变频调速在矿井提升中的应用
地方煤矿提升系统变频控制改造与应用
行 。变频调速在煤矿井上 固定机械和采煤机上 也有 了一定的应用 并取得 了较好的效果 。 ２１变频 器在提升机上的应用 ． 煤矿提升机选用变频控制要 达到 的主要 目 的是 ：． ａ实现无级平稳加 减速 ， 提高提升系统 的 安伞水平 Ｉ． ｂ节约电能 用变频器 内置 的编程 软件替代继电器实现提＿ 速度控制 ，减少设备 丁 ｝ 维修工作量。提升机变频涮速节约 电能主要从 两方面考虑 ， 一是取消 了“ 调速 电阻” 节约了调 ， 速运行时电阻的热损耗 ；其二是矿车下放减速 时 ，电动机短时 间发电运行 ，反馈给电网的电 能。 在变频器选型时， 应该首选具有反馈功能的 提升机专用变频器 。 ２２变频调速系统的优点 ． ２２１ 现 了 软 起 动 、 停 车 ， 少 了机 械 ．． 实 软 减 冲击 ， 使运行更加平稳可靠 。 ２２２ 动及加速换挡时 冲击 电流很小 ， ．．起 减 轻 了对电网的冲击 ， 简化了操作 ， 降低了工人的 劳动强度。 ２２３运行速度 曲线成 ｓ形 ，使加减速平 ．． 滑， 无撞击感 。 ２２ ．． ４安全保护功能齐全 ，除一般 的过压 、 欠压 、 过载 、 短路 、 温升等保护外 ， 还设有过卷 、 等速超速 、 定点超速 、Ｌ Ｐ Ｃ编码器 断线 、 向 、 错 传 动系统故 障及 自动限速等保护功能。 ２２ ．． ５设有 回馈 制动 、抱 闸制动 的制动方 式 ， 加安全可靠。 更
科
李芳廷
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科 技论 坛 Ｊ Ｊ Ｊ
周景海 梁 玉发
地 方煤 矿提 升系统变频控制 改造 与应用
（ 清县 煤 炭 生 产安 全 管 理 局 ， 龙 江 宝清 １５ ０ ） 宝 黑 ５ ６ ０
摘 要： 地方煤矿通过 对矿 井提升杌进行变频控 制改造， 实现 了无级 平稳加减速 ， 高提 升系统 的安全水平 ； 提 节约 电能； 实现提升速度控制 ， 减
变频技术在矿井提升机中的应用
放材料等。 变频技术在矿井提升机的应用主要采用了高压变额调速控制系统和 Ｐ Ｌ Ｃ 控制系统 ， 第一 ， 高压变频调速控制系统， 在提升机电控系统设计中． 采用 单元 串联 多 电平 能量回馈 型四象 限高压变 频控制 系统 ． 该 系统应用 先进的 功率 单元串联叠波方式、 空间矢量控制的正弦波Ｐ ｗＭ调制方法和功率器件 ． 从原理 上保 证 了提 升运 行的 可靠性 ． 可使 变频 器的 输入 输出波形 得 到极大改 善 。 高压 主电路与低压控制电路之间的通讯采用光纤传输， 保证电隔离性能安全可靠。 系统抗干扰能力强。 第二， 提升机电气控翻系统采用Ｐ Ｌ ｃ 控制实现提升全过程 的位置控制、 速度控制、 动态画面监视和绞车系统的各项保护功能。 满足电磁兼
有 力方法 ， 也 成为 了电器行 业发展 的一种 趋势 。 煤 炭行 业是一 个耗 电多 、 污 染严 重 的企 业 ， 其耗 电成 本 占生产 成本相 当大 的 比例 ， 特 别是 煤矿 上 的“ 四大件 ” 的
工频５ ０ Ｈｚ 的电流电压的告辞谐波 ， 越掩不过就会使得电机发热。 磨损加大， 致
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变频 技 术 在矿 井提 升 机 中 的应 用
李世 军
（ 神 华神 东煤 炭 集 团布 尔 台煤矿 内蒙古 鄂 尔多斯 ｏ １ ７ ｏ ￣ ｏ ）
一
电价低廉 ， 很多项目性价比偏低， 投资方难以接受。 ４ 变颤 技术 在 摄升机 的 应用
矿井提 升机 是矿 山大型 固定设 备之一 ， 是 井下 与地 面的 主要运 输工 具 。 矿 Байду номын сангаас 提升祝 主要担 负—个矿井 所有的矿 物（ 煤， 矿石） 提升 ， 升降人 员 ， 运 输设 备 。 下
矢量控制变频调速在矿井提升中的应用
如 果 在 生 产 要 求 不 是 十 分 高 的情 形 下 ， 用 无 速 度 传 采
感 器 的矢 量 控 制 变 频 调 速 是 非 常 合 适 的 ， 控 制 结 构 简 其 单 ， 靠性好 。 可
带 速 度 传 感 器 的矢 量 控制 如 图 ２ 示 。 所
护 量 大 。特别 是 近 年 来 ， 于 电控 装 置 严 重 老 化 ， 阻 经 由 电
器 （ 触 器 ）电 路组 成 的有 触 点 控 制 盘 ， 接 配备 为 完 成 速 度 闭 环 控 制用 的磁 放 大 器 、 自整 角 机 、 速 发 电机 及 辅 助 控 制 测
ＶＶ 一 矢 量 变频 器 ； ＶＦ Ｍ一 异 步 电 动 机 图 １ 无 速 度 传 感 器 的 矢量 控 制 变 频 调速
的 电流 分 量 （ 矩 电流 ） 转 分别 加 以控 制 ， 时 控 制 两 分 量 间 同 的 幅值 和相 位 ， 控 制 定 子 电 流 矢 量 ， 以 称 这 种 控 制 方 即 所
升 机 采用 绕 线 转 子 异 步 电动 机 转 子 串 电阻 调 速 ， 电 机 转 在
子 中 串有 ８段 电阻 ． Ⅱ 段 采 用 以 电流 为 主 附加 延 时 的 控 力速
异 步 电 动 机 定 子 电 流矢 量 ， 据 磁 场 定 向原 理 分 别 对 异 步 根 电 动 机 的 励 磁 电 流 和转 矩 电流 进 行 控 制 ， 而 达 到 控 制 异 从
也 与矿 山职 工 的生 命 安 危 息 息 相 关 ．
１ 东风 井主 井提 升 系统 简介
我矿 东 风 井 主 井 绞 车 采用 斜 井 双 钩 串 车 提 升 ， 要 担 主 负煤 、 提 升任 务 ， 及 人 员 、 备 、 料 等 下放 的任务 。 矸 以 设 材
变频调速在矿井提升机控制系统中的应用
路 ，两种 安全 回路 相互冗 余 与闭锁 。不 论 主控单 元 的
Ｐ Ｃ工 作是 否正 常 ，系统 一旦 出现 故障 信号 ，硬 件安 Ｌ 全 回路会 立 即断 开 并 实 现 保 护 。在 Ｐ Ｃ 的软 件 程 序 Ｌ 中设 计搭 建 软件安 全 回路 ，安全 回路 断开后 系统 会马
上 解 除 运 行 控 制 指 令 的 输 出 ，制 动 油 泵 、封 锁 变 频 器
络 关 系 ；变 频 器 根 据 预 先 设 定 的 值 调 节 提 升 系 统 电 动
实现 了提 升机 的无 级 调 速 和 电机 的 易 换 向 ， 通 过 上 位 机 实 时监 测 系统 的运 行 位 置 和 速 度 等各 种 参 数 和 状 态 实
现 多 种 安 全保 护 ，提 高 了整 个 电 控 系 统 的 安 全 可 靠 性 、控 制 精 度 及 调 速 性 能。 关键 词 ：Ｐ Ｃ Ｌ ；矿 井提 升 机 ；Ｐ Ｄ； 变频 调 速 ；应 用 Ｉ 中 图 分类 号 ：Ｔ ５ ４ ：Ｔ ２ ３ Ｄ３ Ｐ ７ 文 献 标 识 码 ：Ｂ
变频调 速 在 矿 井提 升机 控 制 系统 中的应用
原 慧 军 张 燕 军 ，
（ ．山 西机 电 职 业 技 术 学 院 ， 山西 长 治 １ ０ ６ １ ；２ ４ ０ １ ．武 汉军 械 士 官学 校 ，湖 北 武 汉 ４ ０７ ） ３０ ５
摘 要 ：矿 井提 升 机 是 矿 山地 面 与 井 下 关键 的 交 通 运 输 工 具 。 采 用 改 变定 子 供 电 频 率 的 变 频 调 速 与 Ｐ Ｃ结 合 Ｌ
１ １ 主 控 Ｐ Ｃ 系 统 ． Ｌ
提 升 机 的 主 控 Ｐ Ｃ 系 统 采 用 双 台 Ｐ Ｃ 一 台 为 Ｌ Ｌ ， 主 用 ，另 一 台 为 备 用 ， 当 主 用 Ｐ Ｃ 发 生 故 障 时 可 以 Ｌ
机电变频调速技术在矿井中的应用及注意事项
高压 变频器 ， 节电效果 十分显著 。 ３结束语 矿井所 用设备 以大型设 备为主要特点 ， 要 求优 良的电气传动系统， 以保证这些大型设备 的高效 率运 行 。 下矿井 的生产较露天矿井 复 地 杂， 井下生产设备的体积受限， 这些设备以小 型化为主， 体积小、 重量轻， 对电气传动的要求 不高。但提升 、 排水、 通风 、 压气等固定设备是 地下矿井的要害部门， 也是耗电大户， 因此， 这 些设备 的安 全运行 和节能就 显得至关重要 。
项重要指 标 。 是在整个 调速范 围内功率 因 最好 数都保 持在 Ｏ ５以上 ，以使其 符合 国家 标准 ． ９ Ｇ ３ ８— ３ Ｂ ４ ５８ 的标 准 ，这 只有 电压 型变 频器 和 Ｉ Ｂ 单 相变频 器串联 的高压变频 器能够 满足 ＧＴ 此项 规定 。而 电流型 变频器 较难 满 足这项 要
摘 要： 根据 多年 来从事 矿 井电 气传动 的经验 及在 矿 井进行 变频 调 速的 应用 实践， 在矿 井应 用 变频 调速 技 术 对于提 高矿 井生产 设备 的效率， 节约 电能都是 至关重要 的。 关 键词 ： 山机 电 ； 调速 ； 用技 术 ； 意的事 项 矿 变频 应 注
１ 择变频器应 注意的事项分析 选 １ ． １根据工艺要求选择变 频器 １． ．１电机 调速 虽是风 机 、水泵节 能 的有 １ 效途径， 但并非凡是风机 、 水泵都能采用调速 节 电。对 于工艺参数基本 稳定 ， 要调速 的 不需 风机、 水泵可以采用高效节能电机和高效节能 风机 ， 以提高系统效率 。对 于已建成 而配置 不 合理 的风机可 以通过采 用更换 电机 ， 调节 叶片 角度 等方 法达到节 电的 目的 。 择调速节 能时 选 应注 意： 、 的转速 变化 范围不 宜太 大 ， 风机 水泵 通 常最低转速不 少于额定转速 的 ５％， 般调 ０ 一 速范 围在 １０ ７０之间为 宜 ， ０％～０ｏ ／ 因为 当转速 低 于额定转 速的 ４％一０ ０ ５％时 ， 、 本身 的 风机 水泵 效率 明显下降 ， 不经济 的； 范 围确定 时 ， 是 调速 应注 意避 开机组 的机械 临界共振转 速 ， 调 否则 速至该谐 振频率时 ， 将可能 损坏 机组 。 １． ．２进行可行性分 析 １ 在选择要 进行 的变频 调速 的设 备对 象 以 后，应从提高效率或提高产品质量的需要情 况 ， 约电能的情况进行 分析 、 从节 计算 ， 变 并与 频器 的投 资进行 比较 ， 计算 出变频器 的投资 回 收期 。一般 来说 ， 如能从节 约的电 费或从提 高 产 品质量 、提高效率等方 面所得 的收益 中 ， 在 两 年内偿还 变频 器的投 资 ，都应认 为是 可 行 的。 同时还应分析外部条 件是否满 足变频器 的 使 用要求 。 １－ ．３变频器的可靠性 １ 变频 器的可靠性如何 ， 直接决 定了变频器 能否成功 地应用于生产 。 这是选择 哪种 变频器 的首要条件。 有的矿井所购买的变频器可靠性 不高， 加之 自身的维修技术力量不强 ， 变频器 出了故障 ， 停下 ， 至弃用 。造成 损失 ， 只好 甚 同 时也为变频器的继续推广应用带来负面影响。 １ ． ２主要应考虑 的技 术规格和技 术参数
变频调速技术在地下矿山中的应用
求： 良好的调速性能， 有 调速精度高， 四象限运行， 能快
速 进 行 正 、 转 运 行 ， 态 响 应 速度 快 ， 准 确 的 制动 反 动 有
其余 的作为备用。 空气压缩机站的容量是按最大排气
量 并 考虑 备 用来 确 定 的， 而在 实 际 的使 用过 程 中， 然 用 气 设 备 的 耗 气 量 是 经 常变 化 的， 当耗 气 量 小 于压 缩 空
传动系统虽然设备简单 ， 但它是有级调 速， 调速性 能 差、 效率低， 大量 的电能消耗在电动机转子 电阻上， 而
且 可靠 性 也 差 。
时段 ， 每一个 时段需要开的空压 机台数 由该时段 内最 大用气量决定。 在该时段 内， 空压机不允许增开或停开
（ 殊 情 况 除 外 ） 地 下 矿 金 属 矿 山 的 空压 机 站 多 采 用 特 。 这 种 方 式 ， 这 种 控 制 方 式 很显 然存 在 一 些 比较 大 的 但 缺点：
析空气压缩机的电能消耗情况， 找出节能潜力， 实现空
气压 缩机 的 节能 运行 ， 会 降低 矿 山生 产成 本 ， 高 其 将 提
经济效 益。
１ 变频调速技术在矿井提升机 中的应用
矿 井 提 升 是地 下 矿 山生 产 的 咽 喉 ， 论 哪 种提 升 无
侯 庄 矿压 风机 房 共有 ８ 台空 气压 缩 机 ， 中５ 为 其 台 ４ｍ 空气压 缩机 ，台为２ ｍ 空气压 缩机 。 ｑ４ ｍ 空气 ０ ３ ０ 其 ￣０ 压缩 机 采 用三 相 同 步 电动 机控 制 ， ０ 气压 缩 机用 ２ｍ空
气设 备 的 零部 件 负载 过 大， 有 发生 爆炸 的危 险 。 塞 并 活 式 空气 压 缩机 的起 、 有着 严 格 而复 杂 的规 程 ， 停 不允 许
变频调速技术在矿井提升机中的研究
【 关键词 】 矿 井提 升机 ；变频调速 ；异步电机
１ 前 言
随着 电子技术和计算机技术 的发展 ，矿井提升机机械部分和 电 气 部分都 得到 了飞速 的发展 ，促使提 升机 的电气控制系统更是 日新 月异。计 算机 和 Ｐ Ｌ Ｃ的相互 结合应用 更促进 了提升机 的控制系统性 能， 自动 控制水 平及 安全可靠 性能都 达到了一个新 的高度 。矿井提 升机肩 负着矿 石、物料 、人员等的运 输责任 ，传统 的矿井 提升机 控 制系统主要采用继电器一 接触器进 行控制 ， 通常在 电动机 转子回路中 串接附加 电阻进行启动和调速 。传统的矿 井提升机 控制方式技术落 后 ，存在着较大 的能量浪费，调节性能差，负荷启动对电机及电网 冲击大，破坏设备绝缘 ，机械磨损加剧，降低设备使用寿命、可靠 性差、操作复杂 、故障率高等突 出问题 。对于当前煤矿企业负盈利 生产的情况下 ，对矿井提升机控制系统进行研究具有重要 的现实意 义 。随着交流变频调速技术广泛应用 ，在提升机控制系统 中可充分
发挥其交流调速的优势，变频调速技术中矢量控制和直接转矩控制
都 能满足提升机恒转矩 负载这一特征 ，对于提高矿井提升机安全使 用具有极大 的提高 。 ２ 变 频 调 速 技 术 分 析 ２ ． １变频调速原理
变频调速 是属于 改变频 率的调速 ，通 过改变 电源 的频 率来达 到
改变电源 电压 的 目的。变频调速系统 是由变 频器 、传动 电机和控制 装置组成 ，变频 器主要 由整流 、滤波 、再 次整流 、制动单 元、驱 动 单元、检 测单元微处理单元等 组成 变频器 是应用 微电子 技术和 变 频技术，通过 改变电机 工作电源频 率方式来 控制交 流电动 机的电力 控制设备。 异步电机 的转速 ｎ 可以表示为 ： ６ 。 ・ （ １ 一 一
PLC在矿井提升机变频调速中的应用毕业论文(含开题报告和中期答辩)
本科毕业设计（论文）PLC在矿井提升机变频调速中的应用2011年6月本科毕业设计（论文）PLC在矿井提升机变频调速中的应用摘要摘要矿井提升机是矿山最重要的设备，肩负着矿石、物料、人员等的运输责任。
传统的矿井提升机控制系统主要采用继电器-接触器进行控制，这类提升机通常在电动机转子回路中串接附加电阻进行启动和调速。
这种控制系统存在可靠性差、操作复杂、故障率高、电能浪费大、效率低等缺点。
针对这种情况采用PLC与变频器相结合的控制方案对原有电控系统进行改造，提高整个电控系统安全可靠性、控制精度及调速性能。
因此，对矿井提升机控制系统进行研究具有现实意义，也是国内外相关行业专家学者的一个热门研究课题。
本文把可编程序控制器和变频器应用于提升机控制系统上，并在可行性方面进行了较深入的研究。
事实表明，采用该控制系统，使提升机工作可靠，使用方便，同时具有动态显示的功能，节能效果明显。
关键词：矿井提升机；变频调速；矢量控制；PLC；AbstractThe shaft hoist is the foremost equipment of mines，it is widely used to transport the materials，staff and equipment. The traditional shaft hoist control system is always controlled by the relay-contactor，and adopts the methods of connect series additional resistant in rotors winding loop to start and adjust speed. The system has many disadvantages such as bad reliability，complicated operation，high fault rate，large energy –wasting and low efficiency.According to this kind of condition, we adopt PLC and Transducer to reform for original control system, so as to raise the safety, reliability, speed regulation performance of the whole electric controlled system. So, carrying on the research on the shaft hoist control system has realistic meanings，and it is a subject for research by relevant experts and scholars，both at home and abroad.To these questions existing in the shaft hoist contro1 system，the paper applied PLC(Programmable Logic Controller)and frequency converter to the system, and carried on deeper research in feasibility. The fact indicates，adopting control system，the shaft hoist works reliably，easy to use，energy-saving well，and have dynamical shown function.Keywords：Shaft hoist；Frequency conversion；Vector control；PLC目录摘要 (I)Abstract ................................................................................................................ I I 第1章绪论.. (1)1.1课题概述 (1)1.2课题来源 (1)1.3国内外提升机研究状况 (2)1.4本文内容及研究意义 (5)1.4.1研究内容 (5)1.4.2研究意义 (6)第2章提升机的工况分析 (9)2.1提升系统简介 (9)2.2提升机电动机运行方式 (9)2.3提升机的速度图和力图 (10)2.3.1提升机的速度图 (10)2.3.2力图 (11)2.4矿井提升机对电气控制系统的要求 (12)本章小结 (15)第3章可编程控制器简介 (17)3.1PLC的基本特点 (17)3.2PLC的基本结构 (19)3.3PLC的工作原理 (20)3.4PLC的分类 (21)3.5PLC编程 (23)3.5.1PLC执行用户程序的过程 (23)3.5.2梯形图的表示 (24)3.5.3梯形图的编程规则 (25)本章小结 (25)第4章：矢量控制变频调速 (27)4.1变频调速的发展及在提升机系统中的应用 (27)4.2变频调速基本原理 (29)4.3变频调速控制方式分类 (32)4.4变频器按中间直流环节方式分类 (33)4.5变频调速技术的发展现状 (34)本章小结 (35)第5章总体设计方案 (37)5.1系统控制要求 (37)5.2选择机型 (37)5.3控制系统的I/0点 (38)5.4系统控制结构 (38)5.4.1系统主电路图 (38)5.4.2系统控制电路图 (39)5.4.3系统外围接线图 (39)5.5设计步骤 (39)5.6系统流程框图 (40)5.7硬件部分设计 (41)5.7.1输出规格 (41)5.7.2标度变换 (41)5.7.3变频器参数设置表 (41)5.8软件部分设计 (42)5.9实验及结果 (43)5.9.1实验过程 (43)5.9.2实验现象 (43)5.9.3实验结果 (44)本章小结 (44)结论 (45)参考文献 (47)致谢 (49)附录 (51)第1章绪论第1章绪论1.1 课题概述矿井提升机是机、电、液一体化的大型机械[1]，广泛用于煤炭、有色金属、黑色金属、非金属、化工等矿山的竖井、斜井，是生产运输的主要工具。
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变频调速在矿井提升中的应用
摘要:变频器是将固定频率的交流电变换为频率连续可调的交流电的一种电气装置。
变频器的问世,在电气传动领域里发生了一场技术革命,即用交流调速取代其他调速方式。
变频调速技术具有节能、改善电机运行状态、减少电机损伤和对电网的冲击以及便于自动控制等诸多优势,被国内公认为最有发展前途的调速方式。
关键词:变频器变频调速
1 变频调速与转子串电阻调速的比较
1.1 转子调速
现在大多数矿用提升机还在沿用传统的绕线转子异步电动机,用转子串电阻的方法调速。
这种系统属于传统的调速方法。
由人为机械特性可知,转子回路串电阻以后,机械特性变软,转速降低,其调速过程。
2 矿用提升机变频调速的改造及应用
2.1 现场应用
2010年3月淮北矿业集团海孜煤矿西部混合井绞车电控改造所选用的设备为交—直—交电压型变频调速系统,如图5所示。
该系统运行过程主要有两个部分。
(1)绞车电机作为电动机工作的过程,即正常逆变过程。
该过程主
要是由整流、滤波和正常逆变三大部分组成。
其中正常逆变过程是核心部分,它改变电动机定子的供电频率、电压。
起到调速作用。
(2)绞车电机作为发电机工作的过程,即能量回馈过程。
该过程主要由整流、回馈逆变和输出滤波三部分组成。
其中该部分整流是由正常逆变部分中IGBT的续流二极管完成。
二极管和为隔离二极管,其主要作用是隔离正常逆变部分和回馈逆变部分。
电解电容的主要作用是为回馈逆变部分提供一个稳定的电压源,保证逆变部分运行更可靠。
回馈逆变部分是整个回馈过程的核心部分。
该部分实现回馈逆变输出电压相位于电网电压相位一致。
为了确保安全可靠,让变频调速系统于原系统并存,互为备用,随时切换。
同时为了让操作者不改变操作习惯,工频和变频系统都用员操作台操作,变频调速系统于原来调速系统切换搞糟方框图如图6所示。
2.2 运行效果及前景
通过对该矿绞车电控系统的改造,运行一年来的效果告诉我们,绞车的稳定性和安全性都大大提高,节能效果明显。
由于变频器是应用现代电力电子技术、电力拖动技术以及计算机控制技术等科研成果,并根据市场的需求而研制开发的新一代高效节能型高科技产品。
它具有节能、改善运行环境、平滑加速度、延长电机寿命、减少对电网的冲击以及便于自动控制等诸多优点,因此被国
内公认为最有发展前途的调速方式。