矿井提升机作为矿山生产的应用的重要设备之一，其作用为提升煤炭、矿石，升降人员和设备等，在整个矿山生产中占有十分重要的地位。而目前在矿井提升机中，能够在较大功率、转矩型负载、要求调速范围较大等场合应用的交流驱动调速方法，以绕线式异步电动机转子串电阻（金属或液体电阻）调速为主。这种串电阻调速方式，利用控制器或磁力站对串入转子回路中不同阻值的电阻进行组合，达到调速目的。但缺陷明显，主要反映效率非常低，它以增加转差功率的消耗来换取转速的降低。转速越慢，效率越低，大部分功率被转换成热能而消耗掉。那么怎样更好解决此问题呢？答案是采用价格便宜的交流感应电动机，用变频调速方案就能很好地解决这个问题。变频调速是通过改变定子供电频率来达到电机调速的目的，无论转速高低，其机械特性基本上与自然机械特性平行，所消耗的转差功率都基本不变，因此效率很高，有着明显的节电效果，且调速的平稳性大大提高。在节能、减少维修、提高产品产量及产品质量等方面都取得了明显的经济效益。是未来电机调速的发展方向。
       以下我们举例说明。矿井原来提升机采用YRKK-355绕线式电动机串电阻式调速，能耗很大，为此改用变频调速。电机换为220KW,YB80-355L的三相异步电机，变频器选用LG生产的电机变频器SV220iH-4，PLC选用西门子SIMATIC S7系列PLC s7-300，带有数字量和模拟量输入/输出接口，并配置相应监测和通讯插件的功能，且处理信号的容量大，处理速度快。且对原有的老式电控设备也进行了改造，整个控制装置通过屏蔽电缆线连至机控室，并在机控室设有电机的启停按钮，变频柜上还有手动与自动切换按钮，操作方便。
1 矿井提升机变频调速控制系统的总体设计
基于PLC控制的大功率长距离矿井提升机变频调速控制系统由主轴装置、动力站、变频柜、控制台和在线检测监控计算机组成，系统框图如图1所示。主轴装置由主轴、筒壳、支轮、制动轮、轴承座等部件组成，完成人、
物、料的运输任务。动力站是由主电机、制动器、减速器和底座等组成，主电机通过减速器向提升机提供牵引所需的动力；失效安全型制动器为提升机提供工件制动力，以保证系统安全可靠地工作。变频柜是动力站的能量供给单元，通过它可将输入工频电能转换成频率可调的电能提供给交流电动机，以达到控制交流电动机转速的目的。控制台是整个矿井提升机运输系统的控制核心，通过它可以设定系统的工件方式和控制方式，可以发布系统的各种控制命令，可以接收变频柜和动力站的各种回馈信号，以实现对提升机启动、加速、平稳运行、减速、停车以及紧急制动等各种控制功能。监控计算机是操作人员和控制系统及运输系统之间的桥梁，它可以在线监测提升机运输系统的各种工作参数、工作状态、故障参数和故障状态。
2 变频器容量选择
常规设计的交流电动机，通常都是在额定频率、额定电压下工作的。此时，轴上输出转矩、输出功率都可以达到额定值。在变频调速的情况下，供电频率是变化的，电机的实际输出也会变化，由于变频器有一定的通用性，因此在与不同拖动场合的电机配合时，必须合理选择容量。
      在一台变频器驱动一台电机的情况下，变频器的容量选择要保证变频器的额定电流大于该电动机的额定电流，或者是变频器所适配的电动机功率大于当前该电动机的功率。
       按连续恒转矩负载运转时所需的变频器容量的计算式计算：
       式中 ――负载所要求的电动机的轴输出功率；

         ――电动机的效率（通常约0.85）；

        ――电动机的功率因数（大功率的可达0.82）；

        ――电动机电压（Ｖ）；

       ――电动机电流（Ａ），工频电源时的电流；

       ――电流波形的修正系数，对PWM方式，取 ；

       ――变频器的额定容量（KWA）；

      ――变频器的额定电流（Ａ）。

      这三个式子是统一的，选择变频器容量时，应同时满足三个算式的关系，尤其变频器电流是一个较关键的量。

       考虑到电机性能上的差异及机械负载的波动，变频器容量取电动机容量的１－２倍，另外，也可根据生产机械所需的实际转矩与稳定运行时的转速，求其乘积，得到所需电动机的轴上功率，据此确定变频器容量。本系统中的驱动电动机属有载启动的输送类机械，所需电动机的轴上功率为220KW，按1.5倍容量就选择330KW以上变频器。
        3 控制系统结构原理   
       基于PLC的变频调速矿井提升机的结构原理图如图2所示。图中，A、B、C分别为660V三相动力电源。大功率变频装置可以将工频三相交流电经过交直变换之后经过逆变器，利用设定的参数进行了逆变，使得输出为某一相应设定频率的交流电。变频器输出频率的变化，将导致电动机的输出转速变化，二者之间的关系近似线性。这样，就起到了调速的作用。
在电路系统中，为了保证正常运行安全，必须将设备可靠的接地，因此，变频器的接地端也应可靠接地。主回路中，用于连接制动单元和制动电阻的端子，用于防止提升机在垂直方向上运行时，发生工件在带动电动机运转，而产生很大的再生电动势，即泵升电压过高，损坏变频器的现象出现。加入外接制动电阻或外接制动单元可消耗部分能量，提高变频器的工作能力。根据变频调速原理，在变频器的控制输入回路中接入频率设定电路，由PLC输出的模拟量，即电压或电流信号来控制变频器的输出频率。此时的变频器输出频率与设定电压或电流输入成正比。为了便于监控变频器的运行状态并及时发现异常，取出变频器的异常信号送到PLC的输入模块，以作为变频器的事故报警信号。FU为主回路熔接触器， CT是电流传感器，将主回路中的电流转换为控制系统可以接收的小电流信号。MOTOR是被控电动机，通过它可以连续调节提升机的速度。轴编码器可以检测主电动机的转速，并将此信号传送给可编程控制器和变频装置，变频器通过此信号可以控制电动机的转速，PLC通过该信号可以累计提升机的行走距离。操作人员通过控制台向PLC发送控制提升机运行的命令，同时控制台可显示提升机的运行状态，为操作人员判断提升机运行提供依据。PLC接受来自控制台的各种命令，然后驱动相应的功率电路，达到控制主电路的目的，同时将提升机的各种状态送给控制台。监测计算机通过与PLC的通信，将电动机的所有运行参数和故障参数都显示出来，为操作人员提供分析故障、判断故障和处理的依据。SB、DB、CB分别是控制系统中的信号线、数据线和通信线，它是信息传递的通道。
        由于提升机是在矿井使用，还需设计防爆装置，在加上防爆外壳后，变频器产生的热损耗不能排出会导致其温升过高而影响正常运行，变频器的通风系统我的设计为水冷系统，带有双循环热交换器，内循环的水将变频器功率部件的热传导给空气，空气经由外循环把热量排出井外。
         提升机紧急制动系统为恒减速紧急制动控制，它通过检测制动过程中的实际速度值，换算为减速度，实现制动对减速度的半闭环控制（即只能控制制动过程中液压压力的下降，而不能使之上升）。其基本的控制原理为：设定一个“停止起始频率”fBS，当变频器的工作频率下降到fBS时，变频器将输出一个“频率到达信号”，使主控系统检测到紧急制动减速度达到预定值，保持此时的制动压力来达到恒减速度的目的。

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