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1、山东科技大学学士学位论文 学 士 学 位 论 文矿井提升机直流电控系统设计 作者姓名： 董 佩 导师姓名： 张开如 专业名称： 自动化 所在学院：信息与电气工程学院山 东 科 技 大 学2009年6月山东科技大学学士学位论文 摘要 摘要矿井直流提升机电控系统由直流电动机、卷筒、制动系统、深度指示系统、测速限速系统和操作系统等组成。与传统提升机电控系统相比，该系统具有单机容量大、体积小、重量轻、起动平滑性好、调速范围宽、精度高和安全可靠性高等优点。本文主要介绍该系统的硬件电路设计、保护电路的设计和系统的工作原理。根据课题的设计要求，本系统从主电路结构的选择和计算、控制方案的选择、保护电路的设计和
2、系统的动静态特性的分析计算等方面出发，进行矿井直流提升机电控系统的设计。该系统能完成对矿井直流提升机的起动、加速运行、匀速运行、减速运行和回馈制动的控制，并且可以实现提升机的四象限运行。 关键词：提升机 电控系统 磁场可逆 逻辑无环流ABSTRACT The mine DC hoist electric control system consists of the DC motor, drum, brake system, in-depth instruction systems, gun systems and operating systems and so on. With the tr
3、aditional mechanical and electrical control system upgrade; this system has a single large capacity, small size, light weight, a good smooth start-up feature, high precision and high security and reliability. This paper describes hardware circuit design, protection circuit design and the working pri
4、nciple of the system. In accordance with the design requirements of the subject, the design of the mine DC hoist electric control system is from the choice and calculation of the main circuit of the system, the choice of the control program, the design of the protection system and system analysis an
5、d calculation of static and dynamic characteristics. The system is able to complete the start, the running of speed up, uniform running, deceleration running and feedback control, furthermore it can run in the four quadrants.Key words：Hoist The electric control system Reversible magnetic field The l
6、ogic of non-circulation 山东科技大学学士学位论文 目录 目录1. 绪论 1.1 矿井提升机国内外发展状况 1.2 本课题的目的和意义2. 系统的设备参数3. 系统的设计要求4. 方案的选择与比较 4.1提升机拖动方式的选择 4.2电动机调速方法的比较 4.3可控直流电源的比较 4.4电枢可逆与磁场可逆的比较 4.5逻辑有环流和无环流的比较 4.6矿井提升机供电电路组合方式 4.7单闭环和双闭环的比较5. 主回路及保护装置的选择、计算 5.1电枢回路选择计算 5.2励磁回路的选择计算 5.3电枢回路保护装置的选择、计算 5.4励磁回路保护装置的选择、计算6. 单元电路的设
7、计6.1系统总体框图6.2系统的电路原理图6.3电动机电枢回路6.4电动机励磁回路6.5 检测单元7. 控制系统动态参数计算 7.1调节器结构的选择 7.2电流环参数的计算 7.3速度环参数的计算 7.4励磁回路动态设计8. 调速系统运行分析参考文献致谢山东科技大学学士学位论文 绪论 1绪论1.1矿井提升机国内外发展状况一、国内提升机发展现状1.交流拖动方式目前我国提升机约70%采用串电阻调速的交流拖动方式。有单绳和多绳两种系列，大都采用改变转差率S的调速方法，在调速中产生大量的转差功率，使大量电能消耗在转子附加电阻上，导致调速的经济性变差。极少数提升机采用串级调速方法，其调速范围窄，且投资大
8、。2.直流拖动方式我国提升机采用直流拖动有两种系统:直流发电机-电动机机组(F-D)和晶闸管-直流电动机(SCR-D)系统。其生产和使用情况如下:(1)国内研制大型直流提升机主要有三大厂家:上海电机厂主要生产配套电机，己生产低速直流电机800多台，最大容量5775kw，额定转速50r/min，其中长广煤矿及五村煤矿的提升机为10O0kW、48r/min，淮南潘三矿采用一台2600kW低速直联电机;上海冶金矿山机械厂主要生产主机及信号系统，已生产80多台提升机，1979年生产过一台低速直联落地式提升机:北京整流器厂主要生产配套电控系统，己从瑞士BBC公司和瑞典ASEA公司引进了晶闸管电控整机系统
9、及元件生产线，直流电控容量可达到7000kW;还引进了交流变频调速(交-直-交)电控生产线，可生产单机420kw变频调速电控设备;1986年向甘肃金川矿提供了一套带微机控制的800kW直流电控设备。(2)从国外引进的晶闸管供电的直流提升机20多套，其中AEG公司21O0kW低速直联6套、西门子公司低速直联4套、瑞典ASEA公司9套。另外，还正在引进计算机控制的低速直联电控系统。二、国外矿井提升机的现状1.晶闸管-电动机(SCR-D)直流低速直联拖动系统部分发达国家原有的交流提升机已基本上被晶闸管-电动机(以下简称SCR-D)系统所取代。如德国、瑞典等国家已有90%以上采用直流提升机，传动系统大
10、都采用低速直联式(省去减速机)，使系统大为简化。如AEG公司采用低速直联的SCR-D系统，电机功率3000kw，额定转速55.8r/min，滚筒直径6.5m，提人速度17m/s，提物速度20m/s，提升高度1200米，具有完善的保护系统;采用磁场反并联，有平波电抗器及卧式深度发送装置；采用积分给定与行程给定相结合的双重给定信号;主回路采用两组三相桥组成12脉动顺抗整流，大大提高了功率因数。SIEMENS(西门子)公司、ABB公司、CEGELEC公司以及ASEA公司等都有相同类型的产品，其性能大同小异。此类系统的优点在于：体积小，重量轻，占地面积小，安装方便，建筑费用低；无减速器，总效率高，电能
11、消耗少；维护工作量小，备件少，处理事故快；单机容量大，适用范围广；调速平滑，精度高；易于实现最佳控制和自动化，安全可靠。其缺点在于：功率因数低，如三相桥平均功率因数只有0.45左右；无功冲击大，高次谐波对电网影响大。这些缺点可采用顺序控制和多脉冲整流的方法以及在电网上加谐波滤波器等措施使其抑制在一定的允许范围内。2.交流变频调速同步机驱动提升系统SCR-D直流拖动系统趋于成熟，且采用了顺控技术等措施来提高功率因数，但其功率因数仍然较低，从而从电网吸收大量的无功功率，且对电网品质因数产生严重的影响，提升容量越大，问题越突出。再则，直流电机制造成本高，电枢回路的整流子限制了提升容量的进一步增加，且
12、整流子，碳刷易磨损，加大了维护工作量，故障率高。因此换相整流子是个薄弱环节。由于存在上述两个问题，迫使人们又重新考虑交流拖动方式。自80年代初以来，交流变频供电的同步机拖动异军突起，在大型提升机中发展成为技术、经济均优的拖动方式。如SIEMENS公司1979年投运的2X4200kW、1x2650kw，额定转速55.5r/min；CEGELEC公司1983年投运的1X5480kw，额定转速69.5r/min；AEG公司1985年投运的1x3000kW，额定转速55.8r/min，ABB公司投运的lx4200kw额定转速45.86r/min；SEIMAG公司投运的2x460OkW等变频调速同步机拖
13、动的提升机，经过多年的运行，均获得成功。这种拖动系统主要有如下优点：提升容量几乎不受限制，最大可达10000kW，提升速度可达20m/s以上，提升高度1200米以上，滚筒直径达6.5m，这是直流系统难以达到的；没有整流子和碳刷这一薄弱环节，保证了电机的可靠运行和降低了运行消耗；功率因数高，可达0.9-1，极大地节省了电能；动态品质好(和直流系统相同)，系统可在四象限平滑过渡和无级调速；由于机械特性好，故起动转矩大。同步机的价格和有色金属的消耗低于直流机；调速范围宽。因此，多数专家认为，变频同步机拖动调速系统是大型提升机拖动的必然发展方向。这种拖动系统的缺点是：必须有专用的变频电源；在恒转矩调速
14、时，低速段电机的过载倍数有所降低；高次谐波对电网有影响，需在电网上加滤波器等补偿措施加以缓解。 1.2 本课题的目的和意义近年来，随着我国经济的快速发展和对矿山资源需求的高速增长，对矿山生产技术提出了越来越高的要求。矿井提升机作为矿山进行生产活动的关键设备之一，其电控调速技术的发展对促进矿井生产效率的提高和安全作业，无疑具有极其重大的影响。历经几十年发展，我国的矿井提升机电控技术取得了不少的进步，但与美国、 德国等世界发达国家相比，依然存在着很大的差距。目前，发达国家的矿井提升机电控技术已全面实现了全数字控制，而国内绝大多数中小煤矿的矿井提升机电控系统还是交流串电阻调速的继电器接触器控制系统，
15、效率低下，安全隐患多，严重制约着我国矿山产业的健康发展，急需大规模的技术改造和更新。矿井提升机直流拖动相对于交流拖动，提升能力强，并且调速容易。例如，一台交流提升机功率最大为1000kw，当要求提升功率为2000kw一下时可以采用双交流电机拖动方式，若要求提升功率大于2000kw时则需要采用直流提升机拖动。矿井直流提升机电控系统可以完成对直流提升机的起动、加速运行、匀速运行、减速运行和回馈制动的控制，并且可以实现平滑运行，调速精度高和提升机的四象限运行。矿井直流提升机电控系统的优点在于:体积小，重量轻，占地面积小，安装方便，建筑费用低；无减速器，总效率高，电能消耗少；维护工作量小，备件少，处理
16、事故快；单机容量大，适用范围广；调速平滑，精度高；易于实现最佳控制和自动化，安全可靠。矿井直流提升机电控系统还可为以后的计算机控制的系统的设计和建设打下了基础，和实现矿井提升机的全数字控制。本设计采用磁场换向的晶闸管-直流电动机(SCR-D)系统作为矿井直流提升机的控制系统，可有效的改善矿井提升机的起动、调速和制动的性能,实现矿井提升机的最佳控制。5山东科技大学学士学位论文 系统设备参数 2.系统设备参数1提升机技术参数 4x3直联塔装多绳摩擦提升机 摩擦轮直径：=4 m 导向轮直径：=4m 钢丝绳根数：4 钢丝绳最大静张力：600 kN 钢丝绳最大直径：=42mm 钢丝绳最大静张力差：168
17、 kN 钢丝绳间距：d=300 mm 最大提升速度：v=10m/s 摩擦轮转数：47.75 r/min 调速范围：0.0110 m/s 摩擦轮转动惯性矩：875 KN-m2 导向轮转动惯性矩：250 KN- m2 制动方式：液压盘式制动器 最大制动力矩：大于等于静力矩的三倍2电动机技术数据型号：GLC8/6579/16均方根功率：2100 kw均方根电流：2675 A电机尖峰电流：6687 A额定转速：47.75 r/min电枢额定电压：900 V励磁电压：110V励磁功率：40 kw负载效率：87.3%转动惯性矩：1004 kN-m2 通风方式：强迫通风冷却风量：18 m3/s允许过载倍数：
18、m =2.25励磁电流：380 A强励电压：550 V直流电动机极数：83系统的工作图图2.1系统的工作图7山东科技大学学士学位论文 系统的设计要求 3系统的设计要求矿井提升机是矿山的关键设备之一，其主要任务是提升井下的矿石、煤和废石，同时还要运送工作人员、设备和材料。因此，整个系统的设计对电控装置的要求很高。1. 可靠性高提升机电气传动的可靠性，不仅关系到矿井的生产能力和生产计划管理，而且直接关系到井下每个矿工的生命安全。电控设备的任何故障都有可能引起跳闸、紧急停车和过卷等重大事故，造成人身设备事故和整个矿井停产。所以，对于大型矿井提升机必须保证电控设备有很高的可靠性，在可能出现故障的地方多
19、设保护电路，并且要在保护环节的地方多设检查信号，以便及时发现问题并处理。所以，在设计电路是应考虑到各种保护电路；在器件的选型时应留有一定的域量，以保证电路可以忍受恶劣的环境；在供电电路中应设置多个保护点以保证电压的稳定和谐波的抑制等。2. 稳定性高必须满足提升机力图要求，能在四象限内平滑运行。矿井提升机负载变化大，有时为正力运行，有时为负力运行，电动机每个周期中在电动状态和发电状态之间变换。所以，作为给电动机供电的SCR供电装置应能在整流和逆变两种状态之间平滑过渡。3. 满足调速范围的要求为了满足提升机速度图要求，提升机电气传动必须保证电机在D=1 20 调速范围内，有0.5%以上的特性硬度。
20、调速范围：D=Vmax/Vmin=10(m/s)/0.5(m/s)=20。4. 快速性高由于提升机工作制不同，对于多绳摩擦轮提升机。对稳定性和快速性的要求：无论在正力还是负力负载状态能够快速建立力矩，以防止起动时倒转、钢丝绳蠕动和减速器冲击振动等现象，并且可以加速停车的准确性。5. 满足硬度特性的要求硬度特性的要求主要是保证提升机在额定正力和负力负载下，能得到小于或等于0.5 m/s的爬行速度。根据计算在要求的调速范围内，电机必须有0.5%以下的特性硬度。6.提高功率因数大功率提升机SCR-D拖动系统在起动时有大的无功功率冲击，是电网电压降低，给点网造成了污染。为了减少对电网的影响。电枢回路应
21、当选用多相整流电路；提升机低速运行时，功率因数过低。因此，在电路的设计中应多增加改善功率因数的环节。22山东科技大学学士学位论文 主回路及保护装置的选择、计算 4.方案的选择与比较4.1.提升机拖动方式的选择矿井提升机的拖动方式可以分为交流拖动和直流拖动两大类。交流拖动系统具有结构简单，坚固耐用，建筑面积小，维护方便，运行可靠价格低廉，设备供货容易，安装调试周期短等优点。主要缺点是启动阶段电能损耗较大，当用于要求频繁起动或不同运行速度的多水平提升机时就更为不经济。但用于单水平深井提升时，其提升效率实际上与发电机组供电的直流拖动系统相当。此外，在调速性能方面，交流调速系统不如直流调速系统优越，但
22、选用了动力制动、低频制动、可调机械闸、负荷测量、计算装载等辅助装置后，交流拖动系统也能获得满意的调速性能。综合以上原因，交流拖动在我国中小矿山或中等深度以下矿井获得了广泛应用。但是，由于交流开关容量的限制，单台交流拖动电机的容量一般不能大于1000kW，当功率超过1000kW而又需要用交流拖动时，则利用两台绕线异步电动机并轴进行拖动，即双机拖动。同样，出于交流开关设备容量的限制，双机拖动整机功率只能达到2000kW，当提升机主电动机功率大于2000kW时，均采用直流拖动方案。直流拖动系统一般采用直流他励电动机作为主拖动电机，它具有调速性能好，低速阶段能够稳定运行，在加速、减速和低速运行时的电耗
23、小，容易实现自动化控制等优点。根据供电方式不同，直流拖动系统又可分为两类，一类是发电机组供电的系统（简称G-M系统），一类是晶闸管供电的系统（简称V-M系统）。G-M系统的特点是过载能力强，所需设备均为常规定型产品，供货容易，运行可靠，技术要求不高但是维护工作量大，对系统以外的电网不会造成有害的影响，即不会引起电力公害等等。与G-M系统相比，V-M系统具有以下优点：（1） 功率放大倍数大。G-M系统的功率放大倍数在101左右，V-M系统可高达104，比G-M系统高3个数量级。（2） 快速响应性好。G-M系统为秒级，V-M系统为毫秒级，比G-M系统快3个数量级，因此动态品质快速性能较佳。（3）
24、功耗小、效率高。G-M系统平均效率为75%左右，V-M系统可达85%左右，比G-M系统效率提高10%以上。（4） 调速范围大。 由于剩磁影响，G-M系统在调速时，转速受到限制，而V-M系统调速时速度从零到最大速度都能控制。（5） 运行可靠。 V-M系统变流部分是静止设备。无转动部分，运行稳定可靠，而且无噪音，安装及维护工作量都较少。（6） 设备费用低。G-M系统设备复杂、庞大，需要大量的钢铁和有色金属进行制造，而V-M系统设备重量轻，辅助设备少、占地面积小。在相同条件下，V-M系统在设备投资方面，比G-M系统节省20%以上。由于直流拖动系统具有调速性能好的优点，是交流系统无法相比的，而V-M系
25、统又具有以上突出的优点。所以，本设计采用直流拖动方式。4.2电动机调速方法的比较直流电动机的调速指标有：(1)调速范围；(2)静差率；(3)平滑性；(4)调速时允许的输出。电动机转速与供电电压的关系：n=(Ua-IaRa)/Ce。式中：n：电动机转速(r/min) Ua：电枢端电压(V)Ia：电枢电流(A) Ra：电枢回路总电阻()Ce：电动势常数 ： 励磁磁通由上式可以看出，有三种方法调节电动机的转速：(1) 调节电枢供电电压Ua(2) 调节励磁磁通(3) 改变电枢回路电阻Ra电枢串电阻调速：在电枢回路串上电阻后，在电枢电阻上流过电流产生压降，电枢端电压降低。电枢端电压的数值受负载影响很大，
26、在空载时几乎几乎没有调速作用(电枢回路电流小，电阻压降可以忽略)。调节励磁磁通：弱磁调速范围对于普通电机最多为D=2，对于特殊设计的额定转速较低的调磁电动机D=34。主要原因是弱磁调速在额定转速以上调速，电动机nmax不可能太高，它受电动机的机械强度和换向的限制。另外，为了保证在nmax时有一定的转矩输出。在低速时，较大，为了使电动机磁路不饱和，电动机的体积及耗费的材料又必须大为增多，显得很不经济。调节电枢电压：改变Ua，可得一组平行的特性曲线。如图所示：图4.1电机的特性曲线n0与U0成正比，并具有相同的斜率，再采用反馈控制，特性的硬度可再提高，从而获得调速范围广，平滑性高的性能优良的调速系
27、统。采用晶闸管组变流器可以节省成本，有较高的调节速度。4.3 可控直流电源比较调节电枢供电电压需要有专门的可控直流电源，常用的可控的直流电源有以下三种：(1) 旋转变流机组。用交流电动机和直流发电机组成机组，获得可调的直流电压。(2) 静止可控整流器。用静止的可控整流器获得可调的直流电压。(3) 直流斩波器或脉宽调制变换器。用恒定直流电源或不控整流电源供电，利用电力电子器件斩波或进行脉宽调制，产生可变的平均电压。在上述三种可控直流电源中，旋转变流机组供电的直流调速系统在20世纪60年代以前曾广泛的使用，该机组至少包含两台与调速电动机容量相当的旋转电动机，还要一台励磁发电机因此设备多，体积大，费
28、用高，效率低，安装需打地基，运行有噪声，维护不方便。为了克服这些缺点，以后采用各种静止式的变压或变流装置来替代旋转变流机组。到60年代以后开始采用更为经济可靠的SCR整流器。知道今天，晶闸管-电动机调速系统已经成为直流调速系统的主要形式。和旋转变流机组相比，SCR装置具有经济性好和可靠性高，在技术上也有较大的优越性。晶闸管可控整流器的放大倍数在104以上，其门极电流可以直接用电子控制，不再像直流发电机那样需要较大功率的放大器。在控制作用的快速性上，晶闸管整流器可以达到毫秒级，这将会大大提高系统的动态性能。由于受器件的容量的限制，直流PWM调速系统目前只用于小功率的系统中。综上所述，本设计采用晶
29、闸管整流器作为可控直流电源。4.4 电枢可逆与磁场可逆的比较V-M直流电力电力拖动系统，为获得可逆运转特性以实现四象限调速，通常有两种电气控制方案可以选择。(1)电枢可逆自动调速系统，用改变电动机供电电压极性的方法来改变电动机的转向；(2)磁场可逆自动调速系统，用该变电动机励磁电流方向的方法来改变电动机的转向。电枢可逆和磁场可逆线路图如下所示： 图4.2电枢可逆电路 图4.3磁场可逆线路 电枢可逆的特点是改变电枢电流的方向，他需要两套容量较大的SCR整流装置，投资往往较大，尤其是大容量的可逆系统。但是由于电枢回路电感小，时间常数小，正反向切换的快速性好，因此特备适用于频繁起制动，要求过渡过程时
30、间短的中、小容量生产机械上，例如龙门刨床刨台的拖动等。磁场可逆线路的特点是改变磁场电流方向。电枢回路只有一套整流装置，励磁回路用两条整流装置。由于电动机的励磁功率较小(一般为1%5%额定功率)其设备容量比电枢可逆方案小的多，投资费用低，比较经济。但是由于电动机励磁回路电感量大，时间常数大(约零点几秒至几秒，甚至几十秒)，因此这种系统反向过程较慢，在磁场采用强励之后(强迫励磁电压短时加至45倍)，快速性可以得到一定程度的补偿，但其切换时间仍达到几百毫秒以上。此外，磁场可逆线路的控制回路比较复杂，必须在换向过程中励磁磁通等于或接近零时，电枢的供电电压Ud为零，以防止电动机在反转过程中发生“飞车”现
31、象。所以这种方案只适合要求快速正、反转的大容量可逆系统中，例如矿井提升机，电力机车等。本系统的设计采用磁场换向的方案。4.5逻辑有环流和无环流的比较 本设计采用磁场换向的控制方式，电机的主磁场由两组反并联的两套整流桥供电。两组晶闸管可控整流电路如图所示： 根据对环流的处理方法的不同，可逆调速系统可以分为：1. 无环流可逆方案逻辑控制无环流系统错位控制无环流系统2. 有环流可逆方案=配合控制的有环流可逆调速系统可控环流的可逆调速系统采用两组晶闸管反并联的可逆V-M系统解决了电动机的正、反转运行和回馈制动问题，但是，如果两组装置的整流电压同时出现，便会产生不流过负载的而直接在两组晶闸管之间流通的短
32、路电流，即为环流。一般情况下，环流对负载无益，只会加重晶闸管和变压器的负担，消耗功率。图4.4=配合控制的有环流可逆调速系统 =配合控制的情况下，两组晶闸管输出的直流平均电压差为零，由于整流与逆变电压波形上的差异，仍会出现两组晶闸管瞬时电压不相等，从而仍能产生瞬时的脉动环流，这个瞬时脉动环流是自热存在的，因此=配合控制有环流可逆系统又称自然环流系统。直流平均环流可以用配合控制，而抑制瞬时脉动环流的方法是在环流回路中串入电抗器(如上图所示)。为了充分利用有环流可逆系统制动和反向过程的平滑性和连续性，最好能有波形连续的环流。当主回路电流可能断续时，采用的控制方式，遏制环流至零。这样根据要求，通过改
33、变给定电压Uc来控制环流的大小，即为可控环流的可逆调速系统。通过以上分析可知，有环流可逆调速系统具有反向快、过渡平滑等优点，但是需要设置几个环流电抗器，这显然是个累赘。因此，当工艺过程对系统正反转的平滑过渡特性要求不是很高时，特别是对大容量的系统，常采用无环流控制可逆系统。故本系统采用无环流系统。由于没有环流的存在，不需要环流电抗器，没有附加的环流损耗，可节省变压器和SCR整流装置的附加设备容量，因换流失败而导致的事故率会大为降低。但是这种系统也存在缺点：延时造成了电流换向死区，影响过渡过程的快速性。矿井提升机对换向的快速性要求不高，采用逻辑无环流可以满足要求。逻辑控制无环流可逆系统：当一组晶
34、闸管正在工作时，封锁另一组晶闸管，但当负载的电流极性发生变化时，通过控制电路封锁工作的晶闸管，开放另一组晶闸管。总之要确保两组晶闸管不能同时工作。实现无环流的另一种方法是采用配合控制的原理，当一组晶闸管工作时，让另一组晶闸管处于待逆变状态，但是两组触发脉冲的零位错开的比较远，彻底防止了环流的产生。本系统采用逻辑控制无环流。4.6矿井提升机供电主电路组合方式 矿井提升机供电变流器经常采用由多个基本的三相全控桥按不同方式组合连接而成，常用的方式有电流可逆双变流器；顺序串联升压变流器；十二脉波变流器等。采用组合连接是因为要获得负载上直流电流的可逆性或获得电源与负载之间电能传输的可逆性，从而实现四象限
35、运行；考虑到提升机功率可以大到一定的数量级(MW级或更大)，因而要求变流电路能满足高电压、大电流的要求；为尽可能地降低提升机起动及低速起动时的无功功率冲击，以及减少高次谐波对电网的污染，从而改善交流设备的动力指标。4.6.1电流可逆双变流器用两组基本变流电路三相全控桥组成的电流可逆双变流器有两种连接方式：反并联连接和交叉连接。如图所示： 图4.5变流器反并联电路图 图4.6变流器交叉联电路图 这两种连接方式的工作情况基本相同。其不同之处在于交叉连接中两个单变流器要分别由两个独立的交流电源供电(一台变压器的两个独立的阀侧绕组或两台变压器的阀侧绕组)，而反并联只需要一个交流电源供电。 两组单变流器
36、的直流输出电压大小相等方向相反，但是与负载之间有电流流通的只能有一组。上述两种整流后，产生较大的脉动电流，而脉动电流产生的脉动转矩对生产机械不利；此外，脉动电流造成较大的谐波分量，流入电源后对电网不利，同时还会增加电机的发热，影响电机的使用寿命。4.6.2顺序串联升压变流器如图所示，两组变流器按升压方式串联，其控制方式可采用顺序控制。图4.7顺序串联升压变流器电路图先使II组保持IImax不变，单独控制I组使它由Imin向Imin变化，然后再保持Imin不变，单独控制II组使之自IImin向IImin变化，最终两组都运行在min状态，此时I组和II组均工作在最大整流状态，输出电动势最大。采用顺
37、序控制后比用同样输出电压的一组单变流器在深控时大大地减少了无功功率的消耗，因而提高了功率因数。矿井提升机在加速阶段，将产生很大的无功冲击，对电网十分不利，对电网的其它设备的正常运行有较大影响。而当采用顺序串联控制后，这种情况得到改善。同时，该整流器直流输出电压的脉波数在612之间，因此，对改善网侧电流波形畸变有一定好处。4.6.3十二脉波变流器 为了抑制谐波分量，减少电网电压波形畸变，采用如图所示连接方式可以可以得到十二脉波输出：图4.8十二脉波变流器并联电路图图4.9十二脉波变流器串联电路图采用这种连接方式都需要互差30相位的两个独立交流电源(可借同一变流变压器的两个不同的阀侧绕组供电)，相
38、位控制可以采用简单的等同控制原则I=II。采用串、并联变流器的组合连接较之单组变流器不仅具有脉波数提高一倍的优点，而且扩大变流器功率范围，以适应大功率提升机的高电压，大电流的要求优点。尤其是当某一组变流器故障时，可以利用剩下的一组供电，使得提升机在降低一半功率的条件下继续维持运行。通常在高电压的大型提升机电动机供电系统中采用串联型。当一组变流器故障时，可将其短路，而利用另一组使提升机速度降低50% (保持原有)负载，维持运行。而在电流很大的大型提升机供电系统中采用并联型。当一组变流器故障时，可将其切除，而利用另一组使提升机负载降低50%(保持原有速度)维持运行，而在更大功率的大型提升机供电系统
39、中，则可同时采用串并联，再配以变流变压器适当接线组别，可获得24脉波变流效果。对于一般的提升机优先考虑串联型比较合适。综上所述，根据设计要求提高功率因数，减少脉动的目的，本设计采用顺序控制串联升压变流器。4.7单闭环与双闭环的比较采用PI调节的单闭环直流调速系统，可以在保证系统稳定的前提下实现转速的无静差。但是如果对系统的动态性能要求较高，例如要求快速起制动，突加负载动态速降小等等。这是单闭环系统无法满足的。主要是因为在单闭环系统中不能随心所欲的控制电流和转矩的动态过程。根据矿井直流提升机的设计要求，本设计采用转速、电流双闭环调速系统。在系统中了设置转速调节器(ASR)和电流调节器(ACR)。
40、电流调节器在内环，速度调节器在外环。下面介绍ASR和ACR的作用。1.转速调节器(ASR)(1)使n跟随给定电压Un*变化，稳态无静差；(2)对负载变化起抗绕作用；(3)其输出限幅值决定允许的最大电流；2.电流调节器(ACR)(1)对电网电压波动起及时抗绕作用；(2)起动时保证获得允许的最大电流；(3)在转速调节过程中，使电流跟随其给定电压Ui*变化；5.主回路及保护装置的选择、计算5.1 电枢回路的选择计算5.1.1整流变压器额定参数计算一般情况下，SCR装置要求的供电电压与电网电压不相符，另外为了尽可能减少用电设备和电网之间的相互的干扰，利用整流变压器进行变压和电磁隔离，所以通常配有整流变
41、压器。整流变压器一次侧电压U1是电网电压，它属于已知。根据整流电路的类型和系统要求的整流电压Ud和整流电流Id，可以算出整流变压器的额定参数：二次相电压U2，二次相电流I2，一次相电流I1，二次容量S2，一次容量S1，和平均计算容量S0。 1. 二次相电压U2式中：Ud直流电动机额定电压； ra直流电动机电枢绕组电阻标幺值； rb直流电动机电枢回路其它电阻标幺值； Idn直流电动机额定电流； Ra直流电动机电枢绕组电阻； Rp直流电动机电枢回路其它电阻，包括平波电抗器电阻，变流变压器绕组电阻等； Idmax电枢回路最大电流； n桥臂同时导通的串联元件个数； UT可控硅元件在额定运行条件下的通态
42、电压降；A变流器接线系数，对于三相全控桥，A=2.34； 电网电压波动系数，一般取=0.9； min变流器最小控制角，对于可逆电路min=25- 30； c整流器倾斜系数，对于三相全控桥，c=0.5； Uk%变压器短路阻抗百分值，对于100-1000KVA的变压器， UK%=5-10； ITmax/ITN变压器最大工作电流与额定电流之比；Imax/Id=2.25 是负载的过载倍数A=Ud0/U2=4.68 B=cos25=0.9603C=0.5 =0.92. 变压器二次、一次电流有效值与负载电流Id关系式：式中：KI1、KI2电流系数，三相全控桥中KI1=KI2=0.816； K变流变压器的变
43、比，K=W1/W2；为了精确，考虑变压器的激磁电流时，应在公式的右方乘以1.05左右的系数，才是一次电流有效值。3. 二次容量S2、一次容量S1、平均计算容量S变压器的容量是指相数、相电压有效值和相电流有效值的乘积 根据以上计算选择整流变压器：ZS-2500KVA相电压 6000/330V；相电流 139/2525AUd%=8.5%,/Y-11 5.1.2电抗参数计算1. 电动机漏电感La按下式计算 式中 ：UdN电动机额定电压 IdN电动机额定电流 P电动机极对数 Ka计算系数，对于一般无补偿电机Ka=8-12 2. 限制输出电流脉动所需的电感量Lm为 式中：Si电流脉动系数，为输出脉动电流中最低频率的交流分量幅值IAm 与输出电流平均值Id之比，通常三相电路Si5%-10%； Km与变流电路有关的系数，双桥顺控供电min=30Km=0.3；所以： 3. 整流变压器电感，按下式得 式中：LD变压器每相电感，mH Uk变压器短路电压百分比，8.5% U2变压器次级相电压，330V Ide额定电流，2675A Kb系数，3.9所以 对于三相桥式电路，在计算时应考虑到可能有两相同时导通，所