矿用卡轨车直接转矩四象限变频调速控制系统
变频调速在矿山斜井提升机上的应用
变频调速在矿山斜井提升机上的应用张鞍生长沙有色冶金设计研究院摘要：论述了变频调速的优异性能完全可以满足矿山提升机传动装置所提出的各种要求，这些要求包括调速特性和特殊的行程控制性能。
对于提升机位势负载所要求的四象限运行则选配了DTC控制技术的变频器，它不但可以四象限运行，而且装置的功率因数高，没有特征谐波，虽然变频器本体价格高些，但省去了动态无功补偿和滤波装置的花费，整体装置占用空间也小些。
关键词：4象限运行DTC控制技术整流和逆变无功功率谐波Application of Variable Frequency Control in the Mine Incline HoistZhang AnshengAbstract: The paper describes the superior performance of variable-frequency control , quite fit for the mine hoist driving system in respect of speed control characteristics and special stroke control property. For the 4-quadrant operation required by hoist position load , DTC frequency converter is selected, as can not only perform 4-quadrant operation , but also offer high power factor without characteristic harmonic in spite of higher cost for the frequency converter .It can save the cost for dynamic reactive compensator and filter, and less space is required for the whole system.Keywords: 4-quadrant operation DTC control technology rectification and reverse conversion reative power harmonic1 引言矿井提升机是有色金属矿山生产过程中的重要设备。
6KV四象限变频器在矿井提升机上的应用
6KV四象限变频器在矿井提升机上的应用摘要：提升机是煤矿生产的主要设备，异步电机采用转子串电阻的方式调速，四象限矢量控制再生制动型的高压变频器，给大功率提升机调速带来了科技进步，主副井绞车安装四象限高压变频后运行效果良好，在试验、使用过程中，真正解决了重载下放问题，减速和重载下放产生的电能回馈电网，节电效果显著。
关键词：四象限高压变频器提升机矢量控制再生制动异步电动机1概述矿井提升机主要作用是提升人员、物料，提升绞车采用绕线式异步电动机，转子编码串电阻的方法调速，这种系统属于有级调速，低速转矩小，转差率大，启动电流和换挡电流冲击大，加之每钩提升重量都有可能改变，造成了提升系统在调速控制阶段速度控制较为困难，大量电能消耗在电阻上，而且停车位置不能很准确地定位，为改善提升系统运行的安全性、实现节能降耗和提高控制精度的目的；矿井提升机电控系统改造为四象限高压变频PLC电控系统。
四象限高压变频器运行，动态响应速度快，可以准确制动和定位，调速精度高，安全可靠性高。
2 四象限高压变频器工作原理四象限高压变频调速装置，采用先进的H桥串联高压变频理论，直接高-高结构，变频器的整流侧和逆变侧均采用IGBT模块，电机在电动状态时，能量从电网经整流回路和逆变回路流向电机，变频器工作在一、三象限，当电机工作在发电状态时，电机产生的能量通过逆变侧回馈到直流母线，当直流母线电压超过一定值，直流逆变成交流，通过控制逆变电压相位和幅值，将能量回馈到电网，变频器工作在二、四象限。
功率单元采用交-直-交变频技术，三相输入、单相输出，提高了工作可靠性。
功率器件采用进口IGBT模块，系统采用目前应用最成熟的PWM调节方式，系统具有极高的动态响应能力和最低的IGBT开关损耗，整流侧和逆变侧均采用IGBT模块实现四象限运行，制动时实现能量回馈电网，节省能源消耗。
3 四象限高压变频调速的主要效果1）节电效果好；电能再生循环利用，四象限再生制动型变频器能够在负力下放时使电能回馈电网，高压变频器每年能为矿提升系统节省电能消耗约20%~30%以上，避免电能以热量的形式耗费，同时也能有效解决变频器温升问题。
变频调速牵引采煤机的PLC控制系统
目录0 前言 (2)1 系统组成 (2)2 控制系统的设计与实现 (3)2.1 PLC控制电路 (3)2.2 触摸屏设计及其功能 (6)2.3 变频器及其控制策略 (7)3 系统软件设计 (8)4 结束语 (8)变频调速牵引采煤机的PLC控制系统杜宏举摘要:以提高采煤机可靠性和工作效率为目的设计了变频调速牵引采煤机.介绍了控制系统的总体组成和PLC的电气控制线路,并采用梯形图编程方法完成了PLC的软件编程.应用三菱公司的FX-PCS-DU-WIN-C 编程界面,编制了触摸屏的实时显示画面,实现了对采煤机工作状态的在线监测和故障诊断.两台变频器采用主/从控制方法,对左/右牵引电机进行一拖一控制,实现了牵引变频调速四象限运行。
关键词:采煤机;可编程序控制器;触摸屏;变频器;梯形图0 前言采煤机作为煤矿井下的主要综采设备,常工作在比较恶劣的环境当中.其所处环境一般粉尘较大,空气相对湿度较高,操作空间较小,所以对采煤机控制系统工作的安全性、可靠性、维护简便性要求较高.以前,采煤机多采用液压牵引或直流电牵引方式,电气控制系统中由于使用大量分立的继电器、接触器等电气元件作为控制元件,其接线繁杂,技术落后,故障点多.而采用可靠性较高的PLC和变频器开发采煤机电气控制系统已是目前的发展趋势,本文利用PLC、变频器并结合触摸屏设计了变频调速牵引采煤机电气控制系统,该系统能够对采煤机的工作状态进行在线监测,使采煤机运行在大倾角的工作面上更加稳定可靠,提高了采煤机的控制精度和故障诊断效率。
1 系统组成本系统的主要组成单元有:PLC、三块扩展A/D转换模块、主/从变频器、触摸屏、变频左/右牵引电动机、左/右截割电动机、电磁阀、信号检测电路、电气控制电路等.采煤机电气系统原理图如图1所示.系统采用日本三菱电气公司FX2N系列的PLC作为中央处理器,完成牵引电机转速的快速设定与无级调速、参数处理等功能.用三菱公司的扩展A/D 转换模块作为信号采集与测量单元,及时检测和反馈各种参数,实现对系统断电与保护功能.变频器采用ABB公司的ACS611系列构成主从变频调速方式,具有四象限运行的能力,实现牵引电机的正反转运行和回馈制动,变频电动机控制为直接转矩控(DTC)[1]方式.采用三菱触摸屏实时显示采煤机各种工作状态和主要参数,并能提供在线帮助信息和故障报警功能。
四象限变频调速
四象限变频调速在工业生产中，电机系统的控制和调速是十分重要的。
传统的电机驱动系统往往采用电阻调压、变频调速等方式，而四象限变频调速技术正是一种效率更高、响应更快的电机调速方法。
一、什么是四象限变频调速四象限变频调速是一种电机调速控制方法，可以实现正转、反转、减速、加速等功能。
这种调速方法可以让电机在四个象限内任意运动，极大地提高了电机的控制精度和灵活性。
二、四象限变频调速的原理四象限变频调速通过改变电机的频率和电压来控制电机的转速和扭矩。
其原理是通过变频器改变输入电压和频率，调整电机的转速。
通过反馈控制系统实时监测电机的运行状态，使得电机可以在任意速度下平稳运行。
三、四象限变频调速的优势1.高效节能：通过提高电机效率和减小功耗，节能效果显著。
2.运行稳定：调速精度高，可以保证电机在各种工况下稳定运行。
3.响应迅速：电机可以快速响应控制指令，加速和减速迅速。
4.可实现自动化控制：结合PLC、仪表等控制器，可以实现电机的自动化控制。
5.减小电机损耗：通过降低电机运行过程中的损耗，延长电机寿命。
四、四象限变频调速的应用四象限变频调速技术在各个领域均有广泛的应用，主要包括以下几个方面：1.工业生产：在食品加工、化工生产、机械加工等行业中，电机调速是必不可少的。
2.电梯和输送设备：电梯、输送机等场合中，四象限变频调速可以实现平稳运行、高效运输。
3.空调系统：通过变频调速技术可以实现空调系统的节能运行，提高空调系统的效率。
4.风电、水泵等领域：风电、水泵等需要根据外部条件调整转速的设备，也可以采用四象限变频调速实现。
五、结语四象限变频调速技术作为电机调速领域的一种创新技术，具有较高的应用价值和实用性。
通过合理的调速控制，可以提高电机的效率、稳定性和寿命，为工业生产和生活带来便利和效益。
大倾角采煤机四象限变频调速电气控制系统的设计策略
大倾角采煤机四象限变频调速电气控制系统的设计策略如果您文章需要安排多个作者请写下姓名第一：摘要：我国当前针对交流变频牵引采煤机进行使用的过程中，基本上都是在一些坡度比较平缓的工作面工作。
但是伴随着煤炭资源的储量降低，经常需要在一些煤层结构比较复杂的地区进行采煤处理，因此就需要进行相应的设备合理化的设计。
在本文的分析中，主要阐述了大倾角采煤机四象限变频调速电气控制系统的设计方法，为相关领域工作人员提供一定的技术参考。
关键词：变频交流采煤机；大倾角；四象限变频引言：在采煤工作开展的过程中，为了解决煤层结构复杂以及倾斜煤层数量不足的问题，就需要积极开发适合倾斜煤层开采的交流电牵引采煤机的设计方案，这样才可以适用在不同的地区当中，进行全面的采煤处理，也相应的解决传统建设过程中的问题。
1 系统结构与组成在系统的建设处理当中，基本上由三个较为独立的电控箱组成，分别为高压开关箱、变频器箱以及变压器箱组成。
其中变频器的设计中，内部涉及到PLC以及变频器，并在其他位置安装了一些辅助控制的元件。
在这样的设计方式下，才可以完成采煤机的电气控制。
在变压器箱内部，采用3300V的交流电源，之后将其转变为380V的交流电，这样可以提供两个变频器的电源。
特别是对于大倾角工作面的运行中，这样的系统基于西门子公司的内部原件，实现回馈是的自动化功能。
在进行实际的工作环节，可以实现对变频器的牵引电机的处理与运行，也相应的实现对四个象限的运行。
这样的设计模式下，可以避免采煤机在运行中出现下滑的问题，保障机械设备的安全性[1]。
而在主变频器当中的设计中，采用了通讯模块，这样可以利用与总线适配器的通讯，是相对变频器以及PLC之间的通讯处理。
在变频电动机的控制与运行中，这是利用直接转矩控制的方式，实现具体的处理效果。
基于西门子公司的PLC，当作主要的设备控制核心，控制采煤机的两个牵引电机进行启动、停止以及加速处理。
在这样的系统处理当中，要及时的采集与检测到具体的电机电流以及温度等一些模拟信号。
矿井提升机变频电控系统
一、变频器选型
1、二象限变频器系统组成及特点： 、二象限变频器系统组成及特点： 二象限变频器原理简图
• 变频器直流侧使用二极管整流，提供直流电源， 变频器直流侧使用二极管整流，提供直流电源， 能量不能回馈。 能量不能回馈。 • 采用制动斩波器加制动电阻解决电机减速的问题， 采用制动斩波器加制动电阻解决电机减速的问题， 如果电阻选择正确， 如果电阻选择正确，可以产生等同于电机加速时 相同的力矩，使电机减速。 相同的力矩，使电机减速。 • 逆变侧采用 逆变侧采用IGBT电流元件，性能优于 电流元件， 电流元件 性能优于GTO，使变 ， 频器功率能够达到300kVA以上，并且提高了可靠 以上， 频器功率能够达到 以上 性。
2、四象限变频器系统组成及特点 、 四象限变频器原理简图
• 直流侧采用动态前端代替二极管整流桥，可以根 直流侧采用动态前端代替二极管整流桥， 据电机负荷变化进行整流或者逆变， 据电机负荷变化进行整流或者逆变，直流电源端 本身就是一台变频器， 本身就是一台变频器，和输出逆变端变频器 BTB(BACK TO BACK)配置。 配置。 配置 • 由于能量可以直接反馈电网，不再需要制动单元 由于能量可以直接反馈电网， 和制动电阻，但是反馈电源质量没有保证， 和制动电阻，但是反馈电源质量没有保证，变频 器电源端需要增加电源滤波器， 器电源端需要增加电源滤波器，对回馈电源进行 滤波。 滤波。 • 两种方案运行效果完全相同，四象限方案节能效 两种方案运行效果完全相同， 果更显著。 果更显著。
3、限制电机力矩设 、 定： 电机力矩极限值在4 电机力矩极限值在 个象限内， 个象限内，均可以 单独设定， 单独设定，一般情 况下出厂设定为额 定力矩的200%，最 定力矩的 ， 大值可以设定为 300%。 。
煤矿矿用皮带变频自动化控制系统技术方案
矿用皮带机变频电控系统技术方案一、总体说明随着电力电子技术、控制技术和电力器件制作工艺的进步，变频器技术发展迅速，变频器在风机、水泵、提升机、皮带机等方面的应用已很成熟。
以前的矿用皮带输送机一般都采用工频拖动，液力耦合器传动，存在传动效率低、启动电流冲击及机械冲击大、无法功率平衡等问题，造成了系统运行不经济；皮带和液力耦合器磨损严重，维修及维护成本高；存在无功环流损耗。
因此对皮带运输机采用变频控制，能有效降低企业生产成本，提高企业经济效益；控制系统本身良好的控制性能和完善的保护环节能有效避免事故的发生和延长皮带机的使用寿命。
二、设计依据及设计原则2.1、本电控系统设备符合下列标准的规定和要求：1、《煤矿安全规程》2、《交流传动矿井提升机电控设备技术条件》<JB4263-86）；3、《交流电机半导体变频调速装置总技术条件》<GB12668-1990）；4、《电控设备第二部分装有电子器件的电控设备》<GB/T3797-1998）5、《电能质量公用电网谐波》<GB/T14549-1993）；6、现行国家电工委员会及其它有关标准；7、进口电气设备遵守国际电工委员会IEC标准；8、电控装置的静动态性能指标完全满足提升机的运行要求；9、电控装置能够承受提升机和通风机运行时的地坪振动；2.2设计依据电机参数型号：功率：2×280KW电压：660 V 数量：2台转速： 1490r/min运输机参数型号：运量：机长： 500m 带宽：1200mm带速：运行方式：上运角度：三、系统技术参数3.1、主要技术参数1）主回路电源电压： 660V2）.控制电机功率：2×280KW3）过载能力：150% 60s； 200% 5s4）调速范围：100：15）控制电源：220V\24V(无需单独提供，由电控内部变换）6）逻辑控制方式：PLC主控3.2、工作环境条件1）海拔高度不超过1000m2）环境温度不超过 -10～+40℃3）环境相对湿度不大于95%<25℃）4）无爆炸性气体<甲烷）和煤尘的环境中5）无强烈振动和冲击的地方6）无破坏金属和绝缘材料的腐蚀性气体的地方7）能防止水滴渗入的地方8）安装种类：Ⅲ类9）污染等级：3级。
煤矿提升机斜巷绞车四象限变频自动化控制技术方案
我们旳系统优势变频器采用美国ABB企业、日本富士和西门子企业旳高端工业产品。
ABB在业界是交流变频旳领跑者, 产品广泛用于全球高层大型直通电梯, 矿山主副井提高等安全规定严格旳场所。
变频器都配置专业提高控制器单元, 配合原厂提高宏, 具有刹车模块控制器, 大量用于高层大型直通电梯, 工业罐笼提高, 煤矿主副井, 斜巷轨道绞车等安全规定严格旳场所。
PLC控制单元采用德国西门子S7系列CPU, 该CPU旳性能和稳定性在国际上受到很高旳评价。
整套系统构造合理, 采用原则工业现场总线, 符合国际原则, 可随时并入全矿旳无人值守自动化生产系统。
设计为双CPU备份, 一台出现故障, 可以自动切换到此外备用PLC 上, 变频失效自动切换到手动模式, 电源自动切换, 做到保险系数双备份, 大大提高安全系数。
本产品集现代化计算机技术、防爆技术、变频技术和热管散热技术为一体旳高科技产品, 尤其是四象限型变频器, 具有世界先进旳技术水平, 当提高机重物下方时, 可将电动机发电能量返馈回电网, 提高了下方操作安全性旳同步节省了大量电能。
目录1 您旳新选择-绞车变频调整控制系统 (3)2 可依赖旳技术 (4)3 系统构成 (5)4 系统旳长处 (9)5 使用特点 (11)6 工作原理 (16)7 先进旳电机控制方式 (18)8 我们更先进旳 (20)9 我们旳服务 (21)10 设备清单 (24)煤矿井下防爆运送绞车肩负着运送人员、材料和矸石旳任务, 是煤矿生产旳重要设备。
目前国内普遍采用旳调速措施是采用在电动机转子回路内接入金属电阻, 用鼓形控制器逐段切除电阻来到达调速旳目旳。
电阻调速控制装置旳缺陷有: 隔爆电阻箱能耗大, 散热难以处理, 且占用了极大旳峒室旳面积, 增长了开拓费用；电阻调速属有级调速, 开环控制, 调速范围小, 精度低, 安全性能差；在减速和下放时, 需投切动力制动直流电源或低频电源, 易导致设备损坏, 且挥霍了大量旳电能；此外, 原有旳控制系统保护不够齐全, 安全可靠性差。
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轨 车 的多 段恒 加速 和 恒减 速 控制 ， 很好 地 防 止卡 能 轨 车 的 过放 和 过卷 事 故 发 生 ，可 实 现 电 机 的软 启 动， 安全 可 靠 ， 频 转 矩 大 ， 速 范 围广 ， 低 调 功率 因数 高 ， 波含 量 低 ， 谐 克服 了传 统 的转 子 串电 阻 调速 造 成 的能量 浪 费 ， 且 能将 下 放和 制 动时 产 生 的势 能 并
际运载 能力 和 负载 大 小无 级调 节 运输 速 度 。 作 台 操 上 设有 数 字转 速表 、 字 电流 表 、 字 电压 表 ， 以 数 数 用
显 示卡 轨 车转 速 ， 电机 电流 和 电源 电压 。该 控 制 系
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
统设计了三种工作方式 ， 即手动工作方式 、 自动控
收 稿 日期 ：０ １ ０ — ５ ２ １ － ８ １
摘
要： 结合山西潞宁煤业有限责任公 司卡轨 车四象限变频调速 系统的设计与实施 ， 介绍 了控 制系统的硬 件组成、
软件 实现等内容。现 场应 用表 明 ， 系统完全满足 山西潞 宁煤业有 限责任公 司卡轨 车的控制要求 ， 该 有一定的先进性 ， 值
得推广应用。
关键词 ： 直接转矩 ； 四象限； 卡轨车 ； 变频 器； 制 系统 控
制 方式 、 动工 作 方式 ， 种 控 制方 式 转换 灵 活 ， 点 各 有 效 地保 证 了辅 助运 输 系统 工 作 的连 续性 。 轨车 进 卡
码 器 １Ｚ Ｆ １Ｂ Ｃ ４ ：Ｘ 一 ０ Ｍ— ２ Ｃ增 量式 集 电极 开路 输 出 ， 每 转 输 出脉 冲数 １０ 电源 电压 Ｄ ２ Ｖ。 ０， Ｃ４
中 图分 类 号 ：Ｄ ２ Ｔ ５４ 文献 标 识 码 ： Ａ
１ 概 述
卡 轨 车 牵 引 力 大 、 坡 能 力 强 ， 代 了传 统 的 爬 替 小 绞车 接 力运 输 ， 大提 高 了煤 矿生 产 的安 全性 能 大 和运 输 效 率 。 矿用 卡 轨车 直接 转 矩 四象 限变 频调 速
４２ 变 频器 系统 ．
出各转载点和特殊 区段能实现 自动限速运行控制。
系 统 中 的所 有参 数 和状 态 均 可 以 由 Ｐ Ｃ发 送 给 上 Ｌ 位 显 示器 ， 过 上 位显 示 器 可动 态模 拟 显 示 卡轨 车 通 位 置 、 种 运 行 参 数 和运 行 状 态 ， 各 当设 备 出现 故 障
６０１４ Ｖ， ６／１０ 转速 为 ９ ０ ｐ 功率 因数 ０８ ， ９ ｍ， ｒ ．８ 电机 减
速 比为 ６ １ ４： 。
相 坐标 系下 的定 子 交 流 电 流 ，等效 成 同步 旋 转 坐
标系下 的直流 电流 ， 模仿直流 电动机的控制方法 ，
实 现对 异 步 电动 机 的控 制 。 由于矢 量 旋 转 变 换 较
变 频器选 用 Ａ Ｂ四象 限多传 模块 组合 。（ Ｂ １ ）
变频 柜一 台 ；回馈制 动 柜一 台 ； Ｌ Ｐ Ｃ控 制 台兼 司机
２ 变 频技 术 的发 展
Ｖ Ｆ变 频 器 的 控制 相 对 简 单 ， 械 特 性 的 硬 度 机
操作 台一套 ； 轴编码器两套 ； 位置传感器 １ ； ４台 上
位显 示器 一 台 ； 泄露 通信 系统一 套 。卡 轨 车 电机 型
该 系统 采 用 变 频 调 速 结 合 Ｐ Ｃ控 制 技 术 ， Ｌ 可
实 现对 卡轨 车 的分 段 连续 调速 ， 据 运输 系统 的实 根
复 杂 ， 往难 以达 到理 想 分 析 的结 果 。直 接 转矩 控 往 制 技 术 不 需 要 将 交 流 电 动 机 等 效 成 直 流 电动 机 ， 省 去 了矢 量 旋 转变 换 中的许 多 复杂 计 算 ， 解 决 了 它
作者简 介 ： 牛文斌 （９ ５ ）男 ， １６ 一 ， 山西 长治人 ， 本科 ， 工程 师 ， 从事煤矿机 电设 备的技术管理工作 。
４ ２
第３ 卷 第１ 期 １ １ ２ １ 年 １ 月 ０ １ １
山西煤炭 ＳＨ ＸＩ ＡＮ ＣＯＡＬ
Ｖｏ． １ Ｏ １ １３ Ｎ １ Ｎｏ ．２ １ ｖ ０ １
山西 煤 炭 Ｓ ＮＸＩ ＯＡＬ ＨＡ Ｃ
第３ 卷 １
第１ 期 １
文章 编 号 ：６ ２ ５ ５ （ ０ １ １－ ０２ ０ １７ — ０ ０ ２ １ ） １０ ４ — ３
矿 用卡轨车 直接转矩 四象 限 变 频 调 速 控 制 系统
牛 文 斌
（ 西潞 宁煤 业 有 限 责任 公 司 ， 西 山 山 宁武 ０ ６０ ） ３７ ６
转 变 成 电能 回馈 给 电 网 ， 节 电 ２ ％ ～３ ％。 可 ０ ０
率 因数 ， 除 对 电网 的谐 波污 染 ， 且 可 以将 电 动 消 而 机 回馈 产 生 的能量 反 送 到 电网 ， 达到 节 能效 果 。
３ 系统 概 述
山西 潞 宁煤 业 有 限 责 任 公 司 卡 轨 车 直 接 转 矩 四象 限变 频调 速控 制 系统 包 括 ：电源整 流 柜 一 台 ；
控 制 系统 ， 满 足 卡轨 车 的各 种 运 行 方 式 ， 能 实现 卡
矢 量 控制 的不 足 ，并 因其 优 良的 动静 态 性 能 使 其
得 到迅 速 发展 。 两 象 限变频 器 只能 工作 在 电动 状 态 ， 有 办法 没
将 电机 回馈 给 系 统 的 能 量送 回 电 网 ， 外 ， 极 管 另 二 整 流桥 对 电 网产生 严 重 的谐 波污 染 。 四象 限变 频器
号 为 ＹＢ 一 ５ 一 ２ ６ 功 率 为 ２ ０ ｋ ， 电 压 Ｚ ３ ５Ｌ — ， ５ Ｗ
也较好 ， 但是这种控制方式在低频 时 ， 出最大转 输
矩较 小 ，动 态 转 矩 能 力 和 静 态调 速 性 能 都 还 不 尽
如人 意 。矢 量 控 制 变 频 调 速 是将 异 步 电动 机 在 三