵，在提升機加速起動、減速停車的瞬間，司機操作驅(qū)動系統(tǒng)與制動系統(tǒng)同時發(fā)出控制信號，驅(qū)動系統(tǒng)馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速與輸出扭矩平穩(wěn)、連續(xù)，液壓制動系統(tǒng)松閘

19、或抱閘制動，兩者協(xié)同配合實現(xiàn)負(fù)載的升降。我國在礦井提升機的研究方面起步較晚，直到七十年代才研制出液壓調(diào)速礦井提升機，總體水平落后于國外同類產(chǎn)品。</p><p>　　提高提升機的動態(tài)品質(zhì)與綜合性能的關(guān)鍵是改變現(xiàn)有提升機的簡單手動操作比例式減壓閥與控制方式。實現(xiàn)以數(shù)字PID 控制、自適應(yīng)控制、</p><p>　　模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制或它們的復(fù)合控制為算法的計算機控制系統(tǒng)，是近幾年提升機的

20、發(fā)展趨勢。</p><p>　　礦井提升機的組成、分類、特點</p><p>　　1.1中文名稱：礦井提升機</p><p>　　英文名稱：mine winder;mine hoist</p><p>　　其他名稱：礦井卷揚機;絞車;礦井絞車</p><p>　　定義：安裝在地面，借助于鋼絲繩帶動提升容器沿井筒或斜坡道

21、運行的提升機械。分“纏繞式提升機(mine drum winder)”和“摩擦式提升機(mine friction winder)”</p><p>　　百度名片：礦井提升機是礦井井下和地面的工作機械。</p><p>　　說明：礦井提升機是一種大型絞車。用鋼絲繩帶動容器（罐籠或箕斗）在井筒中升降，完成輸送物料和人員的任務(wù)。礦井提升機是由原始的提水工具逐步發(fā)展演變而來?，F(xiàn)代的礦井提升機提升

22、量大，速度高，已發(fā)展成為電子計算機控制的全自動重型礦山機械。</p><p>　　1.2礦井提升機的組成</p><p>　　礦井提升機主要由電動機、減速器、卷筒（或摩擦輪）、制動系統(tǒng)、深度指示系統(tǒng)、測速限速系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)等組成，采用交流或直流電機驅(qū)動。按提升鋼絲繩的工作原理分纏繞式礦井提升機和摩擦式礦井提升機。纏繞式礦井提升機有單卷筒和雙卷筒兩種，鋼絲繩在卷筒上的纏繞方式與一般絞車類似。

23、單筒大多只有一根鋼絲繩，連接一個容器。雙筒的每個卷筒各配一根鋼絲繩，連接兩個容器，運轉(zhuǎn)時一個容器上升，另一個容器下降。纏繞式礦井提升機大多用于年產(chǎn)量在120萬噸以下、井深小于400米的礦井中。摩擦式礦井提升機的提升繩搭掛在摩擦輪上，利用與摩擦輪襯墊的摩擦力使容器上升。提升繩的兩端各連接一個容器，或一端連接容器，另一端連接平衡重。摩擦式礦井提升機根據(jù)布置方式分為塔式摩擦式礦井提升機（機房設(shè)在井筒頂部塔架上）和落地摩擦式礦井提升機（機房直接

24、設(shè)在地面上）兩種。按提升繩的數(shù)量又分為單繩摩擦式礦井提升機和多繩摩擦式礦井提升機。后者的優(yōu)點是：可采用較細(xì)的鋼絲繩和直徑較小的摩擦輪，從而機組尺寸小，便于制造；速度高、提升能力大、安全性好。年產(chǎn)120萬噸以上、井深小于2100米的豎井大多采用這種提升機 </p><p>　　1、3 礦井提升機的分類</p><p>　　礦井提升機是聯(lián)系礦井井下和地面的工作機械。用鋼絲繩帶動容器在井筒中升降

25、，完成運輸任務(wù)。按工作方式分類如下：</p><p>　?。ㄒ唬├p繞式提升機：</p><p>　　纏繞式提升機的主要部件有主軸、卷筒、主軸承、調(diào)繩離合器、減速器、深度指示器和制動器等（圖2）。雙卷筒提升機的卷筒與主軸固接者稱固定卷筒，經(jīng)調(diào)繩離合器與主軸相連者稱活動卷筒。中國制造的卷筒直徑為 2～5m。隨著礦井深度和產(chǎn)量的加大，鋼絲繩的長度和直徑相應(yīng)增加。因而卷筒的直徑和寬度也要增大，故不

26、適用于深井提升。 </p><p><b>　　礦井提升機</b></p><p><b>　　單繩纏繞式提升機</b></p><p>　　根據(jù)卷筒數(shù)目可分為單卷筒和雙卷筒兩種：①單卷筒提升機，一般作單鉤提升。鋼絲繩的一端固定在卷筒上，另一端繞過天輪與提升容器相連；卷筒轉(zhuǎn)動時，鋼絲繩向卷筒上纏繞或放出，帶動提升容器升降。

27、②雙卷筒提升機，作雙鉤提升（圖1）。兩根鋼絲繩各固定在一個卷筒上,分別從卷筒上、下方引出,卷筒轉(zhuǎn)動時，一個提升容器上升，另一個容器下降。纏繞式提升機按卷筒的外形又分為等直徑提升機和變直徑提升機兩種。等直徑卷筒的結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，價格低，得到普遍應(yīng)用。深井提升時，由于兩側(cè)鋼絲繩長度變化大，力矩很不平衡。早期采用變直徑提升機（圓柱圓錐形卷筒），現(xiàn)多采用尾繩平衡。 </p><p><b>　　多繩纏繞式提

28、升機 </b></p><p>　　提升機在超深井運行中，尾繩懸垂長度變化大，提升鋼絲繩承受很大交變應(yīng)力，影響鋼絲繩壽命；尾繩在井筒中還易扭轉(zhuǎn)，妨礙工作。20世紀(jì) 50年代末，英國人布雷爾（Blair）設(shè)計了一臺直徑3.2m雙繩多層纏繞式提升機(又稱布雷爾式提升機)，提升高度1580～2349m，一次提升量10～20t。 </p><p><b>　　（二）摩擦式提升

29、機</b></p><p>　　1938年，瑞典的ASEA公司在拉維爾（Laver）礦安裝了一臺直徑1.96m雙繩摩擦式提升機。1947年德國G.H.H.公司在漢諾威（Hannover）礦安裝了一臺四繩摩擦式提升機。多繩摩擦式提升機具有安全性高、鋼絲繩直徑細(xì)、主導(dǎo)輪直徑小、設(shè)備重量輕、耗電少、價格便宜等優(yōu)點，發(fā)展很快。除用于深立井提升外，還可用于淺立井和斜井提升。鋼絲繩搭放在提升機的主導(dǎo)輪（摩擦輪）上

30、，兩端懸掛提升容器或一端掛平衡重(錘)。運轉(zhuǎn)時，借主導(dǎo)輪的摩擦襯墊與鋼絲繩間的摩擦力,帶動鋼絲繩完成容器的升降。鋼絲繩一般為2～10根。 </p><p>　　多繩摩擦式提升機的主要部件有主軸、主導(dǎo)輪、主軸承、車槽裝置、減速器、 深度指示器、制動裝置及導(dǎo)向輪等（圖5）。主導(dǎo)輪表面裝有帶繩槽的摩擦襯墊。襯墊應(yīng)具有較高的摩擦系數(shù)和耐磨、耐壓性能,其材質(zhì)的優(yōu)劣直接影響提升機的生產(chǎn)能力、工作安全性及應(yīng)用范圍。目前使用較多

31、的襯墊材料有聚氯乙烯或聚氨基甲酸乙酯橡膠等。由于鋼絲繩與主導(dǎo)輪襯墊間不可避免的蠕動和滑動，停車時深度指示器偏離零位，故應(yīng)設(shè)自動調(diào)零裝置，在每次停車期間使指針自動指向零位。車槽裝置用于車削繩槽，保持直徑一致，有利于每根鋼絲繩張力均勻。為了減少震動，可采用彈簧機座減速器。</p><p>　　1.井塔式提升機 機房設(shè)在井塔頂層，與井塔合成一體，節(jié)省場地；鋼絲繩不暴露在露天，不受雨雪的侵蝕，但井塔的重量大，基建時間長，

32、造價高，并不宜用于地震區(qū)（圖3）。 </p><p>　　2.落地式提升機 機房直接設(shè)在地面上，井架低，投資小，抗震性能好；缺點是鋼絲繩暴露在露天，彎曲次數(shù)多,影響鋼絲繩的工作條件及使用壽命（圖4）。 </p><p>　　1、4礦井提升機的特點</p><p>　　礦用提升機是一種大型提升機械設(shè)備。由電機帶動機械設(shè)備,以帶動鋼絲繩從而帶動容器在井筒中升降,完成

33、輸送任務(wù)。礦井提升機是由原始的提水工具逐步發(fā)展演變而來?，F(xiàn)代的礦井提升機提升量大,速度高,安全性高,已發(fā)展成為電子計算機控制的全自動重型礦山機械。組成礦井提升機主要由電動機、減速器、卷筒(或摩擦輪)、制動系統(tǒng)、深度指示系統(tǒng)、測速限速系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)等組成,采用交流或直流電機驅(qū)動。按提升鋼絲繩的工作原理分纏繞式礦井提升機和摩擦式礦井提升機。纏繞式礦井提升機有單卷筒和雙卷筒兩種,鋼絲繩在卷筒上的纏繞方式與一般絞車類似。單筒大多只有一根鋼絲繩,

34、連接一個容器。雙筒的每個卷筒各配一根鋼絲繩,連接兩個容器,運轉(zhuǎn)時一個容器上升,另一個容器下降。纏繞式礦井提升機大多用于年產(chǎn)量在120萬噸以下、井深小于400米的礦井中。摩擦式礦井提升機的提升繩搭掛在摩擦輪上,利用與摩擦輪襯墊的摩擦力使容器上升。提升繩的兩端各連接一個容器,或一端連接容器,另一端連接平衡重。摩擦式礦井提升機根據(jù)布置方式分為塔式摩擦式礦井提升機(機房設(shè)在井筒頂部塔架上)和落地摩擦式礦井提升機(機房直接設(shè)在地面上)兩種。按提升

35、繩的數(shù)量又分為單繩摩擦式</p><p>　　2矢量控制異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　矢量控制是一種建立在轉(zhuǎn)子磁鏈定向的基礎(chǔ)上，通過一系列的坐標(biāo)變換，實</p><p>　　2 現(xiàn)電機定子電流轉(zhuǎn)矩分量和磁通分量的解藕的控制方法，可以將作為控制對象的感應(yīng)電機當(dāng)作直流電機來進(jìn)行控制，實現(xiàn)對瞬時轉(zhuǎn)矩的控制。矢量控制根據(jù)磁場定向控制的實現(xiàn)方法進(jìn)行分類：磁通直接

36、反饋型和磁通前饋型。目前，實用中較多采用后者，又稱為轉(zhuǎn)差頻率矢量控制，由于其沒有實現(xiàn)直接磁通的閉環(huán)控制，無需檢測出磁通，因而容易實現(xiàn)。但是其控制器的設(shè)計在某種程度上依賴于電機的參數(shù)，為了減少控制上對電機參數(shù)的敏感性，已經(jīng)提出了許多參數(shù)辨識、參數(shù)補償和參數(shù)自適應(yīng)方案，收到了較好的效果。</p><p>　　2.1變頻調(diào)速基本原理</p><p>　　2.1.1變頻調(diào)速基本原理</p&g

37、t;<p>　　1.基本原理：目前使用較多的是“交—直—交”變頻，原理如圖1所示，將50Hz交流整流為直流電Ud，再由三相逆變器將直流逆變?yōu)轭l率可調(diào)的三相交流供給鼠籠電機實現(xiàn)變頻調(diào)速。 </p><p>　　2.控制原理：　　變頻調(diào)速裝置主電路由空氣開關(guān)QF1，交流接觸器KM1和變頻器VF組成，由安裝在配電柜面板上的轉(zhuǎn)換開關(guān)SA，復(fù)位開關(guān)SB；或安裝在現(xiàn)場防爆操作柱上啟動按鈕SB和停止按鈕SB2控制

38、VF的運行： 　　　(1)啟動VF時必須先合上QF1和QF2，使SA置于啟動位置，KM1便帶動電觸點閉合，來電顯示燈HL2亮；此時按下SB，也可以按下現(xiàn)場SB1使KA1帶電觸點閉合，VF投入運行同時運行指示燈HL3亮。 　　　　(2)需要停止VF時，按下SB2使KA1失電，VF停止運行，此時HL3滅；置SA于停止位置，KM1斷開同時HL1亮表示停機。 　　　　　　(3)如果在運行過程中VF有故障FLA、FLC端口將短接，KA

39、2帶電，KM帶電其觸點斷開，同時故障指示燈HL3亮并報警。 　　　　　　由于工藝條件復(fù)雜，實際運行過程中有多方面不確定因素，為安全其見，每臺變頻器均加有一旁路接觸器 KM2；如果KM1或VF發(fā)生故障時保證電機仍能變頻運行。變頻調(diào)速實行閉環(huán)負(fù)反饋自動控制即由儀表裝置供給變頻器1V和CC端口4～20MA電信號，靠信號大小改變來控制VF頻率高低變化達(dá)到調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速</p><p>　　2.1.2變頻器簡介<

40、/p><p>　　2.1.2.1變頻器的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　變頻器是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實現(xiàn)電機的變速運行的設(shè)備，其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。對于如矢量控制變頻器這種需要大量運算的變頻器來說，有時還需要一個進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計算的CPU以及一些相應(yīng)

41、的電路。</p><p>　　2.1.2.2 變頻器的分類</p><p>　　變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開關(guān)方式分類，可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器；按照工作原理分類，可以分為V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻

42、器、單相變頻器和三相變頻器等。</p><p>　　2.1.2.3變頻器中常用的控制方式</p><p><b>　　一、非智能控制方式</b></p><p>　　在交流變頻器中使用的非智能控制方式有V/f協(xié)調(diào)控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等。</p><p><b>　　(1) V/f控制<

43、;/b></p><p>　　V/f控制是為了得到理想的轉(zhuǎn)矩-速度特性，基于在改變電源頻率進(jìn)行調(diào)速的同時，又要保證電動機的磁通不變的思想而提出的，通用型變頻器基本上都采用這種控制方式。V/f控制變頻器結(jié)構(gòu)非常簡單，但是這種變頻器采用開環(huán)控制方式，不能達(dá)到較高的控制性能，而且，在低頻時，必須進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補償，以改變低頻轉(zhuǎn)矩特性。</p><p>　　(2) 轉(zhuǎn)差頻率控制</p>

44、<p>　　轉(zhuǎn)差頻率控制是一種直接控制轉(zhuǎn)矩的控制方式，它是在V/f控制的基礎(chǔ)上，按照知道異步電動機的實際轉(zhuǎn)速對應(yīng)的電源頻率，并根據(jù)希望得到的轉(zhuǎn)矩來調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，就可以使電動機具有對應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩。這種控制方式，在控制系統(tǒng)中需要安裝速度傳感器，有時還加有電流反饋，對頻率和電流進(jìn)行控制，因此，這是一種閉環(huán)控制方式，可以使變頻器具有良好的穩(wěn)定性，并對急速的加減速和負(fù)載變動有良好的響應(yīng)特性。</p><p

45、><b>　　(3) 矢量控制</b></p><p>　　矢量控制是通過矢量坐標(biāo)電路控制電動機定子電流的大小和相位，以達(dá)到對電動機在d、q、0坐標(biāo)軸系中的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流分別進(jìn)行控制，進(jìn)而達(dá)到控制電動機轉(zhuǎn)矩的目的。通過控制各矢量的作用順序和時間以及零矢量的作用時間，又可以形成各種PWM波，達(dá)到各種不同的控制目的。例如形成開關(guān)次數(shù)最少的PWM波以減少開關(guān)損耗。目前在變頻器中實際應(yīng)用的

46、矢量控制方式主要有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式和無速度傳感器的矢量控制方式兩種。</p><p>　　基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制方式與轉(zhuǎn)差頻率控制方式兩者的定常特性一致，但是基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制還要經(jīng)過坐標(biāo)變換對電動機定子電流的相位進(jìn)行控制，使之滿足一定的條件，以消除轉(zhuǎn)矩電流過渡過程中的波動。因此，基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制方式比轉(zhuǎn)差頻率控制方式在輸出特性方面能得到很大的改善。但是，這種控制方式屬于閉環(huán)控制方式，需要

47、在電動機上安裝速度傳感器，因此，應(yīng)用范圍受到限制。</p><p>　　無速度傳感器矢量控制是通過坐標(biāo)變換處理分別對勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，然后通過控制電動機定子繞組上的電壓、電流辨識轉(zhuǎn)速以達(dá)到控制勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流的目的。這種控制方式調(diào)速范圍寬，啟動轉(zhuǎn)矩大，工作可靠，操作方便，但計算比較復(fù)雜，一般需要專門的處理器來進(jìn)行計算，因此，實時性不是太理想，控制精度受到計算精度的影響。</p><

48、p>　　(4) 直接轉(zhuǎn)矩控制</p><p>　　直接轉(zhuǎn)矩控制是利用空間矢量坐標(biāo)的概念，在定子坐標(biāo)系下分析交流電動機的數(shù)學(xué)模型，控制電動機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，通過檢測定子電阻來達(dá)到觀測定子磁鏈的目的，因此省去了矢量控制等復(fù)雜的變換計算，系統(tǒng)直觀、簡潔，計算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。即使在開環(huán)的狀態(tài)下，也能輸出100%的額定轉(zhuǎn)矩，對于多拖動具有負(fù)荷平衡功能。</p><p><

49、;b>　　(5) 最優(yōu)控制</b></p><p>　　最優(yōu)控制在實際中的應(yīng)用根據(jù)要求的不同而有所不同，可以根據(jù)最優(yōu)控制的理論對某一個控制要求進(jìn)行個別參數(shù)的最優(yōu)化。例如在高壓變頻器的控制應(yīng)用中，就成功的采用了時間分段控制和相位平移控制兩種策略，以實現(xiàn)一定條件下的電壓最優(yōu)波形。</p><p>　　(6) 其他非智能控制方式</p><p>　　在實

50、際應(yīng)用中，還有一些非智能控制方式在變頻器的控制中得以實現(xiàn)，例如自適應(yīng)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、差頻控制、環(huán)流控制、頻率控制等。</p><p><b>　　二、 智能控制方式</b></p><p>　　智能控制方式主要有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制、專家系統(tǒng)、學(xué)習(xí)控制等。在變頻器的控制中采用智能控制方式在具體應(yīng)用中有一些成功的范例。</p><p>　

51、　(1) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制</p><p>　　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方式應(yīng)用在變頻器的控制中，一般是進(jìn)行比較復(fù)雜的系統(tǒng)控制，這時對于系統(tǒng)的模型了解甚少，因此神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)既要完成系統(tǒng)辨識的功能，又要進(jìn)行控制。而且神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方式可以同時控制多個變頻器，因此在多個變頻器級聯(lián)時進(jìn)行控制比較適合。但是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的層數(shù)太多或者算法過于復(fù)雜都會在具體應(yīng)用中帶來不少實際困難。</p><p><b>　　(2)

52、 模糊控制</b></p><p>　　模糊控制算法用于控制變頻器的電壓和頻率，使電動機的升速時間得到控制，以避免升速過快對電機使用壽命的影響以及升速過慢影響工作效率。模糊控制的關(guān)鍵在于論域、隸屬度以及模糊級別的劃分，這種控制方式尤其適用于多輸入單輸出的控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　(3) 專家系統(tǒng)</b></p><p>

53、;　　專家系統(tǒng)是利用所謂“專家”的經(jīng)驗進(jìn)行控制的一種控制方式，因此，專家系統(tǒng)中一般要建立一個專家?guī)欤娣乓欢ǖ膶＜倚畔?，另外還要有推理機制，以便于根據(jù)已知信息尋求理想的控制結(jié)果。專家?guī)炫c推理機制的設(shè)計是尤為重要的，關(guān)系著專家系統(tǒng)控制的優(yōu)劣。應(yīng)用專家系統(tǒng)既可以控制變頻器的電壓，又可以控制其電流。</p><p><b>　　(4) 學(xué)習(xí)控制</b></p><p>　　

54、學(xué)習(xí)控制主要是用于重復(fù)性的輸入，而規(guī)則的PWM信號(例如中心調(diào)制PWM)恰好滿足這個條件，因此學(xué)習(xí)控制也可用于變頻器的控制中。學(xué)習(xí)控制不需要了解太多的系統(tǒng)信息，但是需要1~2個學(xué)習(xí)周期，因此快速性相對較差，而且，學(xué)習(xí)控制的算法中有時需要實現(xiàn)超前環(huán)節(jié)，這用模擬器件是無法實現(xiàn)的，同時，學(xué)習(xí)控制還涉及到一個穩(wěn)定性的問題，在應(yīng)用時要特別注意。</p><p>　　2.1.3逆變器工作原理說明</p><

55、;p>　　1.基本原理：目前使用較多的是“交—直—交”變頻，原理如圖1所示，將50Hz交流整流為直流電Ud，再由三相逆變器將直流逆變?yōu)轭l率可調(diào)的三相交流供給鼠籠電機實現(xiàn)變頻調(diào)速。 </p><p>　　2.控制原理：　　變頻調(diào)速裝置主電路(見圖2)由空氣開關(guān)QF1，交流接觸器KM1和變頻器VF組成，由安裝在配電柜面板上的轉(zhuǎn)換開關(guān)SA，復(fù)位開關(guān)SB；或安裝在現(xiàn)場防爆操作柱上啟動按鈕SB和停止按鈕SB2控制VF

56、的運行： </p><p>　　(1)啟動VF時必須先合上QF1和QF2，使SA置于啟動位置，KM1便帶動電觸點閉合，來電顯示燈HL2亮；此時按下SB，也可以按下現(xiàn)場SB1使KA1帶電觸點閉合，VF投入運行同時運行指示燈HL3亮。 </p><p>　　(2)需要停止VF時，按下SB2使KA1失電，VF停止運行，此時HL3滅；置SA于停止位置，KM1斷開同時HL1亮表示停機。 </p

57、><p>　　(3)如果在運行過程中VF有故障FLA、FLC端口將短接，KA2帶電，KM帶電其觸點斷開，同時故障指示燈HL3亮并報警。 </p><p>　　由于工藝條件復(fù)雜，實際運行過程中有多方面不確定因素，為安全其見，每臺變頻器均加有一旁路接觸器 KM2；如果KM1或VF發(fā)生故障時保證電機仍能變頻運行。變頻調(diào)速實行閉環(huán)負(fù)反饋自動控制即由儀表裝置供給變頻器1V和CC端口4～20MA電信號，靠

58、信號大小改變來控制VF頻率高低變化達(dá)到調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速和輸出功率的目的，使泵流量和實際工藝需求最佳匹配，實現(xiàn)儀表電氣聯(lián)合自動控制體系。</p><p>　　2.2矢量控制的基本概念</p><p>　　矢量控制是一種建立在轉(zhuǎn)子磁鏈定向的基礎(chǔ)上，通過一系列的坐標(biāo)變換，實現(xiàn)電機定子電流轉(zhuǎn)矩分量和磁通分量的解藕的控制方法，可以將作為控制對象的感應(yīng)電機當(dāng)作直流電機來進(jìn)行控制，實現(xiàn)對瞬時轉(zhuǎn)矩的控制。矢

59、量控制根據(jù)磁場定向控制的實現(xiàn)方法進(jìn)行分類：磁通直接反饋型和磁通前饋型。目前，實用中較多采用后者，又稱為轉(zhuǎn)差頻率矢量控制，由于其沒有實現(xiàn)直接磁通的閉環(huán)控制，無需檢測出磁通，因而容易實現(xiàn)。但是其控制器的設(shè)計在某種程度上依賴于電機的參數(shù)，為了減少控制上對電機參數(shù)的敏感性，已經(jīng)提出了許多參數(shù)辨識、參數(shù)補償和參數(shù)自適應(yīng)方案，收到了較好的效果。</p><p><b>　　2.3矢量控制系統(tǒng)</b>&l

60、t;/p><p>　　電動機調(diào)速的關(guān)鍵是電磁轉(zhuǎn)矩的控制，他勵直流電動機由于電樞電流和勵磁電流可以分別控制，當(dāng)勵磁電流不變時，控制好電樞電流就可以控制好電磁轉(zhuǎn)矩，因此很容易獲得良好的動態(tài)性能。然而三相異步電動機卻做不到這一點，因為在異步電動機中，磁通是定子電流和轉(zhuǎn)子電流共同建立的，而與電磁轉(zhuǎn)矩有直接關(guān)系的轉(zhuǎn)子電流，則由定子電流以及轉(zhuǎn)速等電動機的狀態(tài)所決定，是無法直接對其控制的［06 ］。1971 年，德國科學(xué)家K Ha

61、sse 提出了交流電動機的矢量變換控制理論，其思想是在普通的三相交流電動機上設(shè)法模擬直流電動機轉(zhuǎn)矩控制的規(guī)律，在轉(zhuǎn)子磁場定向坐標(biāo)上，將定子電流矢量分解成產(chǎn)生磁通的勵磁分量和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩分量，并使兩分量互相垂直，實現(xiàn)了定子電流勵磁分量與轉(zhuǎn)矩分量的解藕，從而達(dá)到對異步電機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩分別控制的目的，獲得了與直流調(diào)速系統(tǒng)同樣優(yōu)良的靜、動態(tài)性能【 ’6 ］。本章具體闡述異步電機的物理模型和矢量控制的原理，作為系統(tǒng)研究和控制方案設(shè)計的理論基

62、礎(chǔ)。</p><p>　　2.4矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)模型建立</p><p>　　2.4.1異步電動機矢量變換模型</p><p>　　交流電動機三相對稱的靜止繞組u、v、w，通過三相平衡的正弦電流。時，所產(chǎn)生的合成磁通勢足旋轉(zhuǎn)磁通勢廠，它在空間早正弦分布，以同步轉(zhuǎn)速。l(即電流的角頻率)順著u—v W的訓(xùn)序旋轉(zhuǎn)o這樣的物理模型如圖7．53(a)所示，它就是圖75

63、．2(a)中的定子部分。</p><p><b>　　3.坐標(biāo)變換</b></p><p>　　矢量變換控制的基木思想是通過數(shù)學(xué)上的坐標(biāo)變換方法，把交流三相繞組u、v、w中的電流變換到兩相靜止繞組中的電流。再由數(shù)學(xué)變換變換到兩極旋轉(zhuǎn)繞組M、T中的電流電流，實質(zhì)上就是通過數(shù)學(xué)變換把三相交流電動機的定子電流分解成兩個分量，一個用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢的勵磁分量，另—個是用來產(chǎn)生

64、電磁轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩分量可見，通過坐標(biāo)變換，就可以把一臺關(guān)系復(fù)雜的異步電動機等效為一臺直流電動機。</p><p>　　一、三相—二相（3／2)變換和二相—三相[2／3)變換</p><p>　　三相與二相的變換分兩種情況，—是在功率不變條件下的變換，二是在磁通勢基波幅值不變條件下的變換，它們的變換矩陣相同，只是系數(shù)不同，本節(jié)分析在磁通勢基波幅值不變條件下的變換。</p><

65、p>　　二、矢量旋轉(zhuǎn)變換(VR)及反矢量旋轉(zhuǎn)變換(VR)</p><p>　　在矢量變換控制系統(tǒng)中，為簡單起見，常將旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸M選取與磁通矢量方向—致，故旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)M和T又稱為磁場定向坐標(biāo)，矢量變換控制系統(tǒng)又稱為磁場定向控制系統(tǒng)。 2.4.2間接轉(zhuǎn)子磁鏈觀測模型</p><p>　?。?）電流模型法    根據(jù)描述磁鏈與電流關(guān)系的磁鏈方程來計算轉(zhuǎn)子磁鏈

66、，所得出的模型叫做電流模型，它可以在不同的坐標(biāo)系下獲得。    ● 在兩相靜止坐標(biāo)系α-β下轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型      由實測的三相定子電流經(jīng)過Clarke變換很容易得到兩相靜止坐標(biāo)系上的電流isα和isβ。在兩相靜止坐標(biāo)系α-β下的磁鏈方程：    為：      （4）

67、0;      這里面轉(zhuǎn)子電流是難以測量得到的，需要進(jìn)一步替換。由式（4）可得        （5）    將式（4）、（5）代入α-β坐標(biāo)系電壓矩陣方程[7]中，整理后可得轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型：        （6）&#

68、160;   式中:Tr—轉(zhuǎn)子時間常數(shù)；          P—微分算子，p=d/dt。 </p><p>　　圖1是該觀測模型的運算框圖。 </p><p>　　利用求得的Ψrα和Ψrβ可以很方便的計算出Ψr的幅值和相位。這種模型很適合于模擬控制，用運算放大器和乘法器就可以實現(xiàn)

69、；不涉及純積分項，而且低速的觀測性能強于后敘的電壓模型法。缺點是采用數(shù)字控制時，由于Ψrα和Ψrβ之間有交叉反饋關(guān)系，離散計算時可能會不收斂，而且高速時的性能也不如電壓模型法。</p><p>　　2.4.3矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)模型</p><p>　　一、矢量變換控制原理矢量控制的基本思路是以產(chǎn)生相同的旋轉(zhuǎn)磁動勢為準(zhǔn)則，將異步電動機在靜止三相坐標(biāo)系上的定子交流電流通過坐標(biāo)變換等效成同步

70、旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的直流電流并分別加以控制，從而實現(xiàn)磁通和轉(zhuǎn)矩的解藕控制，以達(dá)到直流電機的控制效果</p><p>　　三相異步電動機定子三相繞組嵌在定子</p><p>　　鐵芯槽中，在空間上互差120 ”電角度，當(dāng)在定子三相繞組上加三相交流電時，異步電動機在空間上產(chǎn)生的是旋轉(zhuǎn)磁場，根據(jù)直流電動機的電樞電流與磁場垂直，將異步電動機物理模型等效變換為M 、T 坐標(biāo)下的兩相繞組模型，如圖3 一2

71、所示。</p><p>　　該模型有兩個垂直的繞組：M 繞組和T 繞組，且以角速度。，在空間上旋轉(zhuǎn)。M 、T 繞組分別通以直流電流氣、毛。氣沿M 繞組軸線方</p><p>　　向產(chǎn)生磁勢，禮沿T 繞組軸線方向產(chǎn)生磁勢。氣與禮相互垂直，而且分別可調(diào)、可控，當(dāng)瓜保持恒定不變，控制毛即可很方便地控制電動機的轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　由異步電動機兩相繞組模型可得出矢量

72、變換控制的思路是：把異步電動機的三相繞組等效為在空間上互相垂直的兩個靜止的。、刀繞組，三相繞組的電流和兩相。、刀繞組電流有固有的變換關(guān)系。再經(jīng)過旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，將兩相靜止。、刀繞組電流，等效變換為磁場方向與M 軸、T 軸方向一致的同步旋轉(zhuǎn)兩相M 、T 繞組電流。這樣，通過控制M 軸，T 軸兩個方向的電流大小來等效地控制三相電流七、幾、ic 的瞬時值，從而調(diào)節(jié)電機的磁場與轉(zhuǎn)矩以達(dá)到調(diào)速的目的。矢量控制，具體是將異步電動機的定子電流矢量分解

73、為產(chǎn)生磁場的電流分量瑞（勵磁電流）和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量右（轉(zhuǎn)矩電流）分別加以控制，同時控制兩分量間的幅值和相位，即控制定子電流矢量，所以稱這種控制方式為矢量控制方式。矢量控制又分為無速度傳感器的矢量控制和有速度傳感器的矢量控制</p><p>　　無速度傳感器的矢量控制如圖3 一3 所示：</p><p>　　如果在生產(chǎn)要求不是十分高的情形下，采用無速度傳感器的矢量控制變頻調(diào)速是非常合適的

74、，其控制結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高</p><p>　　帶速度傳感器的矢量控制如圖3 一4 所示：</p><p>　　帶速度傳感器的矢量控制變頻調(diào)速是一種比較理想的變頻調(diào)速控制方式。主要優(yōu)點包括：( 1 ）可以從零轉(zhuǎn)速起進(jìn)行速度控制，即在低轉(zhuǎn)速下亦能可靠20 </p><p>　　運行，調(diào)速范圍很寬廣，可達(dá)100 : 1 或1000 : 1 ; ( 2 ）可以對轉(zhuǎn)矩實行精

75、確控制；( 3 ）系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度快；( 4 ）電動機的加速度特性好。二、矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)原理異步電動機矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)原理圖如圖3 一5 所示，在圖中帶有＊號的變量為給定值，其余變量為真實值。PG 為增量式轉(zhuǎn)子角速度。，利用。與?！钠钚盘枴?。經(jīng)過速度調(diào)節(jié)器計算可得到轉(zhuǎn)矩分量Te * ，由前節(jié)矢量控制基本方程可求出‘，勵磁分量電流心由給定主磁通‘經(jīng)相關(guān)計算取得；心和‘經(jīng)過MT / ABC 變換即可

76、得三相交流給定電流兀，刃，萬。它們與定子實際電流i 。，耘，i 。相減可得到電流誤差信號；并通過電流調(diào)節(jié)器得到代，呱，叮三相脈沖控制電壓，驅(qū)動逆變器輸出有足夠功率的三相交流電，達(dá)到變頻調(diào)速的目的。這種控制方式調(diào)速范圍寬，啟動轉(zhuǎn)矩大，工作可靠，操作方便。</p><p>　　3礦井提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)的實現(xiàn)</p><p>　　3.1單片機－變頻器構(gòu)成的調(diào)速系統(tǒng)</p><

77、;p>　　礦井提升機矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3 一1 所示。該系統(tǒng)包含速度、電流兩環(huán)控制系統(tǒng)，其中速度外環(huán)是由單片機與速度檢測電路、電動機轉(zhuǎn)向判別電路、位置檢測電路、軸脈沖編碼器組成，電流內(nèi)環(huán)是由單片機與霍爾傳感器、隔離放大電路、PWM 輸出電壓互鎖驅(qū)動電路及光電隔離電路組成。除此之外，共用片外8KRAM6264 。變頻器選擇交一直一交電壓型通用變頻器。單片機對速度環(huán)主要完成轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)差調(diào)節(jié)的數(shù)字實現(xiàn)，提供指令信號瑞im1

78、 ’、ir1 ’、ω, 然后根據(jù)矢量變換原理實現(xiàn)腳MT/ABC變換，產(chǎn)生定子電流給定值J 、斌、ic * 作為電流環(huán)的初始值，以上可由程序?qū)崿F(xiàn)。與霍爾傳感器測得的實際電流相比較后得到的電流偏差值送入電流滯環(huán)控制器，輸出PWM 電壓波形直接驅(qū)動逆變器的門級電路，控制變頻器輸出的定子三相電流頻率實現(xiàn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速跟蹤給定值運行。選用高性能單片機80C196MC 作為與變頻器相連的微處理器［02 ］。80C196MC 是INTEL 公司于1 99

79、2 年推出的最新一代單片機，是真正的16 位微控制器。該單片機特別適用于電動機和反向器等高速控制領(lǐng)域，具有性能高，功能全，用戶使用方便等</p><p>　　巧存器為16 位，對外數(shù)據(jù)通道為8 位，具有7 個8 位FO 口，1 個13 路A 心轉(zhuǎn)換器，一個串行處理器陣列（EPA ) ，中斷系統(tǒng)中具有一個特殊的外圍事件服務(wù)器( P Ts ）系統(tǒng)，兩個16 位定時器，一個三相波形發(fā)生器（WG ）、一個PWM 脈寬調(diào)制

80、單元，高效的指令系列以及SK 可加密的EPROM 。由它構(gòu)成的系統(tǒng)體積小、功耗低、可靠性高。</p><p>　　3.1.1速度閉環(huán)結(jié)構(gòu)</p><p>　　用EGC 一CWZSC 軸脈沖編碼器，它是一種增量式光電編碼器，不僅可以檢測電機轉(zhuǎn)速，而且還可以測定電機的轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)子相對于定子的位置［05 ] [ 23 ］。增量式光電編碼器的結(jié)構(gòu)如圖3 一2 所示。它有三組輸出信號，相應(yīng)的有三組光電

81、轉(zhuǎn)換元件，當(dāng)轉(zhuǎn)動盤上的槽與固定盤上的槽重合時，位于固定盤后面的光敏元件可接收到來自轉(zhuǎn)動盤側(cè)相應(yīng)發(fā)光元件的光，然后轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，?dāng)轉(zhuǎn)動盤隨電機軸轉(zhuǎn)動時，該編碼器可輸出三組電壓信號，經(jīng)過整形后三相輸出波形如圖所示，Z 相信號用來定位，因為Z 相在轉(zhuǎn)動盤上只有一個對應(yīng)的槽，故每轉(zhuǎn)一周僅有一個Z 相脈沖，對應(yīng)于轉(zhuǎn)子的一個固定位置。根據(jù)不同瞬時A 相或B 相輸出信號相對于Z 相定位脈沖的相位關(guān)系，便可確定該瞬時轉(zhuǎn)子相對于定子的位置。A 相和B 相

82、輸出信號可用于測定電機轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。由于A 相和B 相輸出信號的頻率與轉(zhuǎn)速成正比，故可通過在給定時間內(nèi)對輸出脈沖記數(shù)而求得轉(zhuǎn)速。通過對A 相脈沖上升沿和下降沿檢測電路可得對應(yīng)于上升沿和下降沿的脈沖信號AA 和△ A ，使其分別與B 相信號相與，可獲得反映正轉(zhuǎn)的信號和反轉(zhuǎn)的信號。單片機80C196MC 的P4 . 5 與RUN </p><p>　　3.1.1.2速度檢測原理及電路</p><p&

83、gt;　　M/T法測速的原理如圖3-3所示。其中T0由一個定時器定時，其值是不變的。</p><p>　　檢測檢測周期T由T0結(jié)束后脈沖編碼器輸出的第一個脈沖編碼器輸出的第一個</p><p>　　脈沖來決定，即T=T0+△T。設(shè)在檢測周期內(nèi)，被測軸的轉(zhuǎn)角為θ（單位為弧度），</p><p><b>　　則</b></p><

84、;p>　　θ=2πnT/60…………………………………………(3-1)</p><p>　　若脈沖編碼器每轉(zhuǎn)發(fā)Pn個脈沖，在周期T內(nèi)發(fā)出的脈沖數(shù)為m1，則轉(zhuǎn)角θ又可表示為</p><p>　　θ=2πm1/Pn……………………………………… （3-2）</p><p>　　設(shè)時鐘脈沖頻率f，在周期T內(nèi)，對時鐘脈沖的計數(shù)值為m2，則周期</p>&

85、lt;p>　　T=m2/f………………………………………………（3-3）</p><p><b>　　由三式便可求出轉(zhuǎn)速</b></p><p>　　n=60fm1/pnm2………………………………………（3-4）</p><p>　　圖3-3 M/T法測速原理圖</p><p>　　M / T 法測速電路如圖3

86、一4 所示。主要由82C54 可編程定時／計數(shù)器、74HC74 雙D 觸發(fā)器和單片機80C196MC 及EGC 一CWZSC 軸脈沖編碼器組成。</p><p>　　17 82C54 是INTEL 公司為微型計算機設(shè)計的一種可編程的定時／計數(shù)器芯片，它有3 個獨立的16 位計數(shù)器。每個計數(shù)器可按照二進(jìn)制或二一十進(jìn)制計數(shù)，可由程序設(shè)定6 種不同的方式工作，所有的輸入輸出都與TTL 兼容。82C54 的定時器T0 用

87、于定時時間T0 的計時；定時器Tl 用于計算在檢測時間T 內(nèi)的ml 的個數(shù)；定時器乃用于計算在檢測時間T 內(nèi)的mZ 個數(shù)。當(dāng)82C54 初始化后，三個定時器的輸出端outo 一outZ 置零，使D 觸發(fā)器的輸入端為O 。首先，SOC196MC 輸出的P2 . 4 一O , SDI 一O , CDI 一l ，互＝O ，使82C54 的門控端G 。＝Gl = GZ = O ，計數(shù)器不工作。同時CDZ = O , SDZ = l , QZ =

88、 O ，使SOC196MC 的外部中斷輸入端乙罰了刀7 蘭O ，不產(chǎn)生中斷申請。當(dāng)P2 . 4 = l 時啟動82C54 ，此時SDI 一1 , Dl 一O ，當(dāng)有編碼器脈沖從CLKI 端輸入時亙二1 ，使G0 一Gl 一GZ 一1 ，三個定時器開始計數(shù)。這時DZ = O ，以幾＝l ，必＝O 仍不提出中斷申</p><p>　　3.1.2電流閉環(huán)結(jié)構(gòu)</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換電流環(huán)

89、處理</p><p>　　系統(tǒng)使用高靈敏度的霍爾傳感器作為電機三相電流實際值檢測元件，經(jīng)隔離放大電路處理后直接送至A / D 轉(zhuǎn)換器中（PO 口），不需設(shè)外部A / D 轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換速度可由程序設(shè)定。為實現(xiàn)電流環(huán)的快速性，將A / D 轉(zhuǎn)換設(shè)成PTS （外圍事件服務(wù)器）方式，PTS 提供了一個微程序的中斷處理器，可替代正常的中斷服務(wù)程序。除去PTS 初始化所占很少的時間外，A / D 轉(zhuǎn)換將由PTS 啟動完成，這

90、段時間CPu 可處理電流環(huán)</p><p>　　電流跟蹤型PWM 逆變原理系統(tǒng)變頻器的控制方法采用電流跟蹤策略，通過采樣定子電流來控制電機轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，所以電流跟蹤特性是實現(xiàn)方案的關(guān)鍵。速度環(huán)計算出給定電流劫’、J 與實際電流值相比較，其偏差經(jīng)滯環(huán)比較器（DHC ) ，控制逆變器某相上下兩個橋臂的IGBT 通或斷，原理框圖如3 一8 所示。滯環(huán)比較器的環(huán)寬為2 imax，其中imax是設(shè)定的最大電流偏差。以A相為例

91、，當(dāng)實際相電流超過給定電流且偏差</p><p>　　達(dá)到△imax 時，滯環(huán)比較器的輸出使A 相上橋臂的晶體管關(guān)斷，經(jīng)過必要的保護(hù)延時后，下橋臂晶體管導(dǎo)通，故輸出電壓由＋Usl2 習(xí)2 切換到-Usl2 ，電流開始下降。同理當(dāng)實際電流降到比給定值低△imax 時，下橋臂晶體管關(guān)斷，上橋臂晶體管導(dǎo)通，電流再上升。如此反復(fù)迫使實際電流不斷跟蹤給定電流波形，僅在允許偏差范圍內(nèi)稍有波動。電流控制的精度與滯環(huán)比較器的環(huán)

92、寬有關(guān)，同時還受到功率器件開關(guān)頻率的制約。環(huán)寬選得過大時，可降低開關(guān)頻率，但電流波形失真較多，諧波成分較大； 如果環(huán)寬太小，電流波形雖然較好，卻會使開關(guān)頻率增大，有時還可能引起電流超調(diào)，反而會增大跟蹤誤差。所以環(huán)寬的正確選擇是很重要的。環(huán)寬的大小根據(jù)所用功率器件的允許開關(guān)頻率而定，所以必須討論環(huán)寬h （即△max ）與開關(guān)頻率f 間的關(guān)系。為方便分析，作以下假設(shè)：① 為防止同一橋臂內(nèi)兩開關(guān)器件同時導(dǎo)通而設(shè)置的死區(qū)時間粉可

93、忽略不計；② 考慮到逆變器開關(guān)頻率較高，電機定子漏感的作用遠(yuǎn)大于定子電阻的作用，可忽略定子電阻的影響。設(shè)電流給定值為i ' = A sinωt ，由圖3 一8 可得到以下二式</p><p>　　由式（3 一12 ）可以看出，采用電流滯環(huán)跟蹤控制時，電力電子器件的開關(guān)頻率與環(huán)寬2h 成反比，環(huán)寬的選擇應(yīng)使最大開關(guān)頻率小于所用器件的允許開關(guān)頻率。并且開關(guān)頻率還隨Ea 和di * / dr 變化。反電動勢Ea

94、 決定于電機的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速越低Ea 就越小，石也就越大，因此最大的開關(guān)頒率發(fā)生在堵轉(zhuǎn)情祝，此時Ea = O , 式（3 一12 ）變成</p><p>　　由于給定電流是正弦函數(shù)，i*= Asinωt，其導(dǎo)數(shù)為di*/dt= Asinωt</p><p>　　則在一個周期的不同時刻，導(dǎo)數(shù)di*/dt在0到正負(fù)Aω之間不斷變化，賭轉(zhuǎn)開關(guān)頻率的最大與最小值為</p><p&g

95、t;　　電流滯環(huán)跟蹤精度高，相應(yīng)快，且易實現(xiàn)。只要保證在電機賭轉(zhuǎn)時給定電流峰值處的幾個瞬間決定的最高開關(guān)頻率，不超過器件的允許開關(guān)頻率即可。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　本文所作的主要研究工作是針對當(dāng)前大多數(shù)中、小型礦井礦山提升機調(diào)速電控系統(tǒng)采用交流繞線式電機串電阻調(diào)速當(dāng)中存在的提升機調(diào)速性能差、故障率高、能耗大等問題展開的。借助于現(xiàn)

96、已成熟的變頻調(diào)速技術(shù)，并嘗試將可編程控制器（PLC）強大的控制功能與變頻技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用于礦山提升機電控系統(tǒng)中，以求能夠改善礦山提升機電控系統(tǒng)性能。在本文中主要探討了PLC所要完成的保護(hù)控制功能及其極為重要的提升機速度控制理論與實現(xiàn)。并借助于MATLAB強大的動態(tài)仿真平臺Simulink對矢量控制的三相異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)做了仿真。為變頻調(diào)速控制的實現(xiàn)準(zhǔn)備了理論的基礎(chǔ)。全文主要工作如下：</p><p>　　2

97、 、提升機速度控制理論分析及抗干擾保護(hù) 礦井提升機在礦山生產(chǎn)中不僅承擔(dān)著運送煤及其它物料的作用，還經(jīng)常被用來接送上下班的工人，因此在保證提升機的安全性之外舒適性也很重要。本文對這種理想的S 形速度曲線在提升機調(diào)速控制系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行分析論證，確定采用S 形速度控制方式能夠進(jìn)一步提高提升機運行的安全性、舒適性。為了保證其安全生產(chǎn)，在系統(tǒng)設(shè)計上采用隔離、濾波、屏蔽、接地等抗干擾措施。安全回路采用軟件安全回路和繼電器硬件安全回路雙重冗

98、余結(jié)構(gòu)。雖然經(jīng)過以上的設(shè)計和研究本調(diào)速控制系統(tǒng)能用于礦山的實際生產(chǎn)，但在功能上及控制的精度上和同類先進(jìn)產(chǎn)品還有一定的差距，還需要在后續(xù)工作中進(jìn)一步完善。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]《電氣控制與PLC應(yīng)用》 范永勝，王岷 中國電力出版社</p><p>　　[2]《變

99、頻器原理及應(yīng)用指南》 吳忠智 吳加林 中國電力出版社</p><p>　　[3]《變頻器應(yīng)用經(jīng)驗》 張選正，張金遠(yuǎn) 中國電力出版社</p><p>　　[4]《電氣控制與可編程控制器技術(shù)》 史國生 化學(xué)工業(yè)出版社</p><p>　　[5]《電機與電氣控制》

100、 劉明偉，馬宏革 科學(xué)出版社</p><p>　　[6]《變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用》 王樹 機械工業(yè)出版社</p><p>　　[7]《交流調(diào)速系統(tǒng)》 陳伯時，吳子岳 機械工業(yè)出版社</p><p>　　[8]《機電傳動控制》