矿井提升机直流调速系统

矿井提升机直流调速系统

摘要

矿井提升机也称矿井卷扬机，是煤炭、有色金属矿石等生产过程中的大型关键设备，也是井上和井下的唯一输送通道。提升机主要用于升降人员和矿石、煤炭等，其性能和安全可靠性直接影响着煤炭、矿石的生产及作业人员的生命安全，一旦发生事故必然导致人员伤亡和设备的严重损坏，矿山正常生产中断，造成重大的经济损失，素有“矿山咽喉”之称。矿井提升机种类繁多，按照井道结构分，有立井与斜井；按照传动电机分，为交流传动和直流传动提升机；按容器功能分，则有箕斗和罐笼；按钢丝绳结构方式分，则有单绳和多绳摩擦轮提升机：按矿井功能分为主井(输送矿产品)与副井(输送人员与材料等)；按提车点的多少分为单水平和多水平提升机。纵观电气传动系统的发展历程，它经历了从恒速到调速，从低性能到高性能，从单机独立运行到多机系统控制等发展过程。随着技术的发展，对电气传动在起制动、正反转以及调速精度、调速范围、静态特性、动态响应等方面都提出了更高的要求，这就要求大量使用调速系统。在工程实践中多有许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求有良好的静、动态性能。本文中讲到的主要是矿井提升机的双闭环直流调速系统

Mine Elevator also said the mine hoist, coal, nonferrous metal ores and other large-scale production

process key equipment is the only aboveground and underground transmission channel. Mainly used for lifting

personnel hoist and ore, coal, performance and reliability of its direct impact on the coal, ore production and the

lives of workers in case of accidents will inevitably lead to casualties and serious damage to the equipment,

mining normal production Interrupted, resulting in significant economic losses, known as "mine throat, "said. A

wide range of mine hoist, shaft structure in accordance with points, a shaft and shaft; in accordance with the

drive motor points for the AC drive and DC drive machine; feature points by the container, there are skip and

cage; by way of sub-rope structure, the A single rope and hoist Friction wheel: function points by the main mine

shaft (transmission minerals) and the auxiliary shaft (transportation of personnel and materials, etc.); point by

mentioning how many cars are divided into single-level and multi-level elevator. Throughout the course of

development of electric drive systems, it has undergone from the constant speed to the speed, from low

performance to high performance, from single to multi-machine system independently control the development

process. As technology advances, the effect of the electric transmission brake, reversing and speed control

accuracy, speed range, the static characteristics, dynamic response, etc. have put forward higher requirements,

which requires extensive use of speed control system. In engineering practice there are many more

requirements of production machinery within a certain speed ramp, and requires good static and dynamic

performance. Mentioned in this article are mainly of mine hoist Double Loop DC Speed Control System!

矿井提升机直流调速系统中，为了实现在允许条件下最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程。按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈可以保持该量基本不变，因此采用电流负反馈得到近似的恒流过程。为了在启动过程中只有电流负反馈起作用以保证最大允许恒定电流，不应让它和转速负反馈同时加到一个调节器的输入端。到达稳定转速后希望能使转速恒定，静差尽可能小，应只要转速负反馈，不再靠电流负反馈发挥主要作用。因此，需要一种调速系统使既有转速和电流两种负反馈作用，又使它们只能分别在不同的阶段起主要作用，即转速、电流双闭环调速系统。

1 双闭环直流调速系统的组成与工作原理

双闭环直流调速系统采用速度环、电流环双闭环控制系统，为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流，两者之间实行串级联接。这就是说，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置。从闭环结构上看，电流调节环在里面，叫做内环；转速调节环在外面，叫做外环。转速电流双闭环控制的直流调速系统是最典型的直流调速系统，其原理结构如图1.1所示。其中，ACR为电流调节器，ASR为转速调节器， GT为脉冲触发器，TG为测速电机，TA为电流互感器。

图1-1直流电动机双闭环调速系统原理图

双闭环控制直流调速系统的特点是：电动机的转速和电流分别由两个独立的调节器分别控制，且转速调节器的输出就是电流调节器的输入，因此电流环能够随转速的偏差调节电动机电枢电流。当转速低于给定转速时，转速调节器的积分作用使输出增加，即电流给定上升，并通过电流环调节使电动机电流增加，从而使电动机获得加速转矩，电动机转速上升；当实际转速高于给定转速时，转速调节器的输出减小，即电流给定减小，并通过电流环调节使电动机电流下降，电动机将因为电磁转矩减小而减速。在当转速调节器饱和输出达到限幅值时，电流环即以最大电流限制实现电动机的加速，使电动机的起动时间最短。在不可逆调速系统中，由于晶闸管整流器不能通过反向电流，因此不能产生反向制动转矩而使电动机快速制动。

双闭环调速系统的调节器均采用PI调节器。比例积分调节器能够快速响应控制作用并能消除静差，静、动态特性较好，抗干扰能力强，对整个系统能够起到安全保护作用，提高了系统的稳定性。两个调节器的输出都是带限幅作用的，转速调节器ASR的输出限幅电压‰。决定了电流给定电压的最大值，电流调节器ACR的输出限幅电压‰限制了电力电子变换器的最大输出电压‰。当负载电流小于‰时表现为转速无静差，转速负反馈起主要调节作用。当负载电流达到‰时，对应于转速调节器的饱和输出‰’，这时，电流调节器起主要调节作用，系统表现为电流无静差，得到过电流的自动保护。转速调节器的作用：使转速跟随给定变化，稳态无静差；对负载变化起抗扰作用；其输出的限幅值决定允许的最大电流。电流调节器的作用：对电网电压波动起及时抗扰作用；起动时保证获得允许的最大电流；在转速调节过程中，使电流跟随其给定电压变

化；电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，从而起到快速的保护作用，如果故障消失，系统能够自动恢复正常。

2 双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析

2-1双闭环直流调速系统的数学模型

双闭环直流调速系统的动态结构图，如图1．2所示。

图1-2双闭环直流调速系统的动态结构框图

其中，以U*为给定电压，Ut*为ASR的输出电压，Uct为晶闸管整流器的控制电压，

Ud为晶闸管整流器的输出电压，IdL为负载电流，α为转速反馈系数，β为电流反馈系数。

晶闸管整流器是一个具有滞后的放大环节，其滞后时间Ts是由晶闸管整流器在两个

自然换相点间的失控引起的。实际工程计算中，将晶闸管整流环节的传递函数取为一阶

惯性环节，即

式中Ts一滞后时间；Ks一晶闸管整流器的放大系数。

直流电动机的电枢部分的传递函数可以等效于如下：

式中Ka为电枢回路放大系数

Tm一为电动机机电时间常数

WAsR(S)和WAcR(S)分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数。

式中，Ki和τi分别为电流调节器的比例放大系数和领先时间常数；Kn和τn分别为

转速调节器的比例放大系数和领先时间常数。 y （1.1）

（1.2）

2．2 双闭环直流调速系统的动态性能分析

图1-3双闭环直流调速系统起动过程

第1阶段(O-t1)是电流上升阶段。突加给定电压Un*后，以Uc、Ud0、Id都上升，在Id

没有达到负载电流IdL以前，电机还不能转动。当Id>=IdL后，电机开始起动，由于机

电惯性的作用，转速不会很快增长，因而转速调节器ASR的输入偏差电压△Un=Un*-Un

的数值仍较大，其输出电压保持限幅值Uim*，强迫电流历迅速上升。直到Id≈IdL，电流调节器很快就压制了Id的增长，标志着这一阶段的结束。在这一阶段中，ASR很快进入并保持饱和状态，而ACR不饱和。

第II阶段(t1-t2)是恒流升速阶段。ASR饱和，转速环相当于开环，在恒值电流给定Uim*下的电流调节系统，基本上保持电流Id恒定，因而系统的加速度恒定，转速呈线性增长。与此同时，电机的反电动势E也按线性增长，对电流调节系统来说，E是一个线性渐增的扰动量，为了克服它的扰动，Ud0和Uc以也必须基本上按线性增长，才能保持Id恒定。当ACR采用PI调节器时，要使其输出按线性增长，输入偏差电压Δui=Uim-Ui必须维持一定的恒值，也就是说，Id应略低于Idm。