矿井提升机(500kW以下)控制技术应用 论文

矿井提升机(500kW以下)控制技术的应用摘要:本文通过对500kw以下矿井提升机控制技术的分析,充分了解煤矿现行提升机控制系统的运行情况以及传动领域的最新技术、最新应用,以便合理选择矿井提升机控制方式。

关键词:矿井提升机控制技术交流直流变频

矿井提升机是矿井的关键设备之一,其运行性能的优劣,不仅直接影响到矿井的安全生产,且与人身安全密切相关。

近几年随着大规模集成电路技术、计算机控制技术、网络信息化技术和电力电子技术的快速发展,提升机电气控制技术和装备水平也得到了飞跃发展。为了更好的应用提升机控制技术,我们应及时了解其现状和技术的发展。

1 矿井提升机电气传动及其自动化控制系统组成及应用

矿井提升机电力拖动系统主要包括:直流调速系统及交流调速

系统两种。

矿井提升机电气传动及其自动化控制系统由电动机、电源装置和控制装置三部分组成。

1.1 目前煤矿500kw以下功率范围内提升机电控系统主要包括以下几种:

1.1.1 全数字直流电控系统 500kw以下功率范围内矿井提升机,电动机功率相对较小。调速系统主回路通常采用6脉动方案。

直流电动机的调速特性:直流电动机具有良好的启动、制动性能,宜于在大范围内平滑调速,在许多需要调速或快速正反向的电力拖

动领域中得到了广泛的应用。近年来,高性能交流调速技术发展很快,交流调速系统有逐步取代直流调速系统的趋势。然而,直流拖动控制系统毕竟在理论上和实践上都比较成熟,而且从控制的角度来看,它又是交流拖动控制系统的基础,因此,应该首先很好地掌握直流拖动控制系统。自动控制的直流调速系统往往以变压调速为主。

全数字直流电控设备系统由高压开关柜、主整流变压器、晶闸管电枢变流器柜、全数字调节柜(含励磁控制)、直流快开、低压辅助电源柜、主控计算机柜、上位监控计算机、司机操作台、测速发电机、脉冲发生器、电抗器、井筒开关等组成。

全数字直流电控系统(6脉动)(直流系统方框图如下:)

1.1.2 全数字化交流串电阻电控系统交流转子串电阻方法只能用在交流绕线式异步电动机上,目前煤矿采用的交流转子串电阻调速方法基本上都是在绕线异步电动机的转子回路接入金属电阻,用控制器或磁力站逐步切除电阻的方法进行调速。由于矿井提升机的工艺特点,爬行速度是很低的,并且要求正力爬行,单纯动力制动解决不了低速正力爬行问题,通常需要采取措施或加装一些辅助设备,目前采用的有脉冲爬行、微拖爬行和低频爬行三种方法。转子回路串电阻调速存在以下缺点:机械特性变软;调速范围受负载转矩的影响,但负载轻时,调速范围很小;调速时消耗在转子回路中电能随转速的降低而增加,转速愈低,电机的效率越差。

为提高煤矿安全保障能力,淘汰不符合国家有关法律法规规定、存在安全隐患的设备及工艺,预防事故发生,根据《安全生产法》和

《国务院关于预防煤矿生产安全事故的特别规定》(国务院令第446号)等法律法规的有关规定,于2008年3月11日发布《禁止井工煤矿使用的设备及工艺目录(第二批)》(安监总煤装〔2008〕49号),规定“tkd型绞车电控(发布之日起一年后禁止使用)”。这种形式的电控目前地方小矿多采用这种方式。

全数字化交流转子串电阻电控系统由高压真空开关柜、高压真空换向柜、低压辅助柜、全数字低频电源柜(或动力制动电源柜)、主控操作台、晶闸管转子控制柜、上位监控系统、测速发电机、轴编码器、井筒开关、转子电阻等。

1.1.3 全数字交流高压定子变频电控系统对于接近500kw功率段范围内,电动机也可考虑选择6kv(或10kv)电压等级。调速系统采用全数字交流高压定子变频电控。

全数字交流高压变频电控系统由高压真空开关柜、高压变频调速柜、低压辅助柜、主控计算机柜、上位监控计算机、司机操作台、测速发电机、轴编码器、井筒开关等组成。

矢量控制高压变频器系统框图如下图:

1.1.4 全数字交流低压定子变频电控系统全数字交流低压定

子变频电控系统主要由交流电动机、电力电子变频器两大部分组成。电力电子变频器可分主电路(电力电子变换器或电力电子变流器)、控制器以及电量检测器三个主要部分。

电力电子变流器(主电路)的拓扑结构分为两种,一种是交-直-

交(ac-dc-ac)结构形式,另一种是交-交(ac-ac)结构形式,也称直

接变频。对于主电路为交-直-交结构形式的变频器,因其整流电路输出的直流电压或直流电流中含有频率为电源频率6倍的电压或电流纹波,所以必须对整流电路的输出进行滤波,以减少直流电压或

电流的波动,为此在整流器与逆变器之间设置中间直流滤波环节。根据带有中间直流环节的直流电源性质不同,交-直-交型变频器可以分为电压源型和电流源型两类。交-直-交型变频器中的整流器和逆变器一般接成两电平三相桥式电路。目前,矿井提升机在500kw

以下功率段,电动机通常选择380v或660v电压等级,其主电路调速装置采用两电平交-直-交型变频器,按变频器整流前端形式的不同,主要可分以下三种结构:一种为整流器由二极管或晶闸管组成一个6脉动整流桥,此种结构的变频器在电动机需要制动时,采用在直流环节中并联电阻的能耗制动;第二种为整流/回馈单元由两个反并

联6脉动晶闸管桥组成且能在两个方向上有电流流过,即能够将电能送回电网(四象限工作);第三种为自换向,脉冲式整流/回馈单元(afe),它的核心部件是一个带有闭环控制板cusa的逆变器,它将三相交流电源变成可调直流电压。这个直流电压调节给三相交流电源侧叠加一个快速矢量控制。这个矢量控制发送给电网一个近似正弦波的电流。矢量控制也可调节功率因数,也能补偿无功。

全数字交流低压定子变频电控系统由低压变频调速柜、低压辅助柜、主控计算机柜、上位监控计算机、司机操作台、测速发电机、轴编码器、井筒开关等组成。

全数字交流低压定子变频系统框图如下:

1.1.5 矿井提升机全数字交流低压转子变频电控系统全数字

交流转子变频电控系统最早起源于串级调速技术,晶闸管串级调速系统是在绕线转子异步电动机转子侧用大功率的二极管,将转子的转差频率交流电变为直流电,再用晶闸管逆变器将转子电流返回电源以改变电机转速的一种调速方式。串级调速系统可以可以实现无级调速,但最大的缺点是电机只能工作在电动状态而不能工作在制动状态,这就决定了串级调速系统不能在提升机上使用。之后有人曾尝试用晶闸管整流桥代替转子侧二极管整流桥以实现转子侧整

流桥的逆变,从而达到能量的双向流动以使电机能工作在电动和制动两种工作状态,但由于绕线电机运行过程中转子电压和频率随着转速不同而变化,转速越低转子电压和频率都越高,转速越高转子

电压和频率都越低,这就带来了晶闸管触发同步困难,影响了该项

技术的发展。

随着电力电子技术的发展,电力电子功率器件由半控型(如晶闸管)器件发展为全控型(如igbt)器件,以及双pwm技术的成熟,在串级调速的基础上发展为转子变频技术。

全数字交流转子变频电控设备系统由高压真空开关柜、定子控制柜、变频调速柜、低压辅助柜、主控计算机柜、上位监控计算机、司机操作台、测速发电机、脉冲发生器、井筒开关等组成。

1.2 矿井提升机电控系统辅助检测新技术由于矿井提升机电

气控制技术发展迅猛,除带动了传动技术和主工艺技术的发展外,

还带动了矿井提升机电气控制周边技术的发展,如箕斗卸空检测技