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1、毕业论文（设计）题目：河东煤矿主斜井皮带系统自动化改造河东煤矿主斜井皮带系统自动化改造设计（论文）开题报告指导教师学员姓名学号论文题目河东煤矿主斜井皮带系统自动化改造设计（论文选题来源：）主井皮带机是煤矿的中枢，一旦皮带机出了故障，将造成全矿停产。原有系统采用交流绕线式电机串电阻调速系统。电动机效率低，损耗大。整个系统效率低，调速范围有限，稳定性差。采用VT710高压变频器的转矩自动平衡控制模式，以达到理想的同步控制效果。设计（论文）的研究目的,对象,目标,内容,方法：1研究目的：煤矿井下皮带系统能够稳定运行，保证安全性和可靠性2研究对象：煤矿井下皮带控制系统的设计3预期达到目标：对煤矿井下皮
2、带控制系统进行科学的设计4研究的内容：地面变电所改造设计，井口供电改造设计，短路电流计算，地面及井下高低压设备选择，保护装置，地面及井下接地等。5实施安排情况：（1）4月1日-4月30日，选择设计的课题，搜索有关资料，现场熟悉设备情况（2）5月1日-5月30日，确定方案，绘制图纸，编写说明书（3）6月1日-6月20日，修改定稿，打印装订6参考资料： 【1】Mohan,Undeland, Tobbins. Power Electronics-Converters,Applications and Design(Third Edition).北京:高等教育出版社，2004【2】比马尔 K.博斯.现
3、代电力电子学与交流传动。北京：机械工业出版社，2004【3】丁学文。4520的局限和改进。电力电子技术，1993,27（4）：59-61【4】张崇巍，张兴。PWM整流器及其控制。北京：机械工业出版社，2003（10）【5】蔡宣三，龚绍文。高频功率电子学。北京：科学出版社，1993【6】邢岩，蔡宣三。高频功率开关变换技术。北京：机械工业出版社，2005【7】朱仕海，吴伟民，钱照明。一种新型高性能功率因数效正整流电路。电工电能新技术，2003,22（4）：68-71辅导教师评语：毕业设计（论文）任务书学号姓名毕业设计论文题目指导老师时间地点河东煤矿井下皮带系统自动化改造河东煤矿本设计是在煤矿实习的
4、基础上完成的。通过对河东煤矿的实地考察，结合该矿井下皮带系统现有生产运输水平和可行性改造，在原有供电运输系统的基础上根据煤炭生产行业现在的生产需求进一步改进和完善。河东煤矿系300万吨大煤矿，井下皮带系统设计内容包括：地面变电所改造设计，井口供电改造设计，短路电流计算，地面及井下高低压设备选择，保护装置，地面及井下接地等。河东煤矿井下皮带供电系统包括井上供电系统和井下供电系统两部分。为保证供电的安全，可靠，又考虑河东煤矿井下皮带系统20年的服务期限，从经济和技术两方面对其进行整体改造设计，以达到满足河东煤矿井下皮带系统改造设计的合理性。目录1绪论1 1.1河东煤矿基本情况简介1 1.2河东煤矿
5、原始情况1摘 要 主井皮带机是煤矿的中枢，一旦皮带机出了故障，将造成全矿停产。原有系统采用交流绕线式电机串电阻调速系统。电动机效率低，损耗大。整个系统效率低，调速范围有限，稳定性差。采用VT710高压变频器的转矩自动平衡控制模式，以达到理想的同步控制效果。关键词：皮带运输机 高压变频器 同步控制ABSTRACTThe main shaft belt machine is the hub of the coal mine, once the beltmachine broke down, the whole mine will stop production. The original syst
6、em used alternating wound-rotor motor series resistance speed control system. Motor is inefficiently and big loss. The whole system is inefficient and limited the scope of speed, poor stability. We use torque automatic balance control mode based on VT710 High-voltage inverter in order to achieve the
7、 desired effect of synchronization.Key words: Transport belt High-voltage inverter Synchrony control1绪论本设计为了保证河东煤矿井下皮带系统改造升级，保证其供电系统运行的安全性，可靠性和经济性，不但要求监测监控和保护效果要好，也要求在设计中严格遵守国家煤矿设计的有关规定，保证其皮带运输及供电系统的可靠性和安全性，尽量避免和减少因系统供电和设备保护问题给煤矿带来的不安全因素。1.1河东煤矿基本简介河东煤矿隶属于山西省焦煤集团下属的汾西矿业集团公司，建设于建国初期，是第一批国有大型煤炭企业，位于山西
8、省境内中部，介休市境内，南同蒲铁路，大运高速和大运二级公路由本区西南部经过，其中大运二级公路距矿区仅1km，南同蒲铁路从矿区经过，由矿区东北方向经介休抵达太原，由矿区东南方向经灵石县抵达临汾和运城，矿区内有简易公路与干线公路相通，采用汽车外运煤可通过大运高速和大运二级公路直接运往全国各地，采用火车外运煤可通过南同蒲铁路运出。矿区交通十分便利。1.2河东煤矿井下皮带系统原始情况河东煤矿主斜井现采用DTII1000/2*280皮带生产，皮带机倾角16度，皮带为钢绳芯强力皮带，皮带宽1000mm，带速2.5M/S,厚度20mm，皮带机总长约634m，皮带总长约为1350m:；皮带机在猴车一侧设有护栏
9、装置，机架连接采用螺栓连接，地脚螺栓现浇固定，机架连接长度3M；皮带采用单台功率280KW，6KV电机双机驱动；张紧装置采用重车张紧装置；设备安装总重约为150T。皮带单卷供货长度150M，皮带接头十个，其中一个为试验接头；安装皮带配电控制设备一套。河东矿生产区供电形式为双回路环形供电，电源取自崔家沟35KV区域变电所的两段母线，其中，611回路供河西沟地面变电所，604回路供风井地面变电所，两变电所之间通过架空线路相联。架空线全部采用铁塔架设，导线采用LGJ240，总长6.15km。河西沟地面变电所引出两躺6KV线路供给主斜井为电源，主斜井强力皮带为6KV高压开关控制。河东矿井下采用分区式供
10、电，分新、旧区两变电所供电。新区由风井地面变电所向井下中央变电所供电，两趟MVV42-6-3240交联电缆，一趟工作，一趟热备用。中央变电所所带负荷约为4720KW。主井皮带原采用两台高压电机拖动，整套系统工作是由两台315KW/6KV高压异步电动机并联拖。原有系统采用交流绕线式电机串电阻调速系统。该调速系统属于有级调速，调速的平滑性差，低速时机械特性较软，静差率较大，电阻上消耗的转差功率大，节能效果较差，启动过程和调速换挡过程中电流冲击大，中高速运行振动大，安全性较差。该调速系统在解决电机间同步，以及处理不均的问题是能力明显不足。机械磨损和老化问题日趋严重，性能逐年降低，故障率增加，设备维修
11、难度大，电动机效率低，损耗大。整个系统效率低，调速范围有限，稳定性差。2河东煤矿井下皮带系统自动化改造设计方案及论证近几年随着电力电子技术、微电子技术、控制技术、网络化技术的高速发展，交流变频调速技术发展也十分迅速，其性能也胜过其他任何一种交流调速(如降压调速、滑差调速、液力耦合器等)方式，且结构简单，稳定可靠，调速范围广，节能显著。尤其是最近高压变频器的飞速发展，让高压电机高性能地调速变为现实。2.1总体说明2.1.1机械部分的总体方案是：采用防爆电机，通过减速器（SEW）驱动胶带输送机，其中主斜井采用1.2米矿用阻燃钢芯胶带（ST2000N/mm），配置双630KW的6KV电机驱动；上仓采
12、用1米矿用阻燃钢芯胶带（ST1000N/mm），配置双280KW的1140V电机驱动；560平巷采用1米矿用阻燃钢芯胶带（ST2000N/mm），配置三355KW的1140电机驱动。2.1.2电控系统的总体方案是：采用高/中压变频器作为各胶带机的驱动及调速装置，依靠高效可靠的检测及保护装置，利用先进的PLC控制技术实现单一胶带输送机的集中控制（变频调速、起停控制、安全保护等功能）以及多条胶带输送机之间的智能联动控制（顺/逆煤流起停、给煤机联动、煤仓闭锁等功能），并借助视频系统、语音系统和网络化上位机监控系统实现胶带输送机的远程监控，最终实现胶带输送机无人值守、有人巡视的运行模式，实现提升安全、
13、节能降耗、减员提效的综合效益。本系统是严格按照煤炭安全规程的有关要求设计，所用井下电气设备均采用符合M2.2设计标准n 煤矿安全规程2009版n 煤矿设计规范n 中国调速电气传动系统国家标准GB 12668n 爆炸性环境用防爆电气设备本质安全型电路和电气设备要求GB 3836.4-2000n 爆炸性环境用防爆电气设备通用要求GB 3836.1-2000n 矿用一般型电气设备GB 12173-90n 煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求MT 209-90n MT 73-92 煤矿用输送带机托辊尺寸系列n MT 113-1995 煤矿井下用聚合物制品阻燃抗静电性通用试验方法和判定规则n
14、MT/T 154.4-1995 煤矿用带式输送机型号编制方法n MT/T 318.1-1997 煤矿用输送带机械接头技术条件n MT 400-1995 煤矿用带式输送机滚筒尺寸系列n MT/T 467-1996 煤矿用带式输送机设计算n MT/T645-1997 煤矿用带式输送机滚筒与相邻槽形托辊组之间的距离计算公式n MT654-1997 煤矿用带式输送机安全规范n MT/T 655-1997 煤矿用带式输送机托辊轴承技术条件n MT/T 661-1997 煤矿井下用电器设备通用技术条件n MT/T 668-1997 煤矿用阻燃钢丝绳芯输送带技术条件n MT/T681-1997 煤矿用带式输
15、送机减速器技术条件 n JB/T7330-94 电动滚筒 n MT 820-2006 煤矿用带式输送机技术条件n MT 821-2006 煤矿用带式输送机托辊技术条件n MT/T 823-1999 煤矿用转载带式输送机n MT 830-1999 煤矿用织物叠层阻燃输送带n MT 872-2000 煤矿用带式输送机保护装置技术条件n MT/T 901-2000 煤矿井下用伸缩带式输送机n MT 912-2002 煤矿用下运带式输送机制动器技术条件n MT962-2005 煤矿带式输送机滚筒用橡胶包覆层技术条件2.3主斜井电控部分设计总体设计系统采用变频技术PLC控制技术和远程监控技术，实现皮带运
16、输系统的安全、节能、无人值守的运行。 系统结构主要包括：供电部分、变频器部分、PLC控制部分、监测保护传感器和监控系统部分。 配置5台高压柜（配置智能综合保护装置）和1台低压柜，留有与高压柜实现RS485通讯的接口。 主斜井皮带配置 2台1000Kw的6KV高压变频器，且变频器之间设有实现均转矩和功率平衡得控制器，不设计工频启动旁路。 为皮带系统配置各类保护传感器器件，包括跑偏、拉线、温度、烟雾、堆煤、打滑、纵撕、张力等，为煤仓配置雷达型煤位传感器，同时在关键点配置若干视频监控系统。视频监控系统采用网络型摄像头。 设计一套PLC集中控制系统，实现对每条皮带的自动操作和故障报警等功能，与传感器、
17、高压柜综保采用现场总线通讯，与监控系统采用工业以太网进行通讯。 配置一套具备闭锁功能和声光报警的信号系统及直通电话，同时具备井底给煤机、主斜井输送机的运转信号显示。 配置一套皮带在线检测系统，采用无损探伤技术，对皮带机进行在线不间断检测，在线检测系统安装在皮带机下带部位。 PLC与变频器、与保护传感器及供电部分采用现场总线通讯、PLC之间、PLC与监控系统之间采用工业以太网通讯。 为皮带运输设计监控系统，实现对皮带运行的实时监控和分类数据的存储记录，并能生产各类表格和报表，并能实现远程操作。并能实现网络发布功能2.4供电部分2.4.1主斜井高压供电主斜井井口房6kV供电系统：6kV采用单母线不
18、分段接线方式，选用矿用一般型高压真空开关柜，作为6kV系统受、馈电设备，包括5台矿用一般型高压柜，高压柜采用KNY28-1A型，配置为：进线柜2台、变频器出线柜2台，PT柜1台。高压柜配置微机综合保护装置，完成主斜井井口房6kV供电系统的保护、测量、控制、信号采集功能可实现上级调度，可进行异地监测、监控和实现遥测、遥信、遥控、遥调功能，通讯接口采用RS485串行通讯。n 高压柜技术性能：a、开关柜内装设真空断路器，额定短路开断电流25kA；真空断路器操作机构选用弹簧储能操作机构，交流220V操作，操作电源由PT提供。高压真空断路器采用陕西宝光正规产品。b、开关柜具有可靠的五防功能，并按有关规定
19、配置接地装置。c、开关柜防护等级：外壳IP42；隔室门、断路器室门打开时为IP21。d、开关柜配置柜内照明及自动温控加热器。e、每台开关柜配置智能操控装置。反应一次回路模拟图、开关状态、断路器位置、接地刀闸位置、弹簧储能状态、高压带电指示、高压带电闭锁及温度湿度控制等功能。f、装有功电度表、无功电度表、电流、电压等测量仪表。g、各断路器具有监视电源及跳闸的完整性。h、开关柜内及柜间使用铜母线，柜间铜母线规格TMY-606mm。i、开关柜间母线采用热塑套管绝缘。j、每台开关柜的电流、电压端子预留20%作为备用。k、提供每台开关柜内的元件说明书、合格证。l、提供备用小车一台，备用真空断路器一台；
20、PT柜熔断器备用两个；二次控制回路熔断器备用10个。m、柜体颜色：缓定。n、6kV保护配置采用微机保护单元（南自产品），就地安装于高压开关柜上。6kV进线保护单元（2块，安装于进线柜面板上）6kV母线绝缘监视单元（1块，安装于PT柜面板上）变频器馈电柜保护单元（2块，安装于变频器馈电柜面板上）2.4.2 380V配电部分配置1台低压柜，采用固定式柜，矿用一般型，电压等级为380/220V，双进线，单独引线，手动切换，中心点接地，主要为附属设备及控制系统供电。柜内所有接触器必须具有2常开2常闭接点，具有远方就地控制闭锁功能，并可就地显示送电、停电状态。根据安全要求，各进、出回路配置必要的保护装置
21、、测量仪表、工作及事故指示灯。低压开关柜额定电压：380V，最高工作电压：400V，主要电气元器件选择国外知名品牌产品（AB、施耐德）。低压开关柜馈出回路包括：n 输送机附属设备380V低压负荷：润滑油泵电机，2回，15A冷却风扇电机，2回，30A制动液压站电机，2回，15A控制系统电源：2回，40An 主斜井井口房其它低压负荷主斜井井口房起重机，1回，100A主斜井井口房内硫化热补器，4回，63A主斜井井口房照明，1回，40An 备用回路380V，100A两回380V，63A两回380V，40A两回2.4.3井下配电部分井下配电部分是为主斜井皮带井下给煤机供电，采用AC660V电源，电源取自
22、“上仓胶带机头变电所”，需要配置一台智能选用智能型隔爆真空磁力起动器，额定电压660V，额定电流不小于20A，可直接或远距离控制给煤机，具有故障记忆功能，留有地面主斜井井口房远控接口及通讯接口。2.5变频器主斜井高压变频器采用日本明电舍VT710型6KV高压变频器2台，采用一拖一方式分别为两台电机提供变频电源，不配置互投切换回路和工频旁路回路，变频调速装置采用一体化设计，集成隔离变压器和变频器两部分，隔离变压器采用可靠性极高、绝缘等级为H 级、免维护设计的干式变压器。同时配备专用的转矩平衡控制器，2.5.1对高压变频器主要技术条件的要求主井皮带机是全矿的流程中枢，一旦皮带机不能正常工作，将造成
23、全矿停产，且会造成巨大经济损失。另外高压变频器须安装在环境相当恶劣，煤灰比较重，粉尘大的场合。因此要求高压调速系统具有极高的可靠性、稳定性、防护性。基于以上工作特点，变频器设计中须满足的主要技术条件如下:(1) 高压变频器具有高可靠性、稳定性、防护性。长期运行的质量指标;（2) 变频器具有工频运行的旁路功能，一旦出现故障，能够让电机切换到工频运行;（3) 高压变频器能够对3台电机的同轴同步软启动，软停止功能。起动、停止能按所设定的皮带特性曲线运行。在运行过程中能够自动地实现转差调节和功率平衡调节;（4) 变频器的输出力矩不小于电动机额定力矩的200%，可使电机能输出200%的起动输出转矩1mi
24、n。满足负载变化大的承受能力和煤炭压带时的再起动的能力;（5） 具有制动能量和电机的转差再生能量的利用功能;（6) 须满足煤矿电控系统的功能接口和监控要求;(7) 皮带运输机在煤量不大和在安装皮带的情况下要求降速运行，不需要满负荷运行。利用高压变频器根据实际情况对电机进行调速，既符合工艺要求，又达到节能降耗的目的;(8) 变频器启动过程要求平稳，无冲击，另要求体积小，好搬运;(9) 其它条件:同轴两台电机采用共直流系统，调速系统分开，单台电机单独控制。2.5.2jcc型皮带运输机专用高压变频器主要设计方案(1) 控制架构体系采用了80c196mh六片单片机在虚拟总线的通讯格式下，任意主令其中一
25、片为主控cpu单元，其它自动按序堆栈为从控cpu单元和子控cpu单元。再采用rs-485通讯方式与上位机监控的人机界面(彩色触摸屏)联机，形成一套皮带机电动机运行特点的智能控制系统。实现对三台电机的同轴同步软启动，软停止功能。在起动、运行、停止过程中能够自动地对转差调节和功率平衡调节。(2) 高压变频器主电气系统架构设计同轴两台电机采用共直流母线系统，调速系统分开，单台电机单独拖动、集中控制。高压变频器调速系统主回路如图2所示。(3) 主回路硬件变频器逆变器，采用成熟的佳灵jcp-6kv/500kwigbt直接串联高压变频器平台增、减。(4) 变频的运行和操作采用高压变频器调速系统对皮带运输机
26、进行改造具体实现过程如下;变频器操作可以在本机控制，也可在远程控制。本机控制是，靠变频系统内置三台触摸屏来设定运行参数。在触摸屏上进行运行和停止操作。远控时，通过工作台来对变频系统进行外控操作。工作台上有高低速选择，可以根据工况需要来自由设定运行频率，完全可以满足工艺要求。2.6变频调速控制系统2.6.1系统方式和措施及目标jcc型高压变频调速系统是采用直接“高高”变换形式，为igbt直接串联两电平控制方式。输入、输出采用本公司独特的lc滤波方式。这种方式对电网谐波污染小，输入功率因数高，可达到98以上，谐波含量远低于5，不存在谐波引起的电机发热、噪音、输出共模电压等问题。此高压系统针对三台电
27、机的工作情况，在三台变频间增加主从控制方式，其工作原理如图3所示。三台变频间通过rs-485+转换模块相互通讯，实现数据自动交换。使用中可以任意设置其中一台为主机，其余两台为从机。在现场工况中优先设置单独的一台电机为主机，同轴两台电机为从电机。2.6.2主机、从机的定义 主机是变频器群控中的首机，其他变频器都是从机，主机只有一台。在运行中只对主机控制，全部从机同步地自动跟随主机实时运算、动态运行，保持良好的主、从关系和功率平衡。按所设定目标控制运行模式稳定运行。2.6.3主机、从机的设定在以实际的现场工艺条件中，可由用户自主地设定一台为主机，其他为从机。2.6.4主机、从机的操作运行主机控制从
28、机的启动和停止。向从机发出主机的设定频率参数、运行停止命令跟踪运行与状态执行指令等，收集各从机的实际运行状况和故障等信息。主机保持与外控信息输入与信息保持联系。运行中只对主机操作与运行参数设定，从机操作无效，从机跟随主机同步运行。主、从机的加、减速时间都需要设定为一致，从机在机群全部停机后或电机接线是可单独点动运行。2.6.5主从机的功率平衡和同步先通过触摸屏设定功率平衡系数，0200可调。在启动和运行过程中，通过各自变频器的直流母线电流检测，送子机cpu比较器与主机母线代码电流数值比较，获得误差信号，经cpu运算后，发出新的u/f调节的pwm波形去实现功率平衡运行。另一路送入主从子机间相互交
29、换数据、存贮、各自显示新的电量参数。同时检测各自变频器的直流母线上出现的再生电压波形和电压差值，通过主机转速预置值比较、运算出转差率，再由子机cpu调节频率增益补偿的加或减值，来实现电机的同步。2.6.6主从机的故障显示与处理在运行中若出现故障，故障机显示“lu”“oud”“fl”等提示。无故障机显示当前运行界面并作闪烁提示。只有故障机复位和无故障显示时方可重新启动运行。在运行中若主机出现故障全部机群作自由停止方式停机，单台从机出现故障时单台停机，其余继续运行。但在单台故障排除后，必须全部停止后再重新启动。2.6.7保护功能和显示变频装置系统有过电压、过电流、欠电压、短路、接地、过载、过热、桥
30、臂保护等保护功能。一旦出现故障，变频器将发出声光报警信号。所有故障情况，均在中文用户界面上显示出来，预留打印功能接口。便于用户根据故障情况采取相对措施。3变频器工作方式2.1变频器调速的原理: 3.1.1什么是变频器？ 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。 *1: VVVF 改变电压、改变频率（Variable Voltage and Variable Frequency）的缩写。 *2: CVCF 恒电压、恒频率（Constant Voltage and Constant Frequency）的缩写。 各国使用的交流供电电源，无论是用于家庭还是用于工厂
31、，其电压和频率均200V/60Hz（50Hz）或100V/60Hz（50Hz），等等。通常，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电（DC）。把直流电（DC）变换为交流电（AC）的装置，其科学术语为“inverter”(逆变器)。由于变频器设备中产生变化的电压或频率的主要装置叫“inverter”，故该产品本身就被命名为“inverter”，即：变频器，变频器也可用于家电产品。使用变频器的家电产品中不仅有电机（例如空调等），还有荧光灯等产品。用于电机控制的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率
32、。但用于荧光灯的变频器主要用于调节电源供电的频率。汽车上使用的由电池（直流电）产生交流电的设备也以“inverter”的名称进行出售。变频器的工作原理被广泛应用于各个领域。例如计算机电源的供电，在该项应用中，变频器用于抑制反向电压、频率的波动及电源的瞬间断电。3.1.2. 电机的旋转速度为什么能够自由地改变？ r/min电机旋转速度单位：每分钟旋转次数，也可表示为rpm.例如：4极电机 60Hz 1,800 r/min，4极电机 50Hz 1,500 r/min，电机的旋转速度同频率成比例。 本文中所指的电机为感应式交流电机，在工业领域所使用的大部分电机均为此类型电机。感应式交流电机（以后简称
33、为电机）的旋转速度近似地确决于电机的极数和频率。由电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的。由于该极数值不是一个连续的数值（为2的倍数，例如极数为2，4，6），所以不适和改变该值来调整电机的速度。另外，频率是电机供电电源的电信号，所以该值能够在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。因此，以控制频率为目的的变频器，是做为电机调速设备的优选设备。 n= 60f/p，n: 同步速度，f: 电源频率 ，p: 电机极数改变频率和电压是最优的电机控制方法 。如果仅改变频率，电机将被烧坏。特别是当频率降低时，该问题就非常突出。为了防止电机烧毁事故的发生，变频器在改变频率的同时必须
34、要同时改变电压.(目的;保持磁通恒定)例如：为了使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从60Hz改变到30Hz，这时变频器的输出电压就必须从200V改变到约100V。3.1.3矢量控制是怎样使电机具有大的转矩的？ 转矩提升:此功能增加变频器的输出电压，以使电机的输出转矩和电压的平方成正比的关系增加，从而改善电机的输出转矩。改善电机低速输出转矩不足的技术,使用矢量控制，可以使电机在低速,如(无速度传感器时)1Hz（对 4 极电机，其转速大约为 30r/min）时的输出转矩可以达到电机在 50Hz 供电输出的转矩（最大约为额定转矩的 150）。对于常规的 V/F控制，电机的电压降随着电机速度的
35、降低而相对增加，这就导致由于励磁不足，而使电机不能获得足够的旋转力。为了补偿这个不足，变频器中需要通过提高电压，来补偿电机速度降低而引起的电压降。变频器的这个功能叫做转矩提升（*1）。转矩提升功能是提高变频器的输出电压。然而即使提高很多输出电压，电机转矩并不能和其电流相对应的提高。 因为电机电流包含电机产生的转矩分量和其它分量（如励磁分量）。矢量控制把电机的电流值进行分配，从而确定产生转矩的电机电流分量和其它电流分量（如励磁分量）的数值。矢量控制可以通过对电机端的电压降的响应，进行优化补偿，在不增加电流的情况下，允许电机产出大的转矩。此功能对改善电机低速时温升也有效。 3.1.4变频器制动的情
36、况: 1）: 制动的概念:指电能从电机侧流到变频器侧（或供电电源侧）,这时电机的转速高于同步转速.负载的能量分为动能和势能. 动能(由速度和重量确定其大小)随着物体的运动而累积。当动能减为零时，该事物就处在停止状态。机械抱闸装置的方法是用制动装置把物体动能转换为摩擦和能消耗掉。对于变频器，如果输出频率降低，电机转速将跟随频率同样降低。这时会产生制动过程. 由制动产生的功率将返回到变频器侧。这些功率可以用电阻发热消耗。在用于提升类负载,在下降时, 能量(势能)也要返回到变频器(或电源)侧,进行制动.这种操作方法被称作再生制动，而该方法可应用于变频器制动。在减速期间，产生的功率如果不通过热消耗的方
37、法消耗掉，而是把能量返回送到变频器电源侧的方法叫做功率返回再生方法。在实际中，这种应用需要能量回馈单元选件。 2）怎样提高制动能力：为了用散热来消耗再生功率，需要在变频器侧安装制动电阻。为了改善制动能力，不能期望靠增加变频器的容量来解决问题。请选用制动电阻、制动单元或功率再生变换器等选件来改善变频器的制动容量3.1.5 当电机的旋转速度改变时，其输出转矩会怎样？ 1） 工频电源由电网提供的动力电源（商用电源） 2） 起动电流当电机开始运转时，变频器的输出电流变频器驱动时的起动转矩和最大转矩要小于直接用工频电源驱动。 3 我们经常听到下面的说法：电机在工频电源供电时（*1）时，电机的起动和加速冲
38、击很大，而当使用变频器供电时，这些冲击就要弱一些。如果用大的电压和频率起动电机，例如使用工频电网直接供电，就会产生一个大的起动冲击（大的起动电流）。而当使用变频器时，变频器的输出电压和频率是逐渐加到电机上的，所以电机产生的转矩要小于工频电网供电的转矩值。所以变频器驱动的电机起动电流要小些。通常，电机产生的转矩要随频率的减小（速度降低）而减些矢量控制的变频器，将改善电机低速时转矩的不足，甚至在低速区电机也可输出足够的转矩。当变频器调速到大于 60Hz 频率时，电机的输出转矩将降低。通常的电机是按 50Hz(60Hz)电压设计制造的，其额定转矩也是在这个电压范围内给出的。因此在额定频率之下的调速称
39、为恒转矩调速. (T=Te,P=Pe) 变频器输出频率大于 50Hz 频率时，电机产生的转矩要以和频率成反比的线性关系下降。当电机以大于 60Hz频率速度运行时，电机负载的大小必须要给予考虑，以防止电机输出转矩的不足。举例，电机在 100Hz 时产生的转矩大约要降低到 50Hz时产生转矩的 1/2。因此在额定频率之上的调速称为恒功率调速.(P=Ue*Ie)3.1.6 电压型与电流型有什么不同？ 变频器的主电路大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容;电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波石电感。3.1.7矢量控制(VC)方式 矢量控制变
40、频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流 Ia、Ib、Ic、通过三相二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流 Ia1Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流 Im1、It1(Im1 相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流)，然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有划时代的意义。然而在
41、实际应用中，由于转子磁链难以准确观测，系统特性受电动机参数的影响较大，且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂，使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。3.1.8变频器的四象限运行 用 4象限描述电机的运行状态：首先确定两个参数，一个是转子受的电磁转矩 m 用Y 轴，一个是运转方向 n 用 X 轴，那么四象限分别描述电机的四个运行状态分别是：象限为正转电动状态；象限为反转制动发电状态；象限为反转电动状态；象限为正转制动发电状态；3.1.9相关公式(a) 电动机的输入功率 众所周知，电动机是将电能转换成机械能的器件。三相交流异步电动机输入的是三相电功率P1: Error! No bo
42、okmark name given. （b）电动机的输出功率电动机是用来拖动负载旋转的，因此，其输出功率便是轴上的机械功率式（2）中：P2-电动机输出的机械功率，KW; TM-电动机轴上的转矩，N。m； Nm-电动机轴上的转速，r/min。（c）电磁功率的计算主磁通是穿过空气隙与转子绕组相连的部分，是把能量传递给转子的部分。他在定子绕组中产生的自感电动势称为反电动势，用E1表示，其有效值的计算如下： （3） 如上述，把能量从定子传递给转子的是主磁通 M，而主磁通 M 在电路中通过反电动势E1来体现，所以，电磁功率可计算如下： （4）保持磁通不变的方法 （5）即，在调节频率时，必须保持反电动势E
43、1X 和频率 fX的比值不变。 但反电动势是由定子绕组切割旋转磁通而感生的，无法从外部进行控制。于是用保持定子侧输入电压和频率之比等于常数来代替: （6）式(13)中: U1X运行频率为 fX时的输入电压，V。 所以, 在改变频率时, 必须同时改变定子侧的输入电压。3.2变频器的基本组成变频器基本电路如下图图1 变频器基本电路图它由4 个主要部分组成，分别是: 1整流部分，把交流电压变为直流电压; 2滤波部分，把脉动较大的交流电进行滤波变成比较平滑的直流电; 3逆变部分，把直流电又转换成三相交流电，这种逆变电路一般是利用功率开关元件按照控制电路的驱动、输出脉冲宽度被调制的 PWM波，或者正弦脉
44、宽调制 SPWM 波，当这种波形的电压加到负载上时，由于负载电感作用，使电流连续化，变成接近正弦形波的电流波形; 4控制电路是用来产生输出逆变桥所需要的各驱动信号，这些信号是受外部指令决定的，有频率、频率上升下降速率、外部通断控制以及变频器内部各种各样的保护和反馈信号的综合控制等。特别要指出的，通用变频器对负载的输出波形都是双极性SPWM波，这种波形可以大幅度提高变频器的效率，但同时这种波形使变频器的输出区别于正常正弦波, 产生了变频器很多特殊之处，需要使用者予以重视。双极性SPWM 波如图2 所示, 其中图 2(a)是三角形的载波与正弦形信号进行比较的情形，图2(b)是比较后获的 SPWM
45、波形图2 双极性PWM波图4系统控制策略4.1主斜井带式输送机技术参数运输能力： Q=1200t/h（计算选型带入值）提升高度： H178.678m带 宽： B=1200mm带 速： V=4.0m/s输送机水平长度： Lh=623.619m倾 角： =16物料粒度： 0300（原煤）受 料 点： 尾部一个驱动装置：头部双滚筒双电机变频调速驱动电动机：YB2-4503-4，N=630kW，n=1484rpm，U=6kV，防护等级IP54，防爆，两台变频调速系统：见电控部分减速器：ML3PSF110，i=25，压力润滑，空冷，防爆，两台(SEW公司)联轴器：水平分型蛇形弹簧联轴器（乐兆）高速端（电机与减速器）：型号1120H，额定扭矩12674Nm，两个 低速端（减速器与传动滚筒）：型号1210H，额定扭矩253900Nm，两个 此外本带式输送机还要求带有联轴器护罩，以保证人员和设备的安全。盘式制动装置：型号KPZ-1400/148 ，两台制动盘直径 1400mm ，制动力矩148kNm液压站双电机N=23.0kW，380V，防爆，带控制箱逆止器：DSN200，逆止力矩M=200kNm，两台(上海精基实业有限公司)拉紧装置：重载车式拉紧装置
