礦井提升機電力拖動係統
礦井提升機電力拖動係統
1、概述
礦井提升機是一種周期性運行的生產機械，在一個周期內速度、拖動力變化較大。這樣提升容器就有一個加速階段（或者初加速和加速階段）、等速階段、減速階段，循環末尾低速爬行階段、減速提升階段（為準確停車和補償行程誤差）。這就是給定的五階段或六階段速度圖，相應的拖動力也有五階段或六階段力圖。控製係統和拖動設備要求做到：1、提升機有良好的調速性能；2、有較強的過載能力；3、在各種提升方式下安全、可靠、經濟、準確地按照給定的五階段或六階段速度圖和力圖運行。
提升機的拖動力除克服係統靜阻力外，還要實現給定的加速度，在加速階段達到最大速度、等速階段實現穩定的最大速度、減速階段按給定的製動方式進行正力減速、製動減速或者自由滑行減速。
提升機電力拖動係統在我國應用的有交流拖動係統和直流拖動係統。
交流拖動係統的電阻調速和直流拖動係統的可控矽整流器-電動機（SCR-D）拖動係統在煤礦應用較多。
2、交流拖動係統
（1）電阻調速
在交流繞線型感應異步電動機轉子回路串接入電阻，在啟動過程用手動或者自動控製方式逐一切除電阻，以改變電動機繞組中的電流（逐漸增大，電機轉速與電流成正比），實現電動機加速以至達到最大速度。當拖動力矩與靜力矩方向相反，大小相等時，提升容器以最大速度運行；在接近井口前需要減速，則根據運動學和動力學原理，依次向電動機轉子回路再接入電阻以減小繞組中的電流，實現正力減速，也可自由滑行減速（以慣性克服靜阻力），或者電氣製動減速（現場應用較多）。
電氣製動減速是將電動機定子從交流回路斷開，另加入直流電源。當電動機切換到動力製動區域時，電動機變為發電機，將機械能變為電能消耗在轉子電阻上<速度反饋閉環係統>。
歸納起來，傳統的交流拖動控製方式是：“異步電動機＋轉子甩電阻加速＋高壓接觸器換向＋轉子加電阻（動力製動）或電氣製動減速＋繼電器控製”。
由於製動力矩隨速度的降低而減小，因此動力製動不能用於停車，需用低頻（2～4Hz）拖動,實現爬行和停車（改變低頻電源電壓，可以調節製動力矩。爬行速度一般為0.3～0.5m/s，爬行距離手動操作時為3～5m，自動操作時為2～3m，箕鬥進入和退出曲軌段速度不超過1.5m/s）。
目前低頻拖動使用較多的有交—交變頻低頻電源。
（2）可控矽串級調速
在繞線型異步電動機轉子回路串接電阻的調速方式要消耗大量能量，因此效率低。如果在轉子回路引入一個由可控矽逆變器（直流逆變為交流）產生的附加電勢，吸收定子傳輸到轉子的剩餘功率，就構成了電動機和可控矽變流裝置共同組成的串級調速係統。改變附加電勢的大小即可改變電動機的轉矩和轉速。
串級調速的原理：轉差電勢經矽整流器整流後加到三相有源逆變器上，將直流電壓逆變成三相交流電壓，再經過變壓器將轉差功率回饋給交流電網，從而提高了係統效率。逆變器產生的附加電勢，大小由改變可控矽逆變角控製，逆變角大時，電勢減小；反之逆變角小時，電勢升高。人為地均勻調節逆變角，電機就可均勻調速。
在減速階段需要製動時，可采用動力製動方式，將定子接入可調的直流電源上，把機械能經逆變器反饋給電網，不消耗在電阻上。改變逆變角的大小，均勻地調節製動電流和轉矩。
可控矽串級調速係統優點：效率高，調速平滑，爬行階段不需附加其它設備，控製性能好，經濟效益也好。缺點是感性負載大，功率因數低，裝置容量大的投資較高。
3、直流拖動係統
（1）F-D機組拖動
F—D機組拖動係統(直流發電機—直流電動機拖動係統）。同步機拖動直流發電機和勵磁機組成變流機組，勵磁機向發電機和電機勵磁繞組提供直流電源，直流發電機向提升電動機直接供電。
調節發電機的磁場強弱可改變供電電壓，從而改變電動機轉速；改變發電機磁場的極性，可轉換提升電動機的轉向。
F-D機組拖動係統，在減速和爬行階段不需加任何輔助裝置，操作方便。製動時減弱發電機磁場，使供電電壓低於電動機反電勢，主電路電流反向，電動機作再生發電製動運轉，電能變為機械能拖動同步機作發電機運轉，向交流電網饋電。
F-D係統的優點是具有良好的調速性能，機械特性較硬，轉速幾乎與負荷變化無關，容易實現自動化。係統的操作和調節都是在小容量的勵磁電路中進行的，所以控製設備容量小，調節平滑，操作方便；拖動發電機的交流同步機可以改善礦井的功率因數。缺點是係統中要增加幾台輔助電機，整個係統容量增大，初期投資及占地麵積相應增加，機組的運轉噪音大。
歸納起來，直流拖動的控製方式是“發電機—電動機機組＋繼電器控製”。
（2）可控矽整流器—電動機（SCR <Silicon Controlled Rectifier>—D）拖動（現場應用較多）.
用可控矽整流器代替直流發電機向電動機供電，替代笨重的旋轉變流機組，可節省資金、減少噪音，改善勞動條件。根據供電方式，可控矽直流調速係統有可控矽整流器供電調速係統（SCR-D）和可控矽勵磁調速係統。前者用可控矽整流器作為直流電源，直接向電動機供電；後者可控矽整流器是發電機勵磁繞組的電源，一般在大容量拖動係統中采用。
可控矽整流器供電係統中，電動機的電樞和磁場均由可控矽整流器供電，整流器的電壓通過脈衝電路產生的觸發脈衝來控製三相交流電導通的相位角，均勻調節付出電壓，電動機可實現無級調速。
可控矽供電係統的優點是動作快、維護工作量小、運轉效率比F—D機組高、體積小、重量輕。缺點是對電網無功衝擊大、功率因數低，產生的高次諧波會影響電網電壓波形，幹擾其他用電設備。在采用大功率可控矽器件時，應進行適當補償，限製高次諧波對電網的影響。
歸納起來，可控矽整流器供電（或可控矽勵磁）調速控製方式是“可控矽整流器供電—電動機＋模擬調節＋繼電器控製”。
4、交流同步電動機拖動
交流同步電動機采用晶閘管交—交變頻供電，計算機控製，可實現主井箕鬥提升自動化和副井罐籠提升半自動化。20世紀90年代以來，我國新建礦井從國外引進部分全數控提升機，運行效果良好。20世紀末我國已著手自行研製，取得了滿意效果，現在已有產品問世，應用於礦井提升。
