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某矿井提升机变频调速电控系统技
术培训教材
矿井提升机是煤矿、金属矿、盐矿等地下矿山中的一种重要设备，其主要功能是将煤、矿石、物资等提升到地面或地下。
维护和保养提升机是保障煤矿安全生产必须的工作。
在提升机的制造和维护中，电控系统是至关重要的一环。
某矿井提升机的变频调速电控系统技术培训教材介绍了该矿井提升机的电控系统的结构、原理、维护和保养等方面的知识，主要内容如下：
一、电控系统的结构
某矿井提升机的电控系统由主控柜、从控柜、变频器、控制电缆和电机等组成。
其中，主控柜和从控柜负责控制和保护电机和变频器，变频器实现提升机的变速控制。
二、电控系统的原理
某矿井提升机的变频调速电控系统采用了矢量控制技术和PID闭环控制技术。
其主要原理是通过测量电机的电流、电压、转速、位置等参数，对电机进行控制，使电机达到所需要的转速和扭矩。
三、电控系统的维护和保养
1. 每日检查控制柜和变频器的工作情况，检查电缆连接是否牢固。
2. 定期进行维护保养，清洁和排除控制柜内部和电缆的灰尘和杂物。
3. 编写电控系统应急预案，以便在发生故障时，能够及时进行故障排除。
4. 实施日志记录和定期巡视，确保电控系统的正常运行和防范故障。
通过本教材学习，能够加深对某矿井提升机电控系统的认识，提高掌握该控制系统的技能。
在实际的生产中，应加强对电控系统的维护和保养，确保矿井提升机的正常运行，保障煤矿的生产运营。
项目三：煤矿固定机械电控系统任务一煤矿提升机电气控制系统一、交流提升机电气控制概述（一）交流提升机电控系统的类型和基本组成1.类型单绳交流提升机电控系统：TKD—A系列、TKDG系列、TKD—NT系列、JTKD—PC 系列。
多绳提升机交流电控系统：JKMK/J—A系列、JKMK/J—NT系列、JKMK/J—PC系列。
电控系统的型号及含义如下：①TKD—单绳提升机电控设备；JKMK/J—多绳提升机电控设备。
②控制类型：A改进型；NT网络控制型;PC微机控制型。
③监控装置：0不带监控装置；1事故信号显示器；2上位监控系统。
④主回路器件:0空气式；1转子为真空式；2转子和主回路换向器为真空式；3转子；主回路换向器和高压柜均为真空式；4转子为晶闸管，主回路换向器和高压柜均为真空式。
⑤制动方式：0不带电气制动；1模拟量动力制动；2全数字动力制动；3全数字低频制动。
⑥电压等级：1低压380V电机；2低压660V电机；3高压6kV电机；4高压10kV电机⑦磁力站极数：8八级电阻；A十级电阻。
⑧主电机转子电流等级：6≤600A；9≤900A。
⑨Ⅰ单机拖动；Ⅱ双机拖动。
⑩P牌坊深度指示器；S机械监控器；D数字监控器。
2.组成各种电控系统主要由高压开关柜（空气或真空）、高压换向柜（空气或真空）、转子电磁控制站、制动电源、操纵台、液压站、润滑油与制动液泵站、启动电阻、运行故障诊断与报警装置等电气设备组成，如图3.1所示。
图3.1 TKD—A、JKMK/J系列交流提升机电控系统（二）矿井提升机电气控制方式不论何种提升方式，提升机的电气控制系统都是相同的。
TKD-A系列电气控制系统，为已经定型的交流拖动控制系统，它可以实现对提升机的自动或半自动控制，现以高压~6kV单电机拖动为例，介绍TKD电气控制系统。
1.加速阶段电动机的八段加速特性由二段预备级RY1、RY2和六段主加速级R1~R6组成。
图3.2中ML为负载转矩。
提升开始时，定子绕组接通交流电源，转子回路串入全部电阻，电动机工作在第一预备级RY1特性曲线的a点。
矿井提升机控制系统培训资料简介矿井提升机是矿山生产中不可或缺的一项设备，其正常运行对于矿山的生产和运营至关重要。
在矿井提升机的运行过程中，控制系统的稳定性和精准性对于提升机的安全性和可靠性具有直接的影响。
本培训资料旨在为矿井提升机控制系统的运维人员提供一份全面的培训材料，包括矿井提升机控制系统的组成结构、原理及其检修、维护、操作方法等内容，帮助运维人员更好地掌握矿井提升机控制系统的技术细节，并且掌握正确的操作方法，确保提升机的正常运行。
矿井提升机控制系统的组成结构1.控制箱控制箱是矿井提升机控制系统最重要的组成部分之一。
其中包含了矿井提升机的起动控制、调速控制、保护控制等系统，以及主要的远程通信接口。
2.操作面板操作面板是矿井提升机控制系统中，控制箱外部直接操作的组成部分，一般安装在控制箱的正面板上。
提升机的操作员通过操作面板来输入控制指令。
3.信号传输线路信号传输线路是控制系统中的一部分，它连接了控制箱和矿井提升机运行中的各个部位，是控制系统正常运作的基础。
4.电机电机是矿井提升机的驱动力，可以分为主提升电机和分配电机两种。
主提升电机是最关键的，它控制矿井提升机的升降。
分配电机则用于控制矿物料卸放和转移。
矿井提升机控制系统的原理及其检修、维护、操作方法1.控制系统的原理矿井提升机的控制系统主要由控制箱、操作面板和信号传输线路组成，其中控制箱是整个控制系统的核心，在矿井提升机的运行过程中扮演着关键的角色。
在正常运行的时候，整个控制系统需要保持稳定，电机的运行状态需要平稳，控制指令也需要准确。
若控制系统出现异常，必须尽快对其进行检修和维修。
2.检修与维护涉及到控制系统的检修和维护，必须首先确保整个控制系统的电源开关处于已经关闭状态。
然后将操作面板取下，检查面板内部的电线连接是否存在松动和断裂现象。
如果发现问题，必须及时将其修复。
在检查完操作面板之后，需要检查控制箱内部电源和控制线路是否正常，避免电线的接点松动或其他问题，进而导致控制箱的锁紧熔断器烧掉。
隔爆兼本安型全数字矿井提升机变频调速电控系统技术培训一、目录➢系统概述➢系统组成➢变频调速系统➢PLC控制系统➢提升信号系统一、系统概述1 ,变频绞车煤矿井下斜井绞车，以前主要是以交流异步电机转子串电阻调速绞车(电气拖动）,液压绞车(液压拖动)等几种方式为主，但这些设备在安全可靠性、调速、节能、操作、维护等方面都不同程度的存在缺陷。
串电阻调速主要缺陷有:1),属于有级调速, 开环运行,因而调速精度低,特别是在出现负力提升时,要由司机判断速度来人为投入低频或动力制动装置,因而很不安全。
2),转子串入附加电阻后，电机机械特性很软，低速运行时负载稍有变化转速波动很大。
3),电机低速运行时效率很低，电动机电磁功率中的转差功率全部转化为转子回路中的铜耗以发热的形式消耗掉，浪费了大量的电能。
4),由于电机转子回路串有大量金属电阻,在运行中电阻散发出大量热量，造成电阻箱变形失爆。
5),安装大量的金属电阻,大大增加了电控峒室的面积,也大大增加了峒室的开拓费用。
液压绞车在一定程度上解决了串电阻调速的缺点,但是在使用过程中,发现液压绞车易漏油,噪声大,传动效率低,维修工作量大,液压马达故障率高等问题,这些问题都造成系统后期的运行费用很高,因而液压绞车并不是煤矿安全生产的最佳产品。
防爆变频绞车的问世,使矿井提升机的装备水平发生了质的变化。
目前变频绞车已成为市场的主导产品，其主要特点如下：1),结构紧凑、体积小、移动方便、用于矿山井下可节省大量开拓费用。
2),安全防爆,适用于煤矿井下等含有煤尘，瓦斯或其它易燃易爆气体的场所。
3),变频绞车是以全数字变频调速为基础,以矢量控制技术为核心，使异步电机的调速性能可以与直流电机相媲美。
表现在低频转矩大、调速平滑、调速范围广、精度高、节能明显等。
4),采用双PLC控制系统,使斜井绞车的控制性能和安全性能更加完善。
5),操作简单、运行安全稳定、故障率低、基本免维护2 ,用途及适用范围变频绞车电控系统,适用于交流异步电动机(绕线型或鼠笼型)驱动的单滚筒或双滚筒缠绕式绞车。
矿井提升机电气控制系统应用及优化随着矿业的发展和进步，矿井提升机在煤矿生产中起着至关重要的作用。
矿井提升机是矿井生产中用于提升矿石、人员和物资的设备，其安全性和稳定性对煤矿生产具有重要影响。
而矿井提升机的电气控制系统则是其关键组成部分，对矿井提升机的性能和运行安全起着至关重要的作用。
在矿井提升机电气控制系统的应用与优化方面，需要从以下几个方面进行探讨：一、矿井提升机电气控制系统的基本组成矿井提升机电气控制系统主要由电机、变频器、控制柜、传感器、PLC、HMI等组成。
电机作为提升机的动力源，由变频器控制其旋转速度和输出功率；控制柜则是电气控制系统的核心部分，负责对电机进行启停、正反转、速度调节等操作；传感器用于对提升机运行状态进行监测和反馈；PLC作为控制系统的大脑，负责对传感器反馈信号进行处理和输出控制信号；HMI则是人机交互界面，用于监控和操作矿井提升机的运行状态。
在实际运行中，矿井提升机电气控制系统存在一些问题。
首先是系统的可靠性和稳定性有待提高，由于煤矿环境的特殊性，矿井提升机电气控制系统容易受到灰尘、潮湿等因素的影响，导致系统故障频发；其次是系统的智能化水平低，缺乏对提升机运行状态的准确监测和预测能力，无法实现对提升机运行状态的智能化管理。
为了解决矿井提升机电气控制系统存在的问题，需要从以下几个方面进行优化：1. 提高系统的可靠性和稳定性，采用防尘、防潮等技术手段，提升系统在恶劣煤矿环境下的适应能力；2. 提升系统的智能化水平，引入先进的传感技术和智能控制算法，实现对提升机运行状态的准确监测和预测，实现对提升机运行状态的智能化管理；3. 优化系统的人机交互界面，设计简洁直观的操作界面，提升系统的易用性和操作性，减少操作失误和事故发生的可能性；4. 强化系统的故障诊断和预防能力，引入先进的故障诊断技术，实现对系统故障的快速诊断和处理，提升系统的可维护性和可靠性。
1 第一章 矿井提升机概述 第一节 提升机电力拖动的特点及对拖动控制装置的要求 矿井提升机（又称绞车、卷扬机）是矿井生产的关键设备。提升机电控系统技术性能如何，将直接影响矿井生产的效率及安全。欲掌握提升机电控系统的原理，首先要了解提升机对电控系统的要求，以及各种电气传动方案的特点。 矿井提升机为往复运动的生产机械，有正向和反向提升，又有正向和反向下放。对于不同水平的提升，在每次提升循环中，容器的上升或下降的运动距离可能是相同的，也可能是不同的。在每一提升周期都要经过从起动、加速、等速、减速、爬行到停车的运动过程，因此提升机对电控系统一般有下述一些要求。 1、要求满足四象限运行 设提升机正向提升时，拖动电动机工作在第一象限。而在减速下放时，如果是正力减速，拖动电动机也工作在第一象限，但如果为负力减速，则拖动电动机就工作在第二象限。 同样当提升机反向提升时，拖动电动机工作在第三象限。而在减速下放时，如果是正力减速，拖动电动机也工作在第三象限，但如果为负力减速，则拖动电动机就工作在第四象限。因此，提升机的运行必须能满足四象限运行的要求。 2、必须平滑调节速度且有精度较高的调节精度 提升工艺要求电控系统须能满足运送物料(达到额定速度)、运送人员(可能要求低于额定速度)、运送炸药(2m／s)、检查运行(0.3～1.0m／s)和低速爬行(0.1～0.5m／s)等各种要求，所以要求提升机电控系统必须能平滑连续调节运行速度。 对于调速精度，为了在不同负载下的减速段的距离误差尽可能地小，要求提升机的静差率ｓ越小越好(一般在高速下ｓ＜１％)。这样可以使爬行段距离尽可能设计得小，来减少低速爬行段的时间，从而缩短提升周期，获得较大的提升能力。 3、要求设置准确可靠的速度给定装置 提升工艺要求电控系统的加减速度平稳。根据安全规程，对矿井提升机的加、减速度都有一定的限制。对竖井来说，提物时加减速度小于1.2m/s2；提人时加减速度小于0.7m/s2；对斜井，提人时加减速度小于0.5m/s2。 限制加速度的目的其一是为了减少人对加减速度的不适反应程度，其二是降低提升机加速时的电流冲击，提高提升设备的使用寿命。 实际上矿井提升机系统是一个位置控制系统，提升容器在井筒中的什么位置该加速、等速、减速、爬行都有一定的要求。也就是说，必须根据提升容器在井筒中的位置确定给定的 2
速度，这就是按行程原则产生速度给定信号。 ４、要求设置行程显示与行程控制器 为了便于提升机司机操作与控制，电控系统应设置可靠的提升容器在井筒中的位置显示装置(俗称深度指示器)。老的深度显示常采用牌坊指针式或圆盘指针式深度显示装置；新的深度显示则采用数字显示。 因此，要求提升机电控系统应设置有可靠的位置检测环节，能准确地检测出提升容器在井筒中与减速点开始、爬行、停车及过卷相对应的位置，以便控制提升机能可靠地减速、爬行、停车。为了可靠起见，通常一个位置要设置多只行程开关，以实现冗余控制。 5、要求设置完善的故障监视装置 提升机对其电控系统的可靠性要求很高。这是因为提升机一旦出现故障，轻则影响生产，重则危及人员生命。电控装置的高可靠性表现在两个方面：一是电控系统质量好，故障少；二是出现故障后应能根据故障性质及时进行保护，并能对故障内容进行记忆和显示，以便能迅速排除故障。 通常提升机故障监视内容少则几十项，多则百余项。 6、要设置可靠的可调闸控制系统 可调闸是一套电气控制的液压调节机械闸系统，是提升安全运行的最后一道保护措施，因此要求闸系统的控制必须安全可靠。可调闸系统的控制通常分为工作制动（常称工作闸，由司机的制动手柄控制）和安全制动（常称为安全闸，由安全回路的继电器或PLC等逻辑控制）。工作制动是在手动操作或在自动操作方式下作为正常停车或定车手段。而安全制动是在系统出现故障时，使运行状态下的提升机快速减速停车、静止状态下不能松闸。 安全制动又分为一级制动和二级制动。当提升容器在井筒中而离停车点较远时，若系统出现故障需要紧急制动时应采用二级制动。所谓二级制动，就是制动转矩不是一次全部加到闸盘上，而是分两次，使紧急制动时的减速度比较小，减速度较缓，对机械设备的损伤小，容器在紧急制动后要滑行一段距离才停下来。当提升容器在井筒中离停车点较近时，紧急制动时应采用一级制动。一级制动时制动转矩大、在紧急制动时滑行距离短。 目前在先进的提升机上都装备有制动力可调的安全制动装置。 第二节 提升机的电力拖动方案 按提升机对电控系统的要求，常用的提升机电力拖动控制方案有以下几种。 1、绕线型异步电动机转子回路串电阻提升系统 在这种方案中，绕线型异步电动机转子回路串联附加电阻，利用控制器或磁力站对附加 3
电阻进行不同的组合，改变其大小，达到调速目的。根据提升机调速性能的不同要求，常用电阻组合有五级、八级和十级等。级数越多，调速越平滑，但仍属于有级调速方式。 该方案在加速阶段和低速运行时，大部分能量（转差能量）以热能的形式消耗在转子附加电阻上，系统运行效率低。在负力减速时，一般采用动力制动或低频制动，需要设置辅助电源和定子绕组的二次切换操作。由于受交流接触器容量的限制，目前单机运行功率不超过1000kW，双机不超过2000kW。 这种方案的优点是它的结构简单、维护容易、操作方便，是目前我国中小型矿井的主流提升设备。 2、双机拖动提升系统 双机拖动是将两台同容量或不同容量的电动机通过一定的刚性连接方式，用两台电动机共同拖动一台提升机。与单机拖动相比，其优点是双机拖动可以扩大电动机的使用容量，减小电力拖动系统的转动惯量；可以根据负载情况，确定单机或双机的投入，以提高效率，增加系统可靠件；通过合理调节两机的工作状态，可以得到比单机更加平滑的加减速调节、良好的减速和爬行运行特性。缺点是控制设备多、复杂，维护量大。 3、发电机－电动机（G－M）直流拖动可逆提升系统 G－M（原称F－D）直流拖动可逆提升系统是指由直流发电机G为直流电动机M提供幅值、极性可变的直流电源。直流电动机为它励方式，励磁电流恒定，通过改变直流发电机输出电压来改变直流电动机的转速。直流发电机由交流同步电动机拖动，通过改变直流发电机励磁电流大小改变输出电压，直流发电机的励磁电流是通过改变电机扩大机的励磁实现控制和调节的。 这种方案的优点是可实现无级调速，电动状态与制动状态的切换是快速平滑的，能较好地满足四象限平滑调速的要求，通常采用速度闭环控制调速精度也比较高，无功冲击小，功率因数高，而且还可向电网提供超前无功功率，以改善电网的功率因数。这种方案在20世纪80年代以前的大中型矿井提升机系统中得到较好的应用。 缺点是运行效率较低，因为功率变换的效率是同步电动机和直流发电动机两台电动机效率的乘积，通常变流机组的效率只有0.8左右(考虑直流发电动机组平时不停机)；占地面积大；噪声大；维护工作量大；耗费金属量大等。因此，目前这种传动形式的矿井提升系统中已被晶闸管－电动机（V－M）直流提升系统所取代。 4、晶闸管－电动机（V－M）直流拖动可逆提升系统 晶闸管－电动机（V－M）直流拖动可逆提升系统用静止的晶闸管整流器取代旋转变流 4
器（发电动机组）为直流电动机供电，其效率、控制精度、运行特性及可靠性等均比G－D系统大为提高，从20世纪80年代起就成为直流拖动提升机的主要方式。 受电动机换向器和晶闸管变流器容量的限制，电动机的容量通常在4000kW以下。但当拖动容量大于1000kW和提升速度达10m/s以上时，根据我国的运行经验，一般考虑直流拖动。 5、交－交变频交流拖动可逆提升系统 由于电力电子器件和微电子技术的发展，70年代的研究成果为交流电动机交－交变频调速系统奠定了理论基础，80年代开始在矿井提升机上使用，特别是近年来交－交变频器－低速同步电动机调速在矿井提升系统中得到了较为普遍的应用，而且实现了多微机全数字控制，这种方案控制性能优良、运行效率高、单机容量大、体积小、系统惯量小和维护工作量少，已成为低速大容量矿井提升机传动的首选设备，目前单机传动功率已经达到5000～8000KW。在这种系统中通常采用的是将同步电动机转子外装，与摩擦式提升机的滚筒融合为一体，形成具有体积更小、重量更轻的机电一体化方案，可以明显地降低投资成本。但系统复杂，用到的新技术、新器件多，对运行现场的管理和维护技术人员的技术水平要求较高。 5
第二章 提升机直流调速电力拖动与控制 直流拖动在矿井提升中得到了广泛的应用，主要有直流发动机－直流电动机系统（简称G－M）系统和晶闸管变流器－直流电动机系统（简称V－M系统）两种类型，前者已逐渐被淘汰，因此本节仅以V－M提升系统为例作介绍。 第一节 直流电动机调速原理 一、他励直流电动机的机械特性 他励直流电动机的机械特性是指在励磁电流fI (或磁通)保持一定（通常为额定值）
的情况下，电动机的电枢电压dU、转速n与转矩T（或电枢电流aI）之间的关系。由《电动机学》可知，直流电动机稳定运行时的基本方程为： 电压方程 nCRIERIUeadadd 反电势方程 nCEe 转矩方程 dMICT
运动方程 TnTCCRCUCRIUnMeaedeadd02 （机械特性） 式中 n－转速；0n－理想空载转速；－机械特性的斜率；dU－电枢电压；
dI－电枢电流；aR－电枢回路总电阻；eC－电动势常数；－电动机每级磁通；
MC－转矩常数；T－电磁转矩，E－反电势。
当电动机在额定参数下工作时，直流电动机稳定运行时的基本方程可以表示为
TCCRCUnNMeaNeN2 其机械特性称为固有机械特性。如图1所示。
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NTT 图1 他励直流电动机固有机械特性
