原副井提升機係統采用交流電動機轉子回路串電阻調速
，JD-BP37-280T型（280KW/6KV）gaoyatishengjibianpinqi

，duifujingtishengjixitongjinxingxitonggaizao。jiaoliudiandongji，shijiangdiannengzhuanbianweijixienengdeyizhongjiqi。jiaoliudiandongjizhuyaoyouyigeyongyichanshengcichangdediancitieraozuhuofenbudedingziraozuheyigexuanzhuandianshuhuozhuanzizucheng。diandongjiliyongtongdianxianquanzaicichangzhongshoulizhuandongdexianxiangerzhichengde。jiaoliudiandongjiyoudingzihezhuanzizucheng，bingqiedingzihezhuanzishicaiyongtongyidianyuan，suoyidingzihezhuanzizhongdianliudefangxiangbianhuazongshitongbude，jixianquanzhongdedianliufangxiangbianle，tongshidiancitiezhongdedianliufangxiangyebian
，genjuzuoshoudingze
，xianquansuoshoucilifangxiangbubian，xianquannengjixuzhuanxiaqu。jiaoliufadongjijiushiliyongzhegeyuanliergongzuode。

 

 

 

1.1.1 礦用提升機

 

 

1.1.2 減速器

 

 

1.1.3 三相異步電動機

 

 

 

在加速過程中，交流接觸器KM1

、KM2、KM3
、KM4逐(zhu)級(ji)吸(xi)合(he)，轉(zhuan)子(zi)回(hui)路(lu)電(dian)阻(zu)依(yi)次(ci)減(jian)小(xiao)，以(yi)保(bao)證(zheng)加(jia)速(su)力(li)矩(ju)的(de)平(ping)均(jun)值(zhi)不(bu)變(bian)。如(ru)果(guo)要(yao)求(qiu)電(dian)動(dong)機(ji)低(di)速(su)運(yun)行(xing)


，則(ze)需(xu)在(zai)轉(zhuan)子(zi)回(hui)路(lu)串(chuan)較(jiao)大(da)電(dian)阻(zu)。為(wei)了(le)解(jie)決(jue)減(jian)速(su)段(duan)的(de)負(fu)力(li)要(yao)求(qiu)，通(tong)常(chang)采(cai)用(yong)動(dong)力(li)製(zhi)動(dong)方(fang)案(an)，即(ji)將(jiang)定(ding)子(zi)側(ce)的(de)高(gao)壓(ya)電(dian)源(yuan)切(qie)除(chu)

，施(shi)加(jia)直(zhi)流(liu)電(dian)壓(ya)，或(huo)在(zai)定(ding)子(zi)繞(rao)組(zu)上(shang)施(shi)加(jia)低(di)頻(pin)電(dian)源(yuan)，讓(rang)電(dian)動(dong)機(ji)工(gong)作(zuo)在(zai)發(fa)電(dian)伏(fu)態(tai)。交(jiao)流(liu)接(jie)觸(chu)器(qi)是(shi)廣(guang)泛(fan)用(yong)作(zuo)電(dian)力(li)的(de)開(kai)斷(duan)和(he)控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)。它(ta)利(li)用(yong)主(zhu)接(jie)點(dian)來(lai)開(kai)閉(bi)電(dian)路(lu)，用(yong)輔(fu)助(zhu)接(jie)點(dian)來(lai)執(zhi)行(xing)控(kong)製(zhi)指(zhi)令(ling)。主(zhu)接(jie)點(dian)一(yi)般(ban)隻(zhi)有(you)常(chang)開(kai)接(jie)點(dian)，而(er)輔(fu)助(zhu)接(jie)點(dian)常(chang)有(you)兩(liang)對(dui)具(ju)有(you)常(chang)開(kai)和(he)常(chang)閉(bi)功(gong)能(neng)的(de)接(jie)點(dian)
，小(xiao)型(xing)的(de)接(jie)觸(chu)器(qi)也(ye)經(jing)常(chang)作(zuo)為(wei)中(zhong)間(jian)繼(ji)電(dian)器(qi)配(pei)合(he)主(zhu)電(dian)路(lu)使(shi)用(yong)。交(jiao)流(liu)接(jie)觸(chu)器(qi)的(de)接(jie)點(dian)，由(you)銀(yin)鎢(wu)合(he)金(jin)製(zhi)成(cheng)
，具(ju)有(you)良(liang)好(hao)的(de)導(dao)電(dian)性(xing)和(he)耐(nai)高(gao)溫(wen)燒(shao)蝕(shi)性(xing)。當(dang)線(xian)圈(quan)通(tong)電(dian)時(shi)，靜(jing)鐵(tie)芯(xin)產(chan)生(sheng)電(dian)磁(ci)吸(xi)力(li)，將(jiang)動(dong)鐵(tie)芯(xin)吸(xi)合(he)，由(you)於(yu)觸(chu)頭(tou)係(xi)統(tong)是(shi)與(yu)動(dong)鐵(tie)芯(xin)聯(lian)動(dong)的(de)，因(yin)此(ci)動(dong)鐵(tie)芯(xin)帶(dai)動(dong)三(san)條(tiao)動(dong)觸(chu)片(pian)同(tong)時(shi)運(yun)行(xing)，觸(chu)點(dian)閉(bi)合(he)，從(cong)而(er)接(jie)通(tong)電(dian)源(yuan)。當(dang)線(xian)圈(quan)斷(duan)電(dian)時(shi)
，吸(xi)力(li)消(xiao)失(shi)
，動(dong)鐵(tie)芯(xin)聯(lian)動(dong)部(bu)分(fen)依(yi)靠(kao)彈(dan)簧(huang)的(de)反(fan)作(zuo)用(yong)力(li)而(er)分(fen)離(li)，使(shi)主(zhu)觸(chu)頭(tou)斷(duan)開(kai)，切(qie)斷(duan)電(dian)源(yuan)。

 

這種拖動方案存在的問題是：

 

（1）開環有級調速


，加速度難以準確控製
，調速精度差；

 

（2）觸點控製，大量使用大容量開關，係統維護工作量大，可靠性差

；

 

（3）運行效率低
，在低速時大部分功率都消耗在電阻上；

 

（4）電機的機械特性偏軟，一般電阻上消耗的功率約為電動機輸出功率的20%—30%
；

 

（5）接觸器經常吸合與斷開，噪音比較大。雖然這種調速方案控製方式簡單、初期設備投資較低


，但技術性能和運行效率低，許多中小礦井的提升機仍采用該種調速方案。

 

圖1：轉子回路串電阻調速係統
 

 

 

JD-BP37係列高壓變頻調速係統的結構由移相變壓器、功率單元和控製器組成。6KV係列有18個功率單元，每6個功率單元串聯構成一相。

 

 

圖2：功率單元電路

 

每個功率單元結構上完全一致，可以互換，其主電路結構有圖2所示，為基本的交-直-交雙向逆變電路。圖中通過整流橋進行三相全橋方式整流，整流後的給濾波電容充電，確定母線電壓，通過對逆變塊B中的IGBT逆變橋進行正弦PWM控製實現單相逆變。當電機進入發電狀態後，逆變塊B中的二極管完成續流外，又起全波整流，使能量能夠轉移到濾波電容中，結果母線電壓升高
，達到一定程度後，啟動逆變塊A，進行SPWM逆變
，通過輸入電感，返回到移相變壓器的次極，通過變壓器將能量回饋到電網。SPWM（Sinusoidal PWM）法是一種比較成熟的，目前使用較廣泛的PWM法。前麵提到的采樣控製理論中的一個重要結論：衝量相等而形狀不同的窄脈衝加在具有慣性的環節上時，其效果基本相同。SPWM法就是以該結論為理論基礎
，用脈衝寬度按正弦規律變化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波(bo)形(xing)控(kong)製(zhi)逆(ni)變(bian)電(dian)路(lu)中(zhong)開(kai)關(guan)器(qi)件(jian)的(de)通(tong)斷(duan)，使(shi)其(qi)輸(shu)出(chu)的(de)脈(mai)衝(chong)電(dian)壓(ya)的(de)麵(mian)積(ji)與(yu)所(suo)希(xi)望(wang)輸(shu)出(chu)的(de)正(zheng)弦(xian)波(bo)在(zai)相(xiang)應(ying)區(qu)間(jian)內(nei)的(de)麵(mian)積(ji)相(xiang)等(deng)，通(tong)過(guo)改(gai)變(bian)調(tiao)製(zhi)波(bo)的(de)頻(pin)率(lv)和(he)幅(fu)值(zhi)則(ze)可(ke)調(tiao)節(jie)逆(ni)變(bian)電(dian)路(lu)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)的(de)頻(pin)率(lv)和(he)幅(fu)值(zhi)。

 

 

本機中移相變壓器的副邊繞組分為三組，構成36脈衝整流方式；這種多級移相疊加的整流方式可以大大改善網側的電流波形，使其負載下的網側功率因數接近1，輸入電流諧波成分低。實測在90%-105%額定輸入電壓額定電流下
，輸入電流總相對諧波含量小於4%.

 

另外，由於變壓器副邊繞組的獨立性，使每個功率單元的主回路相對獨立，類似常規低壓變頻器，便於采用現有的成熟技術。

 

 

輸出側由每個單元的U
、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機供電，通過對每個單元的PWM波形進行重組
，可得到如圖3所示的階梯PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，可減少對電纜和電機的絕緣損壞，無須輸出濾波器就可以使輸出電纜長度很長，電機不需要降額使用，可直接用於舊設備的改造；同時，電機的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機械振動，減小了軸承和葉片的機械應力。

 

圖3：變頻器輸出的線電壓階梯PWM波形
 

 

控製器是按照預定順序改變主電路或控製電路的接線和改變電路中電阻值來控製電動機的啟動、調速、製動和反向的主令裝置。控製器是整個CPU的指揮控製中心，由指令寄存器IR（InstructionRegister）
、程序計數器PC（ProgramCounter）和操作控製器0C（OperationController）三個部件組成
，對協調整個電腦有序工作極為重要。

 

控製器核心由高速32位數字信號處理器（DSP）運算來實現，精心設計的算法可以保證電機達到最優的運行性能。人機界麵提供友好的全中文WINDOWS監控和操作界麵，同時可以實現遠程監控和網絡化控製。內置PLC控kong製zhi器qi用yong於yu櫃gui體ti內nei開kai關guan信xin號hao的de邏luo輯ji處chu理li，以yi及ji與yu現xian場chang各ge種zhong操cao作zuo信xin號hao和he狀zhuang態tai信xin號hao的de協xie調tiao
，可ke以yi和he用yong戶hu現xian場chang靈ling活huo接jie口kou
，滿man足zu用yong戶hu的de特te殊shu需xu要yao，增zeng強qiang了le係xi統tong的de靈ling活huo性xing。

 

數字信號處理器（DSP）相對於模擬信號處理有很大的優越性
，表現在精度高、靈活性大

、可靠性好、易於集成
、易於存儲等方麵。傳數字信號處理是一門涉及許多學科而又廣泛應用於許多領域的新興學科。20世紀60niandaiyilai，suizhejisuanjihexinxijishudefeisufazhan，shuzixinhaochulijishuyingyunershengbingdedaoxunsudefazhan。shuzixinhaochulishiyizhongtongguoshiyongshuxuejiqiaozhixingzhuanhuanhuotiquxinxi，laichulixianshixinhaodefangfa
，zhexiexinhaoyoushuzixuliebiaoshi。zaiguoqudeershiduonianshijianli，shuzixinhaochuliyijingzaitongxindenglingyudedaojiweiguangfandeyingyong。gaoxingnengDSP不僅處理速度快

，而且可以無間斷的完成數據的實時輸入與輸出。DSP結構相對單一，普遍采用彙編編程
，其處理完成時間的可預測性要比結構和指令複雜
、依賴於編譯係統的普通微處理器強的多。

 

另(ling)外(wai)，控(kong)製(zhi)器(qi)與(yu)功(gong)率(lv)單(dan)元(yuan)之(zhi)間(jian)采(cai)用(yong)多(duo)通(tong)道(dao)光(guang)纖(xian)通(tong)訊(xun)技(ji)術(shu)，低(di)壓(ya)部(bu)分(fen)和(he)高(gao)壓(ya)部(bu)分(fen)完(wan)全(quan)可(ke)靠(kao)隔(ge)離(li)，係(xi)統(tong)具(ju)有(you)極(ji)高(gao)的(de)安(an)全(quan)性(xing)，同(tong)時(shi)具(ju)有(you)很(hen)好(hao)的(de)抗(kang)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)性(xing)能(neng)
，並(bing)且(qie)各(ge)個(ge)功(gong)率(lv)單(dan)元(yuan)的(de)控(kong)製(zhi)電(dian)源(yuan)采(cai)用(yong)一(yi)個(ge)獨(du)立(li)於(yu)高(gao)壓(ya)係(xi)統(tong)的(de)統(tong)一(yi)控(kong)製(zhi)器(qi)，方(fang)便(bian)調(tiao)試(shi)

、維修、現場培訓，增強了係統的可靠性。

 

 

控製器有一套獨立於高壓電源的供電體係
，在不加高壓的情況下，設備各點的波形與加高壓情況基本相似
，給整機可靠性、調試、培訓帶來了很大方便。

 

係統采用三次諧波補償技術提高了電源電壓利用率，利用了調製信號預畸變技術，使電壓利用率近似於1.係統還采用了先進的載波移相技術，它的特點是單元輸出的基波相疊加
、諧波彼此相抵消。所以串聯後的總輸出波形失真特別小。多個單元迭加後的理論輸出波形如圖4所示（圖中是六單元疊加）。

 

圖4：6個單元輸出疊加後的波形

2.7 基本控製功能及特點

 

2.7.1 直流製動

 

本提升機用變頻器
，直流製動對提升係統的安全運行起到重要作用
，當重車在中間停車時
，PLC檢測到停機信號後給控製器發出信號，讓提升機由高速平滑地降到低速，然後由控製器發出直流製動信號
，使提升機停止，待PLC檢測到機械製動起作用的信號後，PLC發出信號讓控製器去掉直流製動信號
，使提升機靠機械抱閘一類的裝置起作用。啟動時，先對提升機施加一直流製動信號，PLC檢測到機械抱閘信號後發出信號給控製器去掉直流製動信號，然後由控製器加上啟動電壓讓提升機開始轉動。

 

2.7.2 運行速度的控製

 

weilejianshaoyunxingguochengzhongdejixiechongji，zaitishengjiqidonghetingzhiguochengzhong，zuodaojiasudulianxu
，yinbutongdepinlv，duiyingbutongdejiajiansusulv
，zaibenzhuangzhidekongzhizhong，jiangbutongpinlvshidejiajiansusulvguihuachengyigebiaoge，yunxingzhongyongzhabiaodefangfaquedingduiyingpinlvshidejiajiansusulv，shitishengjipinghuayunxing

，jianshaojixiechongji。

 

2.7.3 自動限速保護

 

在運行到終點時，由限速開關給出減速信號，PLCjiancedaojiansuxinhaohoufasonggeikongzhiqi，youkongzhiqiqidongzidongjiansuchengxu，shigongzuopinlvanshedingyaoqiuzhububianweidisuyunxing。tishengjidaiyoucesufadianji
，dangcesufadianjigeichuchaosuxinhao，PLC檢測該信號發送給控製器，進入自動減速運行。PLC主要是指數字運算操作電子係統的可編程邏輯控製器
，用於控製機械的生產過程。也是公共有限公司、電(dian)源(yuan)線(xian)車(che)等(deng)的(de)名(ming)稱(cheng)縮(suo)寫(xie)。可(ke)編(bian)程(cheng)邏(luo)輯(ji)控(kong)製(zhi)器(qi)，一(yi)種(zhong)數(shu)字(zi)運(yun)算(suan)操(cao)作(zuo)的(de)電(dian)子(zi)係(xi)統(tong)，專(zhuan)為(wei)在(zai)工(gong)業(ye)環(huan)境(jing)應(ying)用(yong)而(er)設(she)計(ji)的(de)。它(ta)采(cai)用(yong)一(yi)類(lei)可(ke)編(bian)程(cheng)的(de)存(cun)儲(chu)器(qi)
，用(yong)於(yu)其(qi)內(nei)部(bu)存(cun)儲(chu)程(cheng)序(xu)
，執(zhi)行(xing)邏(luo)輯(ji)運(yun)算(suan)
，順(shun)序(xu)控(kong)製(zhi)，定(ding)時(shi)，計(ji)數(shu)與(yu)算(suan)術(shu)操(cao)作(zuo)等(deng)麵(mian)向(xiang)用(yong)戶(hu)的(de)指(zhi)令(ling)，並(bing)通(tong)過(guo)數(shu)字(zi)或(huo)模(mo)擬(ni)式(shi)輸(shu)入(ru)/輸出控製各種類型的機械或生產過程。是工業控製的核心部分。

 

3.7.4 再生能量處理

 

圖5：再生能量處理示意圖

 

再生能量通過功率單元來處理
，見圖5所示。電機處於發電狀態，功率單元母線電壓Vbus升高，當母線電壓超過電網電壓的1.1倍時，CPU根據比較器和相位檢測的結果輸出六路SPWM波形，使逆變塊A中的IGBT工(gong)作(zuo)
，通(tong)過(guo)輸(shu)入(ru)電(dian)感(gan)，電(dian)動(dong)機(ji)的(de)再(zai)生(sheng)能(neng)量(liang)最(zui)後(hou)通(tong)過(guo)移(yi)相(xiang)變(bian)壓(ya)器(qi)回(hui)饋(kui)到(dao)電(dian)網(wang)

，裝(zhuang)置(zhi)充(chong)分(fen)利(li)用(yong)了(le)移(yi)相(xiang)變(bian)壓(ya)器(qi)對(dui)諧(xie)波(bo)的(de)抵(di)消(xiao)作(zuo)用(yong)，具(ju)有(you)對(dui)電(dian)網(wang)無(wu)諧(xie)波(bo)汙(wu)染(ran)、功率因數高、控製簡單

、損耗小
，返回到電網諧波小於5%.比(bi)較(jiao)器(qi)是(shi)對(dui)兩(liang)個(ge)或(huo)多(duo)個(ge)數(shu)據(ju)項(xiang)進(jin)行(xing)比(bi)較(jiao)
，以(yi)確(que)定(ding)它(ta)們(men)是(shi)否(fou)相(xiang)等(deng)

，或(huo)確(que)定(ding)它(ta)們(men)之(zhi)間(jian)的(de)大(da)小(xiao)關(guan)係(xi)及(ji)排(pai)列(lie)順(shun)序(xu)稱(cheng)為(wei)比(bi)較(jiao)。能(neng)夠(gou)實(shi)現(xian)這(zhe)種(zhong)比(bi)較(jiao)功(gong)能(neng)的(de)電(dian)路(lu)或(huo)裝(zhuang)置(zhi)稱(cheng)為(wei)比(bi)較(jiao)器(qi)。比(bi)較(jiao)器(qi)是(shi)將(jiang)一(yi)個(ge)模(mo)擬(ni)電(dian)壓(ya)信(xin)號(hao)與(yu)一(yi)個(ge)基(ji)準(zhun)電(dian)壓(ya)相(xiang)比(bi)較(jiao)的(de)電(dian)路(lu)。比(bi)較(jiao)器(qi)的(de)兩(liang)路(lu)輸(shu)入(ru)為(wei)模(mo)擬(ni)信(xin)號(hao)
，輸(shu)出(chu)則(ze)為(wei)二(er)進(jin)製(zhi)信(xin)號(hao)

，當(dang)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)的(de)差(cha)值(zhi)增(zeng)大(da)或(huo)減(jian)小(xiao)時(shi)，其(qi)輸(shu)出(chu)保(bao)持(chi)恒(heng)定(ding)。

 

 

 

由於副井絞車提升負載情況比較複雜
，因此，在調速階段進行了多種試驗
，以檢驗變頻器的性能。

 

3.1.1爬行速度試驗

 

全程速度為0.25m/s，運行平穩。

 

3.1.2提升常規物料試驗

 

全速提升或下放
，起車加速階段
、等速
、減速
、爬行各階段運行良好。

 

3.1.3提升人員運行試驗全速提升或下放

 

在起車加速
、勻速、減速、爬行等各階段運行良好。人員在罐籠內乘坐時，加
、減速階段重力增加和失重的感覺幾乎沒有，速度控製的各個階段運行感覺較為平穩。

3.1.4重載試驗

 

（1）上提：試驗低速爬行的拖動能力。負載在井口時上提爬行速度約為0.15m/s
；下放到井底後再次上提（重物在井底又增加了168×2米鋼絲繩約1噸重）
，采用合適的低頻補償量後正常起動
，爬行速度約為0.15m/s.重物上提全程運行時間由通常負載的54s增加65s，原因是低速爬行速度在重載條件下，爬行速度有所下降（由0.25m/s降為0.15m/s），造成了運行時間比常規提升重量狀態下運行時間有所增加。重物上提速度為5.77m/s（頻率為50.3Hz）；下放速度為5.88m/s（頻率為49.92Hz）。

 

（2）下放：低速爬行、加速、勻速、減速整個過程很正常，符合要求。重載提升（下放）試驗證明，變頻拖動係統提升力矩可滿足係統設計提升力矩要求。

 

 

（1）電流為雙向流動。

 

（2）抗擾性能強。在提升機的加、減速階段，直流電源電壓的最大動態降落或電壓超調不超過10%，擾動恢複時間不超過1秒。

 

（3）靜態功率因數穩定
，小於5%.

 

（4）交流側諧波電流小

，符合IEEE519規定，小於4%.

 

（5）變頻器在啟動過程中，啟動電流小於1.3倍額定電流。