提升機(jī)供電與控制方式的畢業(yè)設(shè)計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　設(shè)計總說明：I</b></p><p>　　Design General Description:III</p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題研

2、究背景及意義1</p><p>　　1.2 電機(jī)控制方式的發(fā)展現(xiàn)狀3</p><p>　　1.3 本課題研究的主要內(nèi)容6</p><p>　　1.4 本章小結(jié)6</p><p>　　第二章 供電方式的比較研究7</p><p>　　2.1 配電系統(tǒng)7</p><p>　　2.1.1

3、TN系統(tǒng)7</p><p>　　2.1.2 TT系統(tǒng)8</p><p>　　2.1.3 IT系統(tǒng)9</p><p>　　2.2 供電方式的比較研究9</p><p>　　2.2.1 380V與660V供電系統(tǒng)比較9</p><p>　　2.2.2 660V與1140V供電技術(shù)比較11</p>

4、<p>　　2.3 本章小結(jié)13</p><p>　　第三章 控制方式工作原理14</p><p>　　3.1 基于滑差電磁離合器的調(diào)速方式14</p><p>　　3.1.1 滑差電磁離合器的工作原理14</p><p>　　3.1.2 滑差電磁離合器的調(diào)速原理15</p><p>　　3.1.3

5、 滑差電磁離合器的性能特點16</p><p>　　3.2 基于轉(zhuǎn)差頻率控制的調(diào)速方式17</p><p>　　3.2.1 轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理17</p><p>　　3.2.2 轉(zhuǎn)差頻率控制的基本規(guī)律20</p><p>　　3.2.3 低頻電壓補償22</p><p>　　3.2.4 電壓空間矢量調(diào)制

6、（SVPWM）22</p><p>　　3.3 基于矢量控制的調(diào)速方式27</p><p>　　3.3.1 三相異步電動機(jī)數(shù)學(xué)模型27</p><p>　　3.3.2 坐標(biāo)變換29</p><p>　　3.3.3 三相異步電動機(jī)在兩相坐標(biāo)系上的狀態(tài)方程32</p><p>　　3.3.4 矢量控制的基本思路

7、34</p><p>　　3.3.5 按轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制的基本原理36</p><p>　　3.5 本章小結(jié)38</p><p>　　第四章 控制方式的比較研究39</p><p>　　4.2 三種控制電路的比較研究40</p><p>　　4.2.1 滑差電磁離合器調(diào)速系統(tǒng)40</p>

8、<p>　　4.2.2 轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)41</p><p>　　4.2.3 基于轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制系統(tǒng)42</p><p>　　4.3 三種控制方式優(yōu)缺點的比較研究44</p><p>　　4.4 本章小結(jié)45</p><p>　　第五章 安全問題措施46</p><p>　　5

9、.1 接地的設(shè)計理論46</p><p>　　5.1.1 地線的定義與接地的目的46</p><p>　　5.1.2 接地方式48</p><p>　　5.1.3 變頻調(diào)速系統(tǒng)接地49</p><p>　　5.2 電力電子器件的散熱設(shè)計50</p><p>　　5.2.1 散熱與通風(fēng)設(shè)計50</p&g

10、t;<p>　　5.2.2 電力電子器件的散熱設(shè)計50</p><p>　　5.3 電磁干擾的屏蔽技術(shù)52</p><p>　　5.3.1 變頻調(diào)速的電磁干擾源及傳播途徑52</p><p>　　5.3.2 變頻調(diào)速系統(tǒng)抗電磁干擾措施53</p><p>　　5.4 本章總結(jié)56</p><p>

11、;　　第六章 總結(jié)及展望57</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)58</b></p><p>　　附錄A：主電路圖59</p><p>　　附錄B：三種控制電路的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖60</p><p><b>　　致謝61</b></p><p>　　礦用提升機(jī)供電與

12、控制方式的比較研究</p><p><b>　　設(shè)計總說明：</b></p><p>　　礦用提升機(jī)是煤礦生產(chǎn)中一種重要的運輸裝置，是煤礦中必不可少的一部分，由于礦用機(jī)械技術(shù)的不斷發(fā)展，礦用提升機(jī)也在不斷的更新?lián)Q代。以前的礦用提升機(jī)大多采用380V的供電制式，并且采用的控制方式也是相對來說比較古老的，以及不能適應(yīng)煤礦機(jī)械的發(fā)展的缺點。使得最初的礦用提升機(jī)性能不高，電路

13、損耗相對較大，運營成本高，運行可靠性低，并且維修費用高，企業(yè)效益低。隨著電力電子技術(shù)和交流電力拖動控制技術(shù)的發(fā)展，采用電力電子變流器的交流傳動系統(tǒng)得以實現(xiàn)，特別是大規(guī)模集成電路和計算機(jī)控制的出現(xiàn)，交流調(diào)速的性能得到了很大的進(jìn)步，使得礦用提升機(jī)得到了快速發(fā)展。</p><p>　　目前我國的煤礦企業(yè)的礦用提升機(jī)一般用于進(jìn)行煤礦井上井下煤炭的運輸，以及物資的運輸，常用的礦用提升機(jī)有兩種：一種是單繩纏繞式礦用提升機(jī)，另

14、一種則是多繩摩擦式礦用提升機(jī)。本文選擇的是對礦用提升機(jī)的供電與控制方式進(jìn)行比較研究，并重點比較礦用提升機(jī)的幾種控制方式的優(yōu)缺點，得出一個最好的控制方式。</p><p>　　由于煤礦工作環(huán)境惡劣，調(diào)速系統(tǒng)處于頻繁的起動、制動、加減速等狀態(tài)，還要適應(yīng)負(fù)載上下坡和顛簸路況等情況，因此要求電動機(jī)起動轉(zhuǎn)矩大，過載能力強，最初的調(diào)速系統(tǒng)起動轉(zhuǎn)矩并不大并且過載能力也不強，所以為了適應(yīng)不斷發(fā)展的煤礦需求，從而出現(xiàn)了基于轉(zhuǎn)差頻率

15、控制的調(diào)速系統(tǒng)，緊接著又出現(xiàn)了基于磁場定向的矢量控制的交流調(diào)速系統(tǒng)。而本篇論文就是將三種控制調(diào)速方式進(jìn)行比較，進(jìn)行研究，使我們清楚明白的知道哪一種調(diào)速控制方式是最優(yōu)的。不同的方案的優(yōu)缺點不同，不過一次次的更換調(diào)速控制方式使得提升機(jī)具有了起動平滑，調(diào)速可靠，無沖擊，牽引力夠大，能量消耗小，操作簡單，性價比高，安全性提高，制動性能提升等優(yōu)點，這對于煤礦生產(chǎn)來說有很大的好處。</p><p>　　本論文所做的主要工作就

16、在于選擇不同的供電方式對其優(yōu)缺點進(jìn)行比較研究，并通過比較三種控制方式的性能特點，從而得出基于磁場定向的調(diào)速控制系統(tǒng)更能適應(yīng)現(xiàn)在煤礦環(huán)境和生產(chǎn)能力的要求。通過對其運行原理和取得的優(yōu)勢進(jìn)行說明，并對將來的提升機(jī)新的控制方式的前瞻是本文的主要工作。本論文中，對于供電方式的比較研究就是</p><p>　　對煤礦供電系統(tǒng)的一個縮小，涉及到安全，節(jié)約資源，降低消耗，更好的利用有效的資源換取最大的效益。重點對三種控制方式的運

17、行原理和相關(guān)只是進(jìn)行了介紹，使我們有一個清晰的認(rèn)識以便對將來提升機(jī)或者電機(jī)的調(diào)速控制方式發(fā)展有一個更好的鋪墊，對比三種控制方式，使得我們可以清楚的知道哪一種控制方式的優(yōu)點，哪一種方式有什么缺點，是否能夠通過不斷的實踐的出一種新的更優(yōu)的調(diào)速控制方式來促進(jìn)國內(nèi)的提升機(jī)調(diào)速控制方式的發(fā)展。三種控制方式中的矢量控制是體現(xiàn)的最為明顯的，結(jié)合了現(xiàn)在最前沿的知識，可以通過多種形式進(jìn)行對其控制，DSP，單片機(jī)，PLC均可用于調(diào)速系統(tǒng)之中，給我們提供了更

18、為廣闊的舞臺來實現(xiàn)。</p><p>　　對于煤礦這個特殊的環(huán)境，其安全要求相當(dāng)高，礦用提升機(jī)用于煤礦井上井下的運輸，工作在最主要的樞紐通道中，所以其工作在煤礦這種爆炸危險環(huán)境相當(dāng)高的地方，必須對其設(shè)備采取一系列的安全防爆措施，使得設(shè)備運行在安全的環(huán)境中，保證工作人員的安全。由于提升機(jī)本身運行的時候會發(fā)熱而且制動的時候有時候會產(chǎn)生火花容易產(chǎn)生危險，并且其供電電壓相對較高，從以前的380V供電制式到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到主

19、流的1140V供電制式，所以煤礦的安全措施是必不可少的。因為本文對防爆、電磁屏蔽、接地、散熱等相關(guān)知識都有所涉及介紹，讓我們加強了煤礦安全生產(chǎn)的重要性。通過對供電方式的比較和對三種控制方式的比較研究，會使我們清楚的知道不一樣的電壓的優(yōu)缺點以及不同控制方式的優(yōu)缺點，我相信通過這樣比較，對于以后的煤礦生產(chǎn)和電機(jī)的調(diào)速控制是有利的，對于煤礦的安全和效益是有一定意義的。</p><p>　　關(guān)鍵詞：礦井提升機(jī)；供電方式；

20、轉(zhuǎn)差頻率；矢量控制；煤礦安全</p><p>　　A comparative study of mine hoist power supply and control method</p><p>　　Design General Description:</p><p>　　Mine hoist is a kind of important transportat

21、ion device in coal mine production,is part of a coal mine in indispensable,for the continuous development of mining machinery,mine hoist are constantly upgrading.the power supply system of mine hoist is 380V control mode

22、 in the past years.and also is as old as the age,can not adapt to the development of coal mine machinery.causing the first of mine hoist performance is not good,the circuit loss is relatively large,high cost ,lower relia

23、bility, high co</p><p>　　At present, the mining hoist is generally used for coal mine coal transportation between surface an underground, and the transportation of materials, commonly used in mine hoist has

24、two kinds: one kind is hoist single rope winding mine, another is the two-rope friction hoist. This paper chooses is to mine hoist power supply and control method for a comparative study of the advantages and disadvantag

25、es, and focus on the comparison of several control methods of mine hoist, get a better control met</p><p>　　For the work environment is bad, speed control system in frequent starting, braking, acceleration a

26、nd deceleration, and must adapt to load on the downhill and bumpy road conditions, so the requirements for big motor starting torque, strong overload capacity, initial starting torque of speed control system is small and

27、 overload ability is not strong, so in order to adapt to the coal demand development, the speed control system based on slip frequency control appeared , and then the AC speed regul</p><p>　　The main work of

28、 this thesis is to choose the different power supply modes to make a comparison of their advantages and disadvantages, and performance characteristics by comparing three kinds of control mode, so that the speed field ori

29、ented control system can adapt to the present coal mine environment and the requirement of production capacity. Through the description of its principle and advantage, and prospective control mode of future hoist new is

30、the main work of this paper. In this paper, </p><p>　　For the special environment of coal mine, the safety requirements are quite high, mine hoist used in mine coal transportation between surface an undergro

31、und, and the transportation of materials, work in the hub of the main passage, so in the dangerous environment of coal mine ,we must take a series of safety protection measures, offer a safety environment for the equipme

32、nt running, to ensure the safety of staff. Due to hoist operation heat larger and brake sometimes sparks prone , and the powe</p><p>　　Keywords: mine hoist; power supply; slip frequency;vector control;mine

33、 safety</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 課題研究背景及意義</p><p>　　在國民經(jīng)濟(jì)日益發(fā)展的今天，提升機(jī)在當(dāng)今煤礦事業(yè)的飛速發(fā)展中起著非常重要的作用，如何解決提升機(jī)的供電以及合理利用提升機(jī)的控制方式來達(dá)到高效的效率，是我們關(guān)心的一個重要問題。</p><p>

34、　　我國煤礦的供電經(jīng)歷了幾個階段，20世紀(jì)60年代以前煤礦普遍采用的380V供電，配備相應(yīng)的設(shè)施可以運用的很多地方，但是隨著80機(jī)組的適用，380V的供電已經(jīng)難以適應(yīng)。1964年原煤炭工業(yè)部組織人員成立了煤礦工作面升壓工作組，經(jīng)過多次試驗，確定將采煤工作面供電電壓提高到660V，并組織相關(guān)煤機(jī)廠生產(chǎn)專供井下使用的電壓等級為660 V的電機(jī)及相應(yīng)的控制設(shè)備，來適應(yīng)660V供電的需求，因而構(gòu)成了660V的供電系統(tǒng)。上世紀(jì)7O年代，以液壓支架

35、和滾筒式采煤機(jī)為主體的綜合采煤機(jī)械化設(shè)備的引進(jìn)并投入煤礦生產(chǎn)，進(jìn)一步提高采煤工作面供電電壓，以適應(yīng)煤礦生產(chǎn)需要的問題又被提到議事日程。雖然，當(dāng)時正處于文革之中，我國煤炭戰(zhàn)線的科研人員和煤機(jī)生產(chǎn)企業(yè)在政府有關(guān)部門的支持和幫助下，經(jīng)過近十年的努力，研制出了千伏級的采煤工作面供電系統(tǒng)的全部裝備，并很快投入使用，實現(xiàn)了我國采煤工作面供電系統(tǒng)的又一次升級換代。這時候的煤礦供電系統(tǒng)升級到1140V供電。8O年代以來，在原煤炭工業(yè)部的組織和指揮下，我

36、國煤礦向提高采煤工作面單產(chǎn)、實現(xiàn)集中化生產(chǎn)和減人減面的目標(biāo)邁進(jìn)，不斷地更新采煤工作面裝備，使綜采工作面設(shè)備的裝機(jī)容量不斷增大</p><p>　　當(dāng)代社會中煤礦是我們經(jīng)常提到的一個話題，說道煤礦就不得不提到礦用提升機(jī)，或許這個詞對很多人來說是很陌生的，但是礦用提升機(jī)卻關(guān)系到整個煤礦的運行以及整個煤礦的經(jīng)濟(jì)效益，所以礦用提升機(jī)在煤礦中占主角地位。隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，礦井方面的技術(shù)也是在迅速的發(fā)展和不斷的更新。近幾十

37、年來，國內(nèi)外用于煤礦上的提升機(jī)機(jī)械部分以及電氣部分都在飛速的發(fā)展，并且兩者相互促進(jìn)，相互提高。礦用提升機(jī)是煤礦、有色金屬礦等生產(chǎn)過程中的重要設(shè)備，提升機(jī)的安全性、可靠性和有效的高速運行，直接關(guān)系到企業(yè)的生產(chǎn)狀況以及直接的經(jīng)濟(jì)效益，所以如何選擇礦用提升機(jī)的供電與控制方式是值得我們?nèi)ヌ接懙摹?lt;/p><p>　　在上世紀(jì)七十年代西門子公司發(fā)明矢量控制的交一直一交變頻原理之后，標(biāo)志著用同步電動機(jī)來代替直流電機(jī)實現(xiàn)調(diào)速的

38、技術(shù)時代已經(jīng)到來。1981年第一臺用同步機(jī)懸臂傳動的提升機(jī)在德國礦問世，1988年由和西門子合作制造的機(jī)電一體的提升機(jī)(習(xí)慣稱為內(nèi)裝電機(jī)式)在德國礦誕生，這是世界上第一臺機(jī)械和電氣融合成一體的同步電機(jī)傳動提升機(jī)。在提升機(jī)機(jī)械和電氣傳動技術(shù)飛速發(fā)展的同時，電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使提升機(jī)的電氣控制系統(tǒng)更是日新月異。早在上世紀(jì)七十年代，國外就將可編程控制器(PLC)應(yīng)用于提升機(jī)控制。上世紀(jì)八十年代初，計算機(jī)又被用于提升機(jī)的監(jiān)視和管理。計

39、算機(jī)和PLC的應(yīng)用，使提升機(jī)自動化水平、安全、可靠性都達(dá)到了一個新的高度，并提供了新的、現(xiàn)代化的管理、監(jiān)視手段。特別要強調(diào)的是，此時期在國外一著名的提升機(jī)制造公司，如西門子、ABB、ALSTHOM都利用新的技術(shù)和裝備，開發(fā)或完善了提升機(jī)的安全保護(hù)和監(jiān)控裝置，使安全保護(hù)性能又有了新的提高。</p><p>　　就在國外科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)發(fā)展的時候，我國提升機(jī)供電控制系統(tǒng)很長時間都處于落后的狀況。直到目前為止，我國正在

40、服務(wù)的礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)大多數(shù)還是轉(zhuǎn)子回路串金屬電阻的交流調(diào)速系統(tǒng)，設(shè)備陳舊、技術(shù)落后。和國外相比，我們存在很大的差距。所以對于如何高效率的提高提升機(jī)的性能以及合理利用資源的前提下獲得更大的效益對我們來說是必要的。</p><p>　　礦井提升系統(tǒng)具有環(huán)節(jié)多、控制復(fù)雜、運行速度快、慣性質(zhì)量大、運行特性復(fù)雜的特點，且工作狀況經(jīng)常交替轉(zhuǎn)換。雖然礦井提升系統(tǒng)本身有一些安全保護(hù)措施，但是由于現(xiàn)場使用環(huán)境條件惡劣，造成了各

41、種機(jī)械零件和電氣元件的功能失效，以及操作者的人為過失和對行程監(jiān)測研究的局限性，使得現(xiàn)有保護(hù)未能達(dá)到預(yù)期的效果，致使提升系統(tǒng)的事故至今仍未能消除；由于礦井系統(tǒng)的供電方式必須考慮到電能的損耗，安全，以及什么樣的供電系統(tǒng)適合什么樣的煤礦。所以合理供電以及如何選擇正確的供電方式是必須解決的問題。在提升機(jī)系統(tǒng)中，一旦提升機(jī)的行程失去控制，沒有按照給定速度曲線運行，就會發(fā)生提升機(jī)超速、過卷事故，造成楔形罐道、箕斗的損壞，影響礦井正常生產(chǎn)，甚至造成重

42、大人員傷亡，給煤礦生產(chǎn)帶來極大的經(jīng)濟(jì)損失。所以提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的研究一直是社會各屆人士共同關(guān)注的一個重大課題。所以調(diào)速控制方式的選擇在很大程度上決定了提升機(jī)能否實現(xiàn)平穩(wěn)、安全、可靠地起制動運行，避免了嚴(yán)重的機(jī)械磨損，防止較大的機(jī)械沖擊，減少機(jī)械部分維修的工作量，延長提升機(jī)械的使用壽命。合理的運用調(diào)速控制方式能有效的提高經(jīng)濟(jì)效益減少資源的浪費和資源的合理利用。所以不同的供電方式</p><p>　　1.2 電機(jī)控

43、制方式的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　隨著全球機(jī)械技術(shù)、煤礦安全技術(shù)、電力電子技術(shù)、電機(jī)拖動技術(shù)的發(fā)展，礦用提升機(jī)也在不斷的更新?lián)Q代，新的控制方式的出現(xiàn)預(yù)示著以前的控制方式的不成熟新的控制方式將會逐步替代原有的控制方式使得其適應(yīng)現(xiàn)在的技術(shù)發(fā)展。</p><p>　　說到礦用提升機(jī)不得不提到礦用提升機(jī)的控制，并且相關(guān)于煤礦器械的發(fā)展，提升機(jī)作為煤礦系統(tǒng)中必不可少的部分，發(fā)展也是體現(xiàn)得最為明顯

44、的，特別是提升機(jī)控制調(diào)速方面，從最初的基于滑差電磁離合器的調(diào)速方式到基于轉(zhuǎn)差頻率控制的調(diào)速方式再到現(xiàn)在的基于矢量控制的調(diào)速方式。一步一步的更新，預(yù)示著提升機(jī)調(diào)速方式的飛速發(fā)展和礦用行業(yè)的日新月異。隨著機(jī)械與傳動技術(shù)的發(fā)展，最開始采用電磁離合器的調(diào)速技術(shù)，雖然裝置結(jié)構(gòu)及控制線路簡單，運行可靠，維修方便；但由于速度失大，效率低的缺陷已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在的發(fā)展要求了，為了實現(xiàn)礦用提升機(jī)交流傳動的高性能控制運行，提高提升機(jī)運行的可靠性，以替代以前的

45、電磁離合器調(diào)速，彌補其各種缺點，并實現(xiàn)實現(xiàn)節(jié)能降耗，提高牽引性能。因而新出現(xiàn)的基于轉(zhuǎn)差頻率的調(diào)速控制方式逐漸取代了不能滿足生產(chǎn)需要的電磁離合器調(diào)速控制方式。隨著傳動技術(shù)的發(fā)展，尤其是大功率的交流變頻技術(shù)的發(fā)展，礦用提升機(jī)的機(jī)電控制系統(tǒng)的傳動方案也越來越多樣化。特別是近年來我國加大礦山的開采力度，大功率大容量的礦用提升機(jī)需求也越來越多，大功率的交交變頻系統(tǒng)和大功率的交直交交流系統(tǒng)應(yīng)用越來越多。為了更好的運用能源，又開發(fā)出了一種新的最<

46、;/p><p>　　礦用提升機(jī)的不斷發(fā)展帶來的效益是不可忽視的，現(xiàn)在全球的能源系統(tǒng)中，煤礦能源占據(jù)很大的比例，并且提升機(jī)系統(tǒng)的供電控制方式不僅僅只適用于礦井方面在很多方面同樣適用，只要有電機(jī)就涉及到電機(jī)的供電以及電機(jī)的調(diào)速控制所以這樣一個系統(tǒng)并不帶有局限性，可以發(fā)展到很多方面，所以對于礦用提升機(jī)的控制方式的研究是具有劃時代意義的，因為在很多方面都會運用到電機(jī)比如建設(shè)、采掘、石油開采等等，對可以針對起來進(jìn)行修改。只是不

47、同大小的系統(tǒng)其運用的供電方式和控制方式會不同而已，所以提升機(jī)的供電控制方式對于當(dāng)今社會的發(fā)展是值得我們?nèi)パ芯康摹?lt;/p><p>　　傳統(tǒng)交流調(diào)速技術(shù)方法存在調(diào)速精度差、效率低、調(diào)速范圍小等一系列的缺點，所以在高精度調(diào)速的應(yīng)用中，我們一般采用的是直流調(diào)速系統(tǒng)。但從上世紀(jì)80年代以來，隨著電力電子技術(shù)和自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展以及各種高性能電力電子功率器件產(chǎn)品的相繼出現(xiàn)，阻礙交流調(diào)速技術(shù)發(fā)展的一些因素慢慢被克服，原直

48、流調(diào)速系統(tǒng)領(lǐng)先的一些技術(shù)性能，如寬廣的調(diào)速范圍、較高的穩(wěn)速精度、快速的動態(tài)響應(yīng)和四象限運行等方面，已逐漸在交流調(diào)速系統(tǒng)得以實現(xiàn)。交流電動機(jī)本身具有結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、運行可靠和慣性小等優(yōu)點，能適用于一些直流調(diào)速無法勝任的場合，如化纖紡絲機(jī)等高精度、高速化的生產(chǎn)機(jī)械，泵、空壓機(jī)和電梯等無齒輪化的生產(chǎn)機(jī)械以及冶金等大容量的生產(chǎn)機(jī)械。因此，交流調(diào)速在電氣傳動領(lǐng)域中已占有越來越重要的地位。目前，用交流調(diào)速系統(tǒng)取代直流調(diào)速系統(tǒng)在許多領(lǐng)域成為一種趨

49、勢，從數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人用的小功率伺服電機(jī)到上萬千瓦的重型機(jī)械主傳動，都采用了交流調(diào)速技術(shù)。</p><p>　　交流電機(jī)調(diào)速方法可分為兩大類：變同步速調(diào)速（包括變極和變頻）和變滑差調(diào)速（定子調(diào)壓，轉(zhuǎn)子串電阻及轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速等）。變頻調(diào)速是其中最有效的調(diào)速方式，是交流調(diào)速的理想調(diào)速方案。</p><p>　　變頻調(diào)速是一種改變電機(jī)定子供電頻率來實現(xiàn)改變電機(jī)同步轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速方法。通過變頻裝置

50、可將電網(wǎng)的固定頻率轉(zhuǎn)換為可調(diào)的頻率，使電機(jī)在寬廣的范圍內(nèi)實現(xiàn)平滑的無級調(diào)速。變頻的調(diào)速的優(yōu)越性早在20世紀(jì)20年代就被人們認(rèn)識，但是到了20世紀(jì)50年代中期才隨著晶閘管的發(fā)明而廣泛的應(yīng)用。特別是最近20多年來，隨著新型的電力電子器件和高性能微處理器的應(yīng)用以及控制技術(shù)的迅速發(fā)展，使變頻調(diào)速技術(shù)獲得了巨大的進(jìn)步，現(xiàn)在很多調(diào)速方式都是基于變頻調(diào)速的基礎(chǔ)上的。</p><p>　　交流變頻調(diào)速系統(tǒng)在調(diào)速時和直流電動機(jī)變壓

51、調(diào)速系統(tǒng)相似，機(jī)械特性基本上平行上下移動，而轉(zhuǎn)差功率不變。同時交流電動機(jī)采用變頻起動更能顯著改善交流電動機(jī)的起動性能，大幅度降低電動機(jī)的起動電流，增加起動轉(zhuǎn)矩。變頻調(diào)速系統(tǒng)目前廣泛應(yīng)用的是轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制的調(diào)速系統(tǒng)，也稱為恒V/F控制。這種調(diào)速方法采用轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比和低頻電壓補償?shù)目刂品桨?，其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低，適用于風(fēng)機(jī)、水泵等對調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)性能要求不高的場合。轉(zhuǎn)速開環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)可以滿足一般的平滑調(diào)速要求，但是靜、動態(tài)性

52、能都有限，要提高靜、動態(tài)性能，首先要用帶轉(zhuǎn)速反饋的閉環(huán)控制。對此人們又提出了轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)。轉(zhuǎn)差頻率控制是從異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路和轉(zhuǎn)矩公式出發(fā)的，因此保持磁通恒定也只在穩(wěn)態(tài)情況下成立。一般來說，它只適用于轉(zhuǎn)速變化緩慢的場合，而在要求電動機(jī)轉(zhuǎn)速作出快速響應(yīng)的動態(tài)過程中，電動機(jī)除了穩(wěn)態(tài)電流以外，還會出現(xiàn)相當(dāng)大的瞬態(tài)電流，由于它的影響，電動機(jī)的動態(tài)轉(zhuǎn)矩和穩(wěn)態(tài)運行時的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩有很大的不同。因此，如何在動態(tài)過程控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)

53、矩，是影響系統(tǒng)動態(tài)性能的關(guān)鍵。</p><p>　　人們經(jīng)過深入的研究，提出了對異步電動機(jī)更有效的控制策略。異步電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型是一個高階、非線性、強耦合的多變量系統(tǒng)，對其最有效的控制首推20世紀(jì)70年代提出的矢量控制技術(shù)。1971年德國西門子公司的等提出的“感應(yīng)電動機(jī)磁場定向的控制原理”和美國的和申請的專利“感應(yīng)電動機(jī)定子電壓的坐標(biāo)變換控制”，經(jīng)過不斷的實踐和改進(jìn)，形成了現(xiàn)已得到普遍應(yīng)用的矢量控制變頻控制調(diào)速系

54、統(tǒng)。其原理是利用坐標(biāo)變換技術(shù)，實現(xiàn)定子電流勵磁分量和轉(zhuǎn)矩分量的解耦，在理論上使得交流電機(jī)與直流電機(jī)一樣分別對勵磁分量和轉(zhuǎn)矩分量進(jìn)行獨立的控制，從而得到像直流電機(jī)一樣的動態(tài)性能。矢量控制的調(diào)速性能優(yōu)良，可以和直流電機(jī)相比，但是需要復(fù)雜的坐標(biāo)變換計算和對轉(zhuǎn)子磁鏈的精確觀測。</p><p>　　德國魯爾大學(xué)教授1985年首先提出異步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法（DTC）。直接轉(zhuǎn)矩控制不需要解耦電動機(jī)模型，強調(diào)對電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩

55、進(jìn)行直接控制。直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，讓電機(jī)的磁鏈?zhǔn)噶垦亓呅芜\動。日本學(xué)者又提出了讓電動機(jī)的磁鏈?zhǔn)噶炕旧涎貓A形軌跡運動的磁通軌跡控制原理。應(yīng)用這種理論，可以方便的直接控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩的增長率，從而獲得快速的動態(tài)響應(yīng)。直接轉(zhuǎn)矩控制方法是現(xiàn)在異步電機(jī)控制研究的熱點之一。</p><p>　　1.3 本課題研究的主要內(nèi)容</p><p

56、>　　本文通過查閱的資料和文獻(xiàn)閱讀，對礦用提升機(jī)的供電與控制方式進(jìn)行了詳細(xì)的綜述。包括礦用提升機(jī)的供電方式的優(yōu)缺點比較，綜述了提升機(jī)在不同的供電方式的優(yōu)缺點。緊接著分別在兩種類型的主電路分別對其控制方式（基于滑差電磁離合器的調(diào)速方式、基于轉(zhuǎn)差頻率控制的調(diào)速方式、基于磁場定向的矢量控制的調(diào)速方式）進(jìn)行比較，并且區(qū)分于供電電源的類型分為直流型電源和交流型電源進(jìn)行分類。在此基礎(chǔ)上，本文著重分析了現(xiàn)階段最適用的基于磁場定向的矢量控制的調(diào)速

57、方式，并對其進(jìn)行了詳細(xì)的分析，以給我們帶來區(qū)別于其他控制方式的優(yōu)點，以及其發(fā)展?jié)摿Α?lt;/p><p><b>　　1.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章詳細(xì)介紹了課題研究的背景和研究意義，并對現(xiàn)階段提升機(jī)供電方式和控制方式的發(fā)展進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。并根據(jù)實際要求，擬定了本課題的主要研究內(nèi)容。</p><p>　　第二章 供電方式的比較

58、研究</p><p><b>　　2.1 配電系統(tǒng)</b></p><p>　　2.1.1 TN系統(tǒng)</p><p>　　圖2-1 （a）TN-C系統(tǒng) (b)TN-S系統(tǒng) （c）TN-C-S系統(tǒng)</p><p>　　TN系統(tǒng)的中性點直接接地，所有設(shè)備外露可導(dǎo)電部分均接公共的保護(hù)線（PE線）或者接公共的保護(hù)中性線（P

59、EN線）。這種接公共PE線或者PEN線的方式稱為“接零”。TN系統(tǒng)又分為TN-C系統(tǒng)、TN-S系統(tǒng)、TN-C-S系統(tǒng)。如圖2-1所示。</p><p><b>　?。?）TN-C系統(tǒng)</b></p><p>　　如圖2-1（a）所示，N線和PE線合成一條PEN線。PEN線中有電流通過，會對某些接PEN線的設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾。若PEN線斷線，還會造成斷線點后面接PEN線的

60、設(shè)備的外露部分會導(dǎo)電從而造成人身安全危險。由于N線與PE線合為PEN線節(jié)約了有色金屬和投資，較為經(jīng)濟(jì)。但是并不適用于對人身安全和抗電磁干擾要求較高的場所。</p><p><b>　　（2）TN-S系統(tǒng)</b></p><p>　　N線與PE線分開，設(shè)備外露導(dǎo)電部分均接PE線，由于PE線中無電流通過，故不會產(chǎn)生電磁干擾。PE線斷時正常情況下不會使斷線點后面接PE線的設(shè)

61、備外露可導(dǎo)電部分導(dǎo)電；但在斷線點后邊有設(shè)備發(fā)生一相接殼故障的時候，將使斷線點后面接PE線的設(shè)備外露可導(dǎo)電部分帶電，造成人身觸電危險。TN-S系統(tǒng)廣泛運用于對安全要求較高的場所以及對抗電磁干擾要求高的數(shù)據(jù)處理和精密檢測等實驗場所，越來越多用于主宰供電系統(tǒng)。</p><p>　?。?）TN-C-S系統(tǒng)</p><p>　　此系統(tǒng)前部分為TN-C系統(tǒng)，后面有一部分為TN-C系統(tǒng)，還有一部分為TN

62、-C系統(tǒng)，這個系統(tǒng)綜合了TN-C系統(tǒng)、TN-S系統(tǒng)的特點故比較靈活。</p><p>　　2.1.2 TT系統(tǒng)</p><p>　　TT系統(tǒng)的中性點直接接地，而其中設(shè)備外露可導(dǎo)電部分均各自經(jīng)由PE線單獨接的如圖2-2所示。</p><p><b>　　圖2-2 TT系統(tǒng)</b></p><p>　　從圖中可以看到TT系統(tǒng)

63、中各設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分的接地PE線是分開的，之間并沒有電氣聯(lián)系，故不會發(fā)生電磁干擾問題。若發(fā)生單相接地的故障的時候，則會造成單相短路現(xiàn)象，保護(hù)裝置則會自動跳閘，切除故障線路。但是在該系統(tǒng)出現(xiàn)絕緣不良引起漏電的時候，由于電流較小可能不足以使線路過電流保護(hù)，從而使漏電部分長期帶電，增加了觸電的危險，故要使用該系統(tǒng)必須加裝靈敏度較高的漏電保護(hù)裝置，以確保人身安全。</p><p>　　2.1.3 IT系統(tǒng)</p

64、><p>　　IT系統(tǒng)的中性點不接地或者經(jīng)高阻（1000）接地。IT系統(tǒng)沒有N線因此不適用于接額定電壓為系統(tǒng)相電壓的單項用電設(shè)備，只能接額定電壓為系統(tǒng)線電壓的單相設(shè)備和三相設(shè)備。IT系統(tǒng)所有設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分均由各自的PE線分別接地，如圖2-3所示。</p><p>　　由于IT系統(tǒng)中設(shè)備外露可導(dǎo)電部分的接地PE線也是彼此分開的，并無電氣聯(lián)系，所以也不會產(chǎn)生電磁干擾問題。并且在IT系統(tǒng)中中性

65、點不接地或者經(jīng)由高阻接地，所以在發(fā)生單相接地故障的時候，三相設(shè)備和接線電壓的單相設(shè)備依舊可以運行。IT系統(tǒng)主要用于對連續(xù)供電要求較高和有易燃易爆危險的場所，例如礦山，井下場所的供電。</p><p>　　圖2-3 IT系統(tǒng)</p><p>　　2.2 供電方式的比較研究</p><p>　　2.2.1 380V與660V供電系統(tǒng)比較</p><

66、p>　　我國煤礦的供電系統(tǒng),部分采用380V供電，低壓動力為660V供電,綜合機(jī)械化動力采用1140V供電。隨著煤礦高產(chǎn)高效技術(shù)的發(fā)展,大量大型采掘設(shè)備、大功率提升、排水設(shè)備被廣泛采用,工作面走向長度不斷加大,供電距離不斷延長,礦井特別是井下電氣負(fù)荷急劇增加。所以380V供電和660V供電就顯示出了其相應(yīng)的弊端。從現(xiàn)實的實際情況來看，現(xiàn)在仍有很多煤礦地面供電大多采用380V供電，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，礦井生產(chǎn)能力越來越大，造成單臺電機(jī)容

67、量增大，用電負(fù)荷增大，從而導(dǎo)致電壓降增大，電能損耗增加，電纜截面不足等問題；380V供電從經(jīng)濟(jì)技術(shù)上已不合理，已不能滿足配電的要求，需提高電壓等級。早在1990年能原能源部就發(fā)出了在煤炭工業(yè)新建地面系統(tǒng)及選煤廠應(yīng)采用660V供電的通知，660V升壓供電不僅限于煤礦也適用于石油加工，發(fā)電廠，供水站等企業(yè) 。這也體現(xiàn)了660V供電系統(tǒng)的廣泛運用性。</p><p>　　地面660V配電系統(tǒng)與380V供電系統(tǒng)相比較，就

68、輸電方面來說來說，660V供電相比較于380V供電的輸電距離更遠(yuǎn)，并且660V的輸電能力得到了一定的提高。并且660V供電在一定程度上減少了變壓器的數(shù)量，簡化了工廠的配電系統(tǒng)，提高了供電的可靠性；可以縮小電纜截面， 660V系統(tǒng)的電纜截面為380V系統(tǒng)電纜截面的57.2%，節(jié)約有色金屬1/3左右，減少資源的運用量，可降低功率損耗及短路電流值，660V供電明顯的提高了工作效率，使之在同一時間內(nèi)擁有了更大的效率，這對于企業(yè)來說是一種很有效的

69、提高效率的渠道。在用電功率相同的條件下電流將減少很多，由于損耗與負(fù)載電流的平方成正比，因此電能損耗可顯著降低；間接的節(jié)省了能源的損耗并降低了人生安全問題；并擴(kuò)大異步電動機(jī)的制造容量等等，升壓對于煤礦供電系統(tǒng)來說是一種強有力的節(jié)省能源消耗的措施。在保持線路壓降相同的條件下。但其主要優(yōu)點在于安全性、可靠性兩個方面，而安全性和可靠性的關(guān)鍵取決于中性點接地方式，下面就其接地方式進(jìn)行簡要比較分析：</p><p>　　（1

70、）中性點不接地系統(tǒng)：我國煤礦井下660V配電采用三相三線中性點不接地系統(tǒng)，在一定條件下，中性點不接地的配電系統(tǒng)提高了供電可靠性，保障了人身和設(shè)備安全，但是，雖然系統(tǒng)與地沒有任何金屬的連接，但由于各相與地之間固有電容的存在，事實上與地存在電容性連接，在系統(tǒng)電容都平衡和對稱的情況下系統(tǒng)的中性點和地將具有相同的電位，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)單相金屬性接地時，接地相與地是等電位的，系統(tǒng)的中性點與地偏離一相電壓，每個未接地相與地之間的電位由相電壓提高到線電壓，

71、由于該值很小，即使是持久性存在，也能被系統(tǒng)接受，只是系統(tǒng)的對地電壓增加倍，在現(xiàn)行電氣設(shè)備制造標(biāo)準(zhǔn)條件下制造的設(shè)備，在單相接地故障下系統(tǒng)仍能繼續(xù)運行，且似乎可以長期運行，但是，一旦故障性質(zhì)發(fā)生變化，如對地故障出現(xiàn)斷續(xù)性或者是有變化的電感性的，則將有可能造成弧光短路或共振，于是系統(tǒng)的對地電壓可能升高到危險的高電壓，比正常時高幾倍，這種過電壓特別容易使絕緣損傷，可發(fā)展成為相 地 相短路。因此，目前井下不接地系統(tǒng)采用電壓型漏電保護(hù)，只要出現(xiàn)接地

72、就無選擇性的保護(hù)跳閘，由于電壓型漏電保護(hù)，不能直接顯示故障點，因而，給發(fā)現(xiàn)和處理故障帶來困難。這說明了電力系統(tǒng)以地作</p><p>　　（2）中性點直接接地系統(tǒng)：目前我國低壓電力系統(tǒng)大都采用中性點直接接地方式，設(shè)計意圖是，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地短路就立即切除短路故障點，但是由于現(xiàn)場復(fù)雜條件的存在，往往保證不了這一要求，假設(shè)電相接地短路的條件比較好，短路電流能夠正常切處故障點，但因單相短路電流過大，將損傷低壓電器，

73、目前我國一般控制電器經(jīng)受不起單相短路電流的沖擊，因為低壓電器制造標(biāo)準(zhǔn)允許其接點產(chǎn)生熔焊，所以在單相短路時，相關(guān)器件可能出現(xiàn)熔焊現(xiàn)象，而不利于故障后迅速恢復(fù)生產(chǎn)，只能起到不擴(kuò)大事故的作用，因此，一旦單相接地短路跳閘，生產(chǎn)突然停止，將可能帶來意外的損失。再假設(shè)單相接地短路的條件較復(fù)雜，將很難保證電相接地短路故障時能可靠跳閘，因為零序阻抗的計算存在許多問題，如目前動力變壓器的零序阻抗值就沒有；導(dǎo)線穿管線路的零序阻抗值也有問題；一般電纜保護(hù)管的

74、接地方法如處理不當(dāng)也要出現(xiàn)較大的零序阻抗；目前我國生產(chǎn)的鎧裝全塑電纜就是一種高零序阻抗的電纜；有時短路點還有一定電阻存在，如此重多因素，就很可能出現(xiàn)單相接地短路故障時空氣開關(guān)不分?jǐn)嗟那闆r，必然長時間燃弧直到發(fā)展成相間短路，這說明中性點直接接地系統(tǒng)存在著不少問題。</p><p>　?。?）中性點經(jīng)電阻接地的系統(tǒng)：中性點接入電阻后，單相接地故障時故障電流比中性點不接地系統(tǒng)增加不大，非接地相對地電壓限制在線電壓值之內(nèi)

75、，并抑制了相、地電容藕合作用，防止了接地事故造成的過電壓，增強了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，從而還可以運行在電相接地事故下不跳閘的狀況。與中性點直接接地系統(tǒng)相比，由于減小了單相接地電流改善了電器元件的運行條件，限制了嚴(yán)重電弧沖擊及其它危害，還由于中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)采用了電流型漏電繼電器，可以根據(jù)客觀實際的要求作用于跳閘或信號，既能保護(hù)人身安全，又可實現(xiàn)選擇性保護(hù)，準(zhǔn)確反映接地事故范圍，縮短排除故障的時間，因此，地面660V供電系統(tǒng)無論從安全

76、角度或可靠性方面都優(yōu)于380V供電系統(tǒng)。</p><p>　　2.2.2 660V與1140V供電技術(shù)比較</p><p>　　(1）供電質(zhì)量的提升</p><p>　　供電電壓從660V提升至1140V，供電電壓提高了，增加了電網(wǎng)的輸送能力，也保證了供電質(zhì)量。通過以下公式我們也可以看出：</p><p><b>　　電網(wǎng)的輸電能力

77、</b></p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中：為通過線路的輸送功率，單位（KW）；</p><p>　　為線路阻抗，單位（Ω）；</p><p><b>　　為線路電壓損失；</b></p><p><b>　　為

78、供電電壓。</b></p><p>　　從式（2-1）中可看到,在輸電質(zhì)量和功率因數(shù)不變的情況下,輸電能力與電壓的平方成正比。采用1140V較660V供電電壓提高倍,輸電能力提高約3倍。對于大型現(xiàn)代化礦井,提高電網(wǎng)送電能力,保證電源質(zhì)量已成為礦井供電的關(guān)鍵。所以采用提高供電電壓等級是解決這一問題最優(yōu)方案。</p><p>　?。?）減少線路損耗;增加供電距離。</p>

79、;<p><b>　　電壓損耗</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中:為線路長度；</p><p><b>　　為供電電壓；</b></p><p>　　為通過線路的輸送有功功率；</p><p&g

80、t;　　為通過線路輸送的無功功率；</p><p><b>　　為輸電線路的阻抗；</b></p><p><b>　　為線路的電抗。</b></p><p>　　從式（2-2）中我們可以看到,在輸送線路、、不變的時候,電壓損耗與供電電壓成反比,所以采用1140V與660V供電相比較,電壓損耗減低,節(jié)約電能。在電壓損耗不變

81、且輸送功率、不變的情況下,供電距離與供電電壓也成正比。故采用1140V比660V供電的供電距離會加長。</p><p>　?。?）減少供電電流。</p><p><b>　　線路輸送的有功功率</b></p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中：為通過線路的電流;為供電

82、電壓。</p><p>　　從式（2-3）看到,當(dāng)輸送功率不變的情況下,通過線路的電流隨著電壓的升高而減少。</p><p>　　節(jié)約投資,減少設(shè)備、電纜投入量。改造前,采用井下低壓動力為660V供電,綜合機(jī)械化動力采用1140V供電。這樣,采區(qū)存在兩種電壓等級,兩種供電系統(tǒng),因此,必須有開關(guān)、變壓器、電纜組成的兩種系統(tǒng)在運行。660V供電系統(tǒng)改造成1140V供電系統(tǒng)后,省去了660V電壓

83、等級的開關(guān)、變壓器、電纜的投入。</p><p>　　減少了電纜數(shù)量、長度、截面。660V供電系統(tǒng)升壓后,簡化了供電線路,減少電纜數(shù)量。同時,由于供電距離加長和供電電流的減少,使投入電纜的長度、截面得到減少。</p><p>　　（6）改造后,簡化了供電系統(tǒng),采區(qū)只存在1140V低壓動力供電系統(tǒng),供電方式合理,將迂回配電的線路,改建為直配線路,合理選擇供電線路。簡化了各種保護(hù),減少電網(wǎng)事故

84、,提高運行安全、可靠程度。 </p><p><b>　　2.3 本章小結(jié)</b></p><p>　　通過上面的比較，我們明顯可以看出1140V在很多方面都優(yōu)于380V和660V供電系統(tǒng)，無論是供電距離、供電損耗、供電功率、供電的質(zhì)量都是上上之選，但是由于1140V電壓相較于380V和660V供電電壓有明顯的提升，同樣安全系數(shù)也相對降低，我們不管做什么第一時間考慮的

85、都是人生安全問題，所以在大部分方面高等級的電壓是可以帶來很多高的效益，但是前提是必須保證工作人員的人生安全問題，但是在設(shè)備要求上卻更高，所以不同的供電方式各有優(yōu)缺點，低壓的好控制，高壓的對于設(shè)備要求高，很多操作相對來說較難，所以視情況而定，總的說就是低壓效率雖低但是操作簡單，人身安全危險系數(shù)低，高壓效率高，操作復(fù)雜，對于設(shè)備要求高，投入多，人身危險系數(shù)相對來說要高較于低壓來說。</p><p>　　第三章 控制方

86、式工作原理</p><p>　　3.1 基于滑差電磁離合器的調(diào)速方式</p><p>　　3.1.1 滑差電磁離合器的工作原理</p><p>　　滑差電磁離合器又稱電磁轉(zhuǎn)差離合器，主要由電樞和磁極兩個旋轉(zhuǎn)部分組成。電樞部分與異步電動機(jī)聯(lián)接，是主動部分磁極部分與異步電動機(jī)所拖動的負(fù)載聯(lián)接，是從動部分。圖3-1為電磁轉(zhuǎn)差離合器的示意圖。</p><

87、p>　　圖3-1 電磁轉(zhuǎn)差離合器示意圖</p><p>　　電磁轉(zhuǎn)差離合器的電樞部分在異步電動機(jī)運行時隨著異步電動機(jī)轉(zhuǎn)自同步旋轉(zhuǎn)，假設(shè)轉(zhuǎn)向為順時針方向，其轉(zhuǎn)速為n，如圖3-2（a）中所示，假如勵磁繞組所通入的勵磁電流，電樞與磁極之間既無電的聯(lián)系又無磁的聯(lián)系，磁極以及所連接的負(fù)載不轉(zhuǎn)動，此時的狀態(tài)相當(dāng)于被“離開”。若勵磁電流,則磁極與電樞二者之間就有了磁的聯(lián)系，其磁力線就如圖3-2（b）中所示，由于電樞與磁極

88、之間有相對運動，電樞上的繞組在磁場的作用下要產(chǎn)生感應(yīng)電動勢并產(chǎn)生電流，對著N極的繞組條的電流流出紙面，對著S極的則流入紙面。</p><p>　?。╝） （b）</p><p>　　圖3-2 電磁轉(zhuǎn)差離合器電磁轉(zhuǎn)矩及磁場分布</p><p>　　如圖（a）所示，電流在磁場中受力,使得電樞受到逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。電樞由異步電動機(jī)拖著同速轉(zhuǎn)動，就是與異

89、步電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩相平衡的阻礙轉(zhuǎn)矩，磁極則受到與電樞同樣大小，且方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，也就是順時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩，在它的作用下，磁極部分以及負(fù)載便順時針轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)速為,此時，負(fù)載相當(dāng)于被“合上”，若異步電動機(jī)旋轉(zhuǎn)的方向為逆時針方向，通過電磁轉(zhuǎn)差離合器的作用，負(fù)載轉(zhuǎn)向也為逆時針，二者是一致的，但是需要注意的是：轉(zhuǎn)差離合器的電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生有一個先決條件，即電樞與磁極兩部分之間有相對運動，因此負(fù)載的轉(zhuǎn)速必定小于電動機(jī)轉(zhuǎn)速（，則），所謂的轉(zhuǎn)差離合器

90、的“轉(zhuǎn)差”就體現(xiàn)在這里。</p><p>　　3.1.2 滑差電磁離合器的調(diào)速原理</p><p>　　圖3-3 電磁轉(zhuǎn)差離合器的機(jī)械特性曲線</p><p>　　電磁轉(zhuǎn)差離合器的結(jié)構(gòu)多種多樣，區(qū)別就在于電樞部分，電樞部分可以是鼠籠繞組也可以是整塊鑄鋼，當(dāng)為整塊鑄鋼的時候，可以看成是無限多的鼠籠并聯(lián)，其中流過的渦流就是鼠籠導(dǎo)條中流過的電流。在磁極上面裝有勵磁繞組，通

91、過直流電流勵磁，相應(yīng)的勵磁電流越大，則相應(yīng)的磁場則越強，假如轉(zhuǎn)速相同的情況下，則有電流越大，其對應(yīng)的轉(zhuǎn)速則越高，圖3-3為電磁轉(zhuǎn)差離合器的機(jī)械特性曲線。變動轉(zhuǎn)差離合器的直流勵磁電流，便可改變離合器的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。從而進(jìn)行對電機(jī)的調(diào)速控制。</p><p>　　3.1.3 滑差電磁離合器的性能特點</p><p>　　電磁轉(zhuǎn)差離合器有較軟的機(jī)械特性，通過上圖就可以看得出來，在一定的勵磁電流

92、下，轉(zhuǎn)速隨著負(fù)載轉(zhuǎn)矩的增加而降低。其特性適用于那些對張力要求不高的的機(jī)械，但是就拿實際的煤礦中的機(jī)械來舉例，在實際的運行當(dāng)中，我們會發(fā)現(xiàn)，當(dāng)給煤機(jī)上部的落煤管中煤相對于來說不均勻亦或者由于煤的濕度較大造成有大塊煤落下的時候，將會使得給煤機(jī)的轉(zhuǎn)軸發(fā)生變化，這個時候，電機(jī)就會出現(xiàn)力不足和空轉(zhuǎn)的情況。為避免由于轉(zhuǎn)差離合器特性軟的缺陷造成的電機(jī)力不足的有關(guān)現(xiàn)象，可以對電磁轉(zhuǎn)差離合器加裝控制器，可以有效的改變電機(jī)的機(jī)械特性，可以讓其機(jī)械特性變硬—

93、—即當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化的時候，電機(jī)的轉(zhuǎn)速不會變化太大，加裝了控制器之后的機(jī)械特性如圖3-4所示：</p><p>　　圖3-4 加控制器后的機(jī)械特性曲線</p><p>　　，其中為控制回路給定電壓</p><p>　　滑差電磁離合器系列的調(diào)速機(jī)很多，就拿YCT系列的電磁調(diào)速機(jī)來說，YCT系列調(diào)速機(jī)在加裝控制器后，假設(shè)負(fù)載在額定轉(zhuǎn)矩的10%～100%之間變化的時候，控制

94、器會根據(jù)測速發(fā)電機(jī)所傳回來的信號來自動調(diào)節(jié)電路電流，使其輸出的轉(zhuǎn)速基本上保持一個定值，基本不變，轉(zhuǎn)速的變化率不會超過3%。測速電機(jī)檢測得到負(fù)載轉(zhuǎn)速之后，通過負(fù)反饋電路和給定值相比較，如果負(fù)載的轉(zhuǎn)速小于給定轉(zhuǎn)速，那么就會通過脈沖觸發(fā)電路，來增大電路的電流，從而增大轉(zhuǎn)速；反之如果所檢測得到的負(fù)載轉(zhuǎn)速大于給定轉(zhuǎn)速值，那么一樣通過脈沖觸發(fā)電路，來減少電路的電流，使得轉(zhuǎn)速下降。</p><p>　　利用電磁轉(zhuǎn)差離合器進(jìn)行調(diào)

95、速的異步電動機(jī)，在加裝控制器之后，具有以下的特點：</p><p>　　交流無級調(diào)速，具有速度負(fù)反饋的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。</p><p>　　結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，價格優(yōu)惠，便于操作和維護(hù)。</p><p>　　調(diào)速范圍廣，無失控區(qū)，其最大的調(diào)速范圍可以達(dá)到10。</p><p>　　控制的功率相對較小，便于采用多種控制方式，例如：自控、群控、集控

96、。</p><p>　　啟動性能好，啟動力矩大，啟動相對平滑，可用于恒轉(zhuǎn)矩的無級調(diào)速系統(tǒng)的各種機(jī)械設(shè)備。</p><p>　　利用電磁轉(zhuǎn)差離合器進(jìn)行調(diào)速的電動機(jī)無論工藝，經(jīng)濟(jì)效益在廣泛的推廣下都會產(chǎn)生很大的影響，其利用價值很大。</p><p>　　3.2 基于轉(zhuǎn)差頻率控制的調(diào)速方式</p><p>　　3.2.1 轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理&l

97、t;/p><p>　　我們都知道，任何電力拖動自動控制系統(tǒng)都服從于基本運動公式： </p><p><b>　?。?－1）</b></p><p>　　提高調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)特性主要依靠控制轉(zhuǎn)速的變化率。根據(jù)基本運動方程控制電磁轉(zhuǎn)矩就能控制。因此，歸根結(jié)底調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性就是控制轉(zhuǎn)矩的能力。</p><p>　　若系統(tǒng)的轉(zhuǎn)差頻率

98、在很小的范圍內(nèi)，只要能夠保持氣隙磁通不變，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩就近似與成正比，通過控制即可間接控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電流成正比，控制電流就能控制轉(zhuǎn)矩，問題比較簡單。在交流異步電機(jī)中，影響轉(zhuǎn)矩的因索很多，按照電機(jī)學(xué)原理中的轉(zhuǎn)矩公式</p><p><b>　?。?－2）</b></p><p>　　式中，?？梢钥闯觯瑲庀洞磐?/p>

99、、轉(zhuǎn)子電流、轉(zhuǎn)子功率因數(shù)都影響轉(zhuǎn)矩，而這些量又都和轉(zhuǎn)速有關(guān)，所以控制交流異步電機(jī)轉(zhuǎn)矩的問題就復(fù)雜得多。根據(jù)電機(jī)學(xué)原理，在下述假定條件下：①忽略空間和時間諧波；②忽略磁飽和，牽引異步電機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路如圖3－5所示。</p><p>　　其中：，,－定子相電阻，轉(zhuǎn)子相電阻折算值，勵磁電阻；</p><p>　　，，－定子相漏感，轉(zhuǎn)子相漏感折算值，勵磁電感；</p><p&g

100、t;　　，，－定子相電壓，定子相電勢，定子頻率；</p><p>　　，－定子角頻率，轉(zhuǎn)差角頻率；</p><p><b>　?。D(zhuǎn)差率，；</b></p><p>　　圖3－5 異步牽引電機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路圖</p><p>　　根據(jù)穩(wěn)態(tài)等效電路可知</p><p><b>　?。?－3）

101、</b></p><p><b>　?。?－4）</b></p><p><b>　　其中：－氣隙磁通。</b></p><p>　　由于異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩等于電磁功率除以同步角速度</p><p><b>　　（3－5）</b></p><p&

102、gt;<b>　　式（3-3）代入得</b></p><p><b>　　（3－6）</b></p><p><b>　　式中 －極對數(shù)。</b></p><p>　　當(dāng)電機(jī)穩(wěn)定運行時，很小，因而，即得轉(zhuǎn)矩的近似關(guān)系式：</p><p><b>　　(3－7)<

103、/b></p><p><b>　　結(jié)合式（3－2）得</b></p><p><b>　　（3－8）</b></p><p><b>　　式中－轉(zhuǎn)差頻率。</b></p><p>　　式（3－7）表明，在在很小的范圍內(nèi)，只要能夠保持氣隙磁通不變，異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩就近似與轉(zhuǎn)

104、差頻率成正比。這就是說，在異步電機(jī)中控制，就和直流電機(jī)中控制電流一樣，能夠達(dá)到間接控制轉(zhuǎn)矩的目的?？刂妻D(zhuǎn)差頻率就代表控制轉(zhuǎn)矩，這就是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本概念。</p><p>　　式（3－5）是以轉(zhuǎn)差頻率為自變量的轉(zhuǎn)矩特性，是關(guān)于的二次曲線。令求出產(chǎn)生臨界轉(zhuǎn)矩是的臨界轉(zhuǎn)差頻率：</p><p><b>　?。?－9）</b></p><p>　　

105、式（3－8）代入式（3－5）中，得臨界轉(zhuǎn)矩為</p><p><b>　?。?－10）</b></p><p>　　在轉(zhuǎn)差頻率系統(tǒng)中，只要給限幅，使其限幅值為：</p><p><b>　?。?－11）</b></p><p>　　就可以基本保持與的正比關(guān)系，也就可以用轉(zhuǎn)差頻率控制來代表轉(zhuǎn)矩控制。&

106、lt;/p><p>　　3.2.2 轉(zhuǎn)差頻率控制的基本規(guī)律</p><p>　　通過上面的原理我們知道，當(dāng)較大的時候我們必須的采取 （3—12）</p><p>　　這個精確的轉(zhuǎn)矩公式，其機(jī)械特性如圖所示：</p><p>　　圖 3-6 按恒值控制的機(jī)械特性<

107、;/p><p>　　從上圖可以看出在較小的穩(wěn)態(tài)運行段，轉(zhuǎn)矩基本與成正比，當(dāng)達(dá)到最大值時，達(dá)到值。對于精確轉(zhuǎn)矩公式（3-11）取=0，可以得到：= （3-13）</p><p>　　而 </p><p>　　=