專利名稱：交流礦井提升機轉(zhuǎn)子變頻系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于礦井提升機變頻控制技術(shù)，主要提出一種交流礦井提升機轉(zhuǎn)子變頻系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，公知的交流提升機調(diào)速是通過改變交流繞線式異步電動機的轉(zhuǎn)子外串接的金屬電阻進行的，加速前串入所有電阻，然后逐級切除電阻，提升機加速，所有電阻切完后， 提升機以額定速度運行；減速階段，要投入電氣制動電流(低頻電流或直流電流)并在轉(zhuǎn)子外串電阻的配合下才能進行可控減速。但是，這種交流繞線式異步電動機的轉(zhuǎn)子串接電阻進行調(diào)速的方式，主要存在以下缺點1)需要幾十箱甚至二百多箱的金屬電阻，占地面積大；2)在提升機加速、減速以及在重物下放的過程中，有大量的電能消耗在電阻上，浪費大量能源，不符合國家節(jié)能減排的政策；3)有級調(diào)速，調(diào)速性能差；4)在電動機的定子側(cè)存在頻繁的有觸點換向及投制動電流切換，設(shè)備可靠性不高。要改變這種轉(zhuǎn)子外串電阻的調(diào)速方式有兩種方案，其一將電動機轉(zhuǎn)子繞組在出線端子處短接，在定子側(cè)采用高壓變頻器對電動機進行控制并調(diào)速，但這種高壓變頻器是由三組多個低壓變頻功率單元串聯(lián)而成，功率單元數(shù)量通常是3X6個(6KV)或3X9 個(10KV)，另外，還要采用副邊為多繞組三相整流變壓器(繞組數(shù)量與功率單元個數(shù)相同)，硬件及制造工藝復(fù)雜，相對于低壓變頻器存在故障隱患點多、體積大、成本高等缺點；其二 將電動機定子繞組在出線端子處短接，在轉(zhuǎn)子側(cè)采用輸出電壓與轉(zhuǎn)子額定電壓相匹配的低壓變頻器——交流礦井提升機轉(zhuǎn)子調(diào)頻調(diào)壓裝置對電動機進行控制并調(diào)速， 交流礦井提升機轉(zhuǎn)子調(diào)頻調(diào)壓裝置已經(jīng)由中國專利(申請人在先提出，發(fā)明專利申請?zhí)?CN200810141371.6)公開，這種轉(zhuǎn)子調(diào)頻調(diào)壓裝置的特征在于輸入是國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)供電電壓如380V、660V、1140V、3KV、6KV、10KV,輸出的額定電壓與電動機轉(zhuǎn)子額定電壓相匹配，雖然電動機額定轉(zhuǎn)子電壓沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)(對于不同型號不同廠家的電動機，其轉(zhuǎn)子繞組的額定電壓是不一樣的)，但絕大多數(shù)轉(zhuǎn)子額定電壓小于1140V，換句話說，這種方案是用低壓變頻的方法解決了高壓變頻器才能解決的問題，硬件簡單可靠、成本較低，從實用的情況看，使用效果與高壓變頻器的方案相媲美。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型提出一種交流礦井提升機轉(zhuǎn)子變頻系統(tǒng)，使得提升機運行更加平穩(wěn)和安全可靠，達到節(jié)能、提高運行性能和安全可靠性的目的。本實用新型采取以下技術(shù)方案完成其發(fā)明目的由電動機轉(zhuǎn)子繞組、轉(zhuǎn)子調(diào)頻調(diào)壓裝置和開關(guān)柜組成的轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速部分，為提升電動機提供頻率及電壓可變的交流動力電源；轉(zhuǎn)子調(diào)頻調(diào)壓裝置的輸入端接到開關(guān)柜的輸出端，開關(guān)柜的輸入端接到電網(wǎng)上；由主控PLC和輔控PLC組成過程控制部分；由操作臺、上位計算機和打印機組成過程監(jiān)控部分，對提升機整個運行過程進行監(jiān)控；操作臺和上位計算機共同實現(xiàn)礦井提升機系統(tǒng)監(jiān)控的雙線型式；打印機通過通訊的方式對上位計算機中所記錄的圖、表進行硬拷貝或打?。?上位計算機中設(shè)有通訊網(wǎng)卡，通過網(wǎng)絡(luò)通訊的方式與因特網(wǎng)連接并實現(xiàn)對所述交流礦井提升機轉(zhuǎn)子變頻系統(tǒng)進行遠(yuǎn)程診斷及遠(yuǎn)程控制；由裝于提升機主軸軸端的第一測速元件、第二測速元件和裝于井筒中的第一限位開關(guān)或第二限位開關(guān)組成深度速度檢測部分并為控制部分提供提升容器實時的深度和速度信號；所述第一測速元件、第二測速元件的信號分別連接到主控PLC和輔控PLC中形成雙線型式的控制；第一限位開關(guān)或第二限位開關(guān)連接到主控PLC中分別作為位置閉環(huán)控制的提升容器正向提升或反向提升的實際位置信號；第一測速元件、第二測速元件和第一限位開關(guān)、第二限位開關(guān)實現(xiàn)提升位置控制的三線型式； 主控PLC、輔控PLC、操作臺、上位計算機和轉(zhuǎn)子調(diào)頻調(diào)壓裝置之間通過網(wǎng)絡(luò)或點對點通訊方式進行數(shù)據(jù)交換；主控PLC與提升機中受控及檢測元件通過電纜連接；主控PLC和輔控 PLC共同實現(xiàn)礦井提升機系統(tǒng)控制的雙線型式。本實用新型提出的交流礦井提升機轉(zhuǎn)子變頻系統(tǒng)使得提升機運行更加平穩(wěn)和安全可靠，既可適用于新設(shè)備選型也適用于老設(shè)備的技術(shù)改造，達到節(jié)能、提高運行性能和安全可靠性的目的，具有實用價值。

圖1為本實用新型的電原理框圖。圖中，1.轉(zhuǎn)子調(diào)頻調(diào)壓裝置，2.開關(guān)柜，3.主控PLC，4.輔控PLC，5.人機界面， 6.打印機，7.第一測速元件，8.第二測速元件，9.第一限位開關(guān)，10.第二限位開關(guān)，11.電動機，12.提升機，13.因特網(wǎng)絡(luò)。
具體實施方式
結(jié)合附圖對本實用新型實施例加以說明在圖1中，本實用新型提出的交流礦井提升機轉(zhuǎn)子變頻系統(tǒng)，主要由轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速部分A、過程控制部分B、過程監(jiān)控部分C、深度速度檢測部分D組成；轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速部分由開關(guān)柜2、轉(zhuǎn)子調(diào)頻調(diào)壓裝置1和電動機11組成，轉(zhuǎn)子調(diào)頻調(diào)壓裝置1 (參照發(fā)明專利申請?zhí)?00810141371. 6)的輸出端與電動機11轉(zhuǎn)子繞組相接，電動機11的定子繞組在其輸出端子處短接，轉(zhuǎn)子調(diào)頻調(diào)壓裝置1的輸入端接到開關(guān)柜2的輸出端，開關(guān)柜2的輸入端接到電網(wǎng)上，電網(wǎng)可以是國內(nèi)任何等級的標(biāo)準(zhǔn)電壓，如380V、660V、1140V、3KV、6KV、10KV，轉(zhuǎn)子調(diào)頻調(diào)壓裝置1將電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)電壓變成頻率和電壓可變的交流電并為電動機11的轉(zhuǎn)子提供動力電源，電動機11通過機械軸驅(qū)動提升機12 (含減速器、卷筒、液壓制動器、液壓站、 提升容器，等)運轉(zhuǎn)，由于電動機11轉(zhuǎn)子額定電壓因型號和廠家的不同而不同，因此要求轉(zhuǎn)子調(diào)頻調(diào)壓裝置1的輸出額定電壓必須與電動機11轉(zhuǎn)子的額定電壓相匹配。過程控制部分主要由主控PLC (可編程控制器)3和輔控PLC 4組成，主控PLC3、輔控PLC4、人機界面5和轉(zhuǎn)子調(diào)頻調(diào)壓裝置1之間通過網(wǎng)絡(luò)或點對點通訊方式進行數(shù)據(jù)交換， 主控PLC3與提升機中受控及檢測元件(如液壓站中的油泵電機、電磁閥、液壓制動器上的閘瓦開關(guān)等)通過電纜連接，主控PLC3通過對轉(zhuǎn)子調(diào)頻調(diào)壓裝置1和提升機12中受控元件的控制完成對礦井提升機加速、等速、減速、爬行和停車的運行過程控制，在這個過程中， 輔控PLC4完成對主控PLC3執(zhí)行的正確性和準(zhǔn)確性進行監(jiān)控，實現(xiàn)礦井提升機系統(tǒng)控制的雙線型式。過程監(jiān)控部分主要由人機界面5和打印機6組成，提升司機通過人機界面5中的操作臺對提升機起動、停止以及緊急停車進行控制，并可以觀察到關(guān)鍵參量和重要信號情況如電機轉(zhuǎn)子的電壓、電流、頻率和提升速度以及安全回路的通斷信號等，人機界面5中的上位計算機完成對提升機整個運行過程的關(guān)鍵參量和重要信號情況的實時顯示、實時記錄、報表統(tǒng)計等，實現(xiàn)礦井提升機系統(tǒng)監(jiān)控的雙線型式，打印機6通過通訊的方式對上位計算機中所記錄的圖、表進行硬拷貝(打印)，上位計算機中設(shè)有通訊網(wǎng)卡，通過網(wǎng)絡(luò)通訊的方式與因特網(wǎng)13連接并實現(xiàn)對本實用新型提出的交流礦井提升機轉(zhuǎn)子變頻系統(tǒng)進行遠(yuǎn)程診斷及遠(yuǎn)程控制。深度速度檢測部分主要由裝于提升機12主軸軸端的第一測速元件7和第二測速元件8、第一限位開關(guān)9和第二限位開關(guān)10組成，第一測速元件7和第二測速元件8的信號分別連接到主控PLC3和輔控PLC4中形成雙線型式的控制；第一限位開關(guān)9和第二限位開關(guān)10連接到主控PLC3中分別作為位置閉環(huán)控制的提升容器正向提升或反向提升的實際位置信號；第一測速元件7、第二測速元件8和第一限位開關(guān)9或第二限位開關(guān)10實現(xiàn)提升位置控制的三線型式，確保提升機的安全運行。請參照圖1，以正向提升為例，說明本實用新型所提出的交流礦井提升機轉(zhuǎn)子變頻系統(tǒng)的工作過程在開車條件滿足的情況下，主控PLC3和輔控PLC4接收到人機界面5的開車指令后，主控PLC3向轉(zhuǎn)子調(diào)頻調(diào)壓裝置1發(fā)出低速爬行指令，提升機12在其液壓制動器未松閘的情況下，電動機11轉(zhuǎn)子電流逐漸建立，當(dāng)轉(zhuǎn)子電流達到一定的門檻值時，主控 PLC3指令提升機12中的液壓制動器松閘，這時，電動機11驅(qū)動提升機12的卷筒使得提升機低頻穩(wěn)速爬行，隨著轉(zhuǎn)子調(diào)頻調(diào)壓裝置1輸出的頻率和電壓逐步升高，電動機11帶動提升機12進行加速，當(dāng)頻率升到額定頻率以及電壓升到電動機11轉(zhuǎn)子額定電壓時，提升機處于等速段運行，在加速階段和等速階段，電能從開關(guān)柜2經(jīng)轉(zhuǎn)子調(diào)頻調(diào)壓裝置1流向電動機 11，電動機處于電動狀態(tài)，轉(zhuǎn)子調(diào)頻調(diào)壓裝置1工作在I象限；當(dāng)提升容器到達減速位置，第一限位開關(guān)9發(fā)出減速信號，同時由第一測速元件7和第二測速元件8通過主控PLC3和輔控PLC4也分別發(fā)出減速信號，實現(xiàn)提升位置控制的三線型式，通過主控PLC3綜合并向轉(zhuǎn)子調(diào)頻調(diào)壓裝置1發(fā)出減速信號，在減速過程，轉(zhuǎn)子調(diào)頻調(diào)壓裝置1輸出的頻率、電壓逐漸下降，由于提升機系統(tǒng)的大慣量的作用，電動機11處于超同步速即發(fā)電狀態(tài)運行，電能從電動機11經(jīng)轉(zhuǎn)子調(diào)頻調(diào)壓裝置1流向開關(guān)柜2并入電網(wǎng)，減速過程電動機11處于發(fā)電狀態(tài)， 轉(zhuǎn)子調(diào)頻調(diào)壓裝置1工作在II象限，減速之后進入低頻穩(wěn)速爬行階段，當(dāng)提升容器進入停車區(qū)間，第一測速元件7和第二測速元件8通過主控PLC3和輔控PLC4發(fā)出預(yù)停車信號，轉(zhuǎn)子調(diào)頻調(diào)壓裝置1輸出頻率進一步降低，同時，提升機12中液壓站及液壓制動器中的油壓降低到貼閘皮油壓，為停車做好準(zhǔn)備，當(dāng)提升容器到達實際停車位置時，第一限位開關(guān)9發(fā)出準(zhǔn)確停車信號，主控PLC3命令提升機12中液壓制動器停車抱間及轉(zhuǎn)子調(diào)頻調(diào)壓裝置1 停止運行，確保提升容器準(zhǔn)確停車，至此，礦井提升機完成一個正向提升的過程。反向提升過程亦然，加速及等速段，電動機11處于電動狀態(tài)，轉(zhuǎn)子調(diào)頻調(diào)壓裝置工作在III象限，減速階段，電動機11處于發(fā)電狀態(tài)，轉(zhuǎn)子調(diào)頻調(diào)壓裝置工作在IV象限。因此，本實用新型提出的交流礦井提升機轉(zhuǎn)子變頻系統(tǒng)具有四象限運行的功能，適合于礦井提升機運行的工況要求。在提升機重物下放或負(fù)力減速過程中，電動機U處于發(fā)電狀態(tài)，本實用新型提出的交流礦 井提升機轉(zhuǎn)子變頻系統(tǒng)能夠?qū)⑽荒芑騽菽苻D(zhuǎn)化成電能回饋到電網(wǎng)中去。
權(quán)利要求1.一種交流礦井提升機轉(zhuǎn)子變頻系統(tǒng)，其特征在于由電動機轉(zhuǎn)子繞組、轉(zhuǎn)子調(diào)頻調(diào)壓裝置(1)和開關(guān)柜( 組成轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速部分，轉(zhuǎn)子調(diào)頻調(diào)壓裝置(1)的輸入端接到開關(guān)柜⑵的輸出端，所述開關(guān)柜⑵的輸入端接到電網(wǎng)上；由主控PLC(3)和輔控PLC(4)組成過程控制部分；由操作臺、上位計算機和打印機(6)組成過程監(jiān)控部分，操作臺和上位計算機共同實現(xiàn)礦井提升機系統(tǒng)監(jiān)控的雙線型式；上位計算機中設(shè)有通訊網(wǎng)卡，通過網(wǎng)絡(luò)通訊的方式與因特網(wǎng)連接并實現(xiàn)對所述交流礦井提升機轉(zhuǎn)子變頻系統(tǒng)進行遠(yuǎn)程診斷及遠(yuǎn)程控制；由裝于提升機(1 主軸軸端的第一測速元件(7)、第二測速元件(8)和裝于井筒中的第一限位開關(guān)(9)或第二限位開關(guān)(10)組成深度速度檢測部分并為控制部分提供提升容器實時的深度和速度信號；所述第一測速元件(7)、第二測速元件(8)的信號分別連接到主控PLC(3)和輔控PLC(4)中形成雙線型式的控制；第一限位開關(guān)(9)、第二限位開關(guān)(10) 連接到主控PLC(3)中分別作為位置閉環(huán)控制的提升容器正向提升或反向提升的實際位置信號；第一測速元件(7)、第二測速元件(8)和第一限位開關(guān)(9)或第二限位開關(guān)(10)實現(xiàn)提升位置控制的三線型式；主控PLCC3)、輔控PLC(4)、操作臺、上位計算機和轉(zhuǎn)子調(diào)頻調(diào)壓裝置(1)之間通過網(wǎng)絡(luò)或點對點通訊方式進行數(shù)據(jù)交換；主控PLCC3)與提升機中受控及檢測元件通過電纜連接，主控PLC和輔控PLC共同實現(xiàn)礦井提升機系統(tǒng)控制的雙線型式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流礦井提升機轉(zhuǎn)子變頻系統(tǒng)，其特征是轉(zhuǎn)子調(diào)頻調(diào)壓裝置的額定輸入電壓是380V或660V或1140V或3KV或6KV或IOKV ；轉(zhuǎn)子調(diào)頻調(diào)壓裝置的輸出額定電壓與所控制的電動機轉(zhuǎn)子額定電壓相匹配，轉(zhuǎn)子調(diào)頻調(diào)壓裝置(1)的輸出端與電動機的轉(zhuǎn)子繞組相接，電動機的定子繞組在其出線端子處進行短接。
專利摘要本實用新型主要提出一種交流礦井提升機轉(zhuǎn)子變頻系統(tǒng)，由電動機轉(zhuǎn)子繞組、轉(zhuǎn)子調(diào)頻調(diào)壓裝置(1)和開關(guān)柜(2)組成轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速部分；主控PLC(3)和輔控PLC(4)組成過程控制部分；操作臺和上位計算機共同實現(xiàn)礦井提升機系統(tǒng)監(jiān)控的雙線型式；由裝于提升機主軸軸端的第一測速元件(7)、第二測速元件(8)和裝于井筒中的第一限位開關(guān)(9)或第二限位開關(guān)(10)組成深度速度檢測部分并實現(xiàn)提升位置控制的三線型式，主控PLC、輔控PLC、操作臺、上位計算機和轉(zhuǎn)子調(diào)頻調(diào)壓裝置之間通過網(wǎng)絡(luò)或點對點通訊方式進行數(shù)據(jù)交換；主控PLC與提升機(12)中受控及檢測元件通過電纜連接。本實用新型使得提升機運行更加平穩(wěn)和安全可靠，達到節(jié)能、提高運行性能和安全可靠性的目的。
文檔編號B66B17/28GK201976065SQ201020158409
公開日2011年9月14日 申請日期2010年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月14日
發(fā)明者鄭孝平 申請人:洛陽源創(chuàng)電氣有限公司