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矿井提升机变频调速的改造与实施方案的介绍

电子设计 2019-09-18 08:03 次阅读

一、概况

矿井提升机是煤矿,有色金属矿生产过程中的重要设备。提升机的安全、可靠运行,直接关系到企业的生产状况和经济效益。山西某煤矿井下采煤,采好的煤通过斜井用提升机将煤车拖到地面上来。这种拖动系统要求电机频繁的正、反转起动,减速制动,而且电机的转速一定规律变化。斜井提升机的机械结构示意如下图所示。斜井提升机的动力由绕线式电机提供,采用转子串电阻调速。

矿井提升机变频调速的改造与实施方案的介绍

目前,大多数中、小型矿井采用斜井绞车提升,传统斜井提升机普遍 采用交流绕线式电机串电阻调速系统,电阻的投切用继电器交流接触器控制。这种控制系统由于调速过程中交流接触器动作频繁,设备运行的时间较长,交流接触 器主触头易,引发设备故障。另外,提升机在减速和爬行阶段的速度控制性能较差,经常会造成停车位置不准确。提升机频繁的起动﹑调速和制动,在转子外电 路所串电阻的上产生相当大的功耗。这种交流绕线式电机串电阻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,节能较差;起动过程和调速换挡过程中电流冲击大;中高速运行震动大,安全性较差。

二、改造方案

为克服传统交流绕线式电机串电阻调速系统的缺点,采用变频调速技术改造提升机,可以实现全频率(0~50Hz)范围内的恒转矩控制。对再生能量的处理,可采用价格低廉的能耗制动方案或节能更加显著的回馈制动方案。为安全性考虑,液压机械制动需要保留,并在设计过程中对液压机械制动和变频器的制动加以整合。 矿井提升机变频调速方下如图所示:

矿井提升机变频调速的改造与实施方案的介绍

现场使用的是绕线式电动机,在用变频器驱动时需将转子三根引出线短接。

三、方案实施

斜井提升负载是典型的摩檫性负载,即恒转矩特性负载。重车上行时,电机的电磁转矩必须克服负载阻转矩,起动时还要克服一定的静摩檫力矩,电机处于电动工作状态,且工作于第一象限。在重车减速时,虽然重车在斜井面上有一向下的分力,但重车的减速时间较短,电机仍会处于再生状态,工作于第二象限。当另一列重车 上行时,电机处于反向电动状态,工作在第三象限和第四象限。另外有占总运行时间10%的时候单独运送工具或器材到井下时,电机纯粹处于第二或第四象限, 此时电机长时间处于再生发电状态,需要进行有效的制动。因此采用能耗制动单元加能耗电阻的制动方案。

提升机的负载特性为恒转矩位能负载,起动力矩较大,选用变频器时适当地留有余量。因此选用伟创高性能AC60-G系列变频器。由于提升机电机绝大部分时间都处于电动状态,仅在少数时间有再生能量产生,变频器接入一制动单元和制动电阻,就可以满足重车下行时的再生制动,实现平稳的下行。井口还有一个液压机械制动器,类似电磁抱闸, 此制动器用于重车静止时的制动,特别是重车停在斜井的斜坡上,必须有液压机械制动器制动。液压机械制动器受原控制系统和变频器共同控制,机械制动是否制动受变频器频率到达端口的控制,起动时当变频器的输出频率达到设定值,例如2Hz,变频器TA、TB、TC端口输出信号,表示电机转矩已足够大,打开液压机械 制动器,重车可上行;减速过程中,当变频器的频率下降到2Hz时,表示电机转矩已较小,液压机械制动器制动停车。紧急情况时,按下紧急停车按钮,变频器自由停机,液压机械制动器马上起作用,使提升机在尽量短的时间内停车。

提升机传统的操作方式为,操作工人坐在煤矿井口操作台前,手握操纵杆控制电机正﹑反转个三挡速度。为适应操作工人这种操作方式,变频器采用多段速度设置,FWD、REV设为正反转,X1、X2、X3设为低、中、高三挡速度。变频调速原理图如下图所示。

矿井提升机变频调速的改造与实施方案的介绍

变频器的设置如下:E-01:1;E-02:0;E-13:40;E-14:40;E-18:6;E-23:100;E-28:2.00;E- 33:2.00;F-01:5;F-02:6;F-03:7;F-09:10.0;F-10:30.0;F-12:50.0;其它按现场要求设置。以上设置请参见AC60系列说明书。

四、提升机工作过程

提升机经过变频调速改造后,系统的工作过程变化不大。操纵杆控制电机正转三挡速度和反转三段速度。不管电机正转还是反转,都是从矿井中将煤拖到地面上来,电机工作在正转和反转电动状态,只有在满载拖车快接近井口时,需要减速并制动,提升机工作时序图如图4所示。

矿井提升机变频调速的改造与实施方案的介绍

提升机无论正转、反转其工作过程是相同的,都有起动、加速、中速运行、稳定运行、减速、低速运行、制动停车等七个阶段。每提升一次运行的时间,与 系统的运行速度,加速度及斜井的深度有关,各段加速度的大小,根据工艺情况确定,运行的时间由操作工人根据现场的状况自定。图中各个阶段的工作情况说明如 下:

(1)第一阶段0~t1:串车车厢在井底工作面装满煤后,发一个联络信号给井口提升机操作工人,操作工人在回复一个信号到井底,然后开机提升。重车从井底开始上行,空车同时在井口车场位置开始下行。

(2)第二阶段 t1~t2:重车起动后,加速到变频器的频率为f2速度运行,中速运行的时间较短,只是一过渡段,加速时间内设备如果没有问题,立即再加速到正常运行速度。

(3)第三阶段 t2~t3:再加速段。

(4)第四阶段 t3~t4:重车以变频器频率为f3的最大速度稳定运行,一般,这段过程最长。

(5)第五阶段 t4~t5:操作工人看到重车快到井口时立即减速,如减速时间设置较短时,变频器制动单元和制动电阻起作用,不致因减速过快跳闸。

(6)第六阶段 t5~t6:重车减速到低速以变频器频率为f1速度低速爬行,便于在规定的位置停车。

(7)第七阶段 t6~t7:快到停车位置时,变频器立即停车,重车减速到零,操作工人发一个联络信号到井下,整个提升过程结束。

以上为人工操作程序,也可按操作台自动操作程序工作。

图中加速和减速段的时间均在变频器上设置。

五、结语

绕线式电机转子串电阻调速,电阻上消耗大量的转差功率,速度越低,消耗的转差功率越大。使用变频调速,是一种不耗能的高效的调速方式。提升机绝大部分时间 都处在电动状态,节能十分显著,经测算节能30%以上、取得了很好的经济效益。另外,提升机变频调速后,系统运行的稳定性和安全性得到大大的提高,减少了运行故障和停工检修工时,节省了人力和物力,提高了运煤能力,间接的经济效益也很可观。


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LV8139JA 正弦波PWM驱动 预驱动IC 用于无刷电机驱动

JA是一款专为三相无刷电机设计的PWM系统预驱动器IC。该IC采用高效正弦波PWM驱动方式,可降低电机驱动噪声。它集成了全套保护电路,通过与STK611或STK5C4系列中的混合IC相结合,可以减少所使用的元件数量,并实现高水平的可靠性。此外,其省电模式使待机模式下的功耗降至零。该IC最适合驱动各种大型电机,例如空调和热水器中使用的电机。 特性 三相双极驱动器 正弦波PWM驱动器 驱动相位设置功能(设置0-58°32步:有一个对应CTL引脚输入的调整功能) 支持省电模式(CTL引脚电压为0.95V(典型值)或更低时的省电模式; ICC = 0mA,HB引脚关闭) 支持bootstrap 自动恢复类型约束保护电路 正向/反向开关电路,霍尔偏置引脚 限流电路,低压保护电路和热关断保护电路t FG1和FG3输出(360度电角度/ 1脉冲和3个脉冲) 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 23:02 9次 阅读
LV8139JA 正弦波PWM驱动 预驱动IC 用于无刷电机驱动

LV8104V 电机预驱动器 无刷 三相

V是一款预驱动器IC,专为三相无刷电机的变速控制而设计。其集成电荷泵满足上下N沟道栅极驱动要求。通过使用直接PWM驱动和同步整流实现高效率操作。 特性 用于产生上侧栅极驱动电压的集成电荷泵 速度鉴别器和PLL速度控制系统 使用同步整流的高效率 5.0 V稳压器输出 应用 终端产品 计算&外围设备 多功能打印机 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 23:02 4次 阅读
LV8104V 电机预驱动器 无刷 三相

LV8105W 用于变速控制的三相无刷电机预驱动器

W是一款预驱动IC,专为三相无刷电机的变速控制而设计。它可用于使用内置电荷泵电路实现高端和低端输出N沟道功率FET驱动电路。通过使用低噪声PWM驱动和同步整流系统可实现高效驱动。 特性 速度鉴别器和PLL速度控制系统 集成VCO 速度锁定检测输出 霍尔偏置开关 制动电路 集成电流限制和锁定保护电路 应用 终端产品 计算与计算外围设备 多功能打印机 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 23:02 6次 阅读
LV8105W 用于变速控制的三相无刷电机预驱动器

NCV7726 12通道半桥驱动器

6是一款12通道半桥驱动器,具有专为汽车和工业运动控制应用而设计的保护功能。该产品具有独立的控制和诊断功能,驱动器可在正向,反向,制动和高阻状态下运行。该器件通过16位SPI接口控制,并且与菊花链兼容。 特性 低静态电流休眠模式 半桥连接高端&低侧驱动器配置 集成高低侧续流保护 0.5 A峰值电流 RDS(on)=0.85Ω(典型值) 5 MHz SPI控制 符合5 V和3.3 V系统 欠压&过压锁定 全局故障报告 过流保护 过温保护 低侧欠载检测 菊花链兼容多个8位器件 16位帧检测 应用 汽车 工业 暖通空调应用的直流电机管理 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 22:02 45次 阅读
NCV7726 12通道半桥驱动器

NCV7726B 12通道半桥驱动器

6B是一款12通道半桥驱动器,具有专为汽车和工业运动控制应用而设计的保护功能。该产品具有独立的控制和诊断功能,驱动器可在正向,反向,制动和高阻状态下运行。该器件通过16位SPI接口控制,并且与菊花链兼容。 特性 低静态电流休眠模式 半桥连接高端&低侧驱动器配置 集成高低侧续流保护 0.5 A峰值电流 RDS(on)=0.85Ω(典型值) 5 MHz SPI控制 符合5 V和3.3 V系统 欠压&过压锁定 每通道故障报告 过流保护 过温保护 高侧和低侧欠载检测 菊花链兼容多个8位器件 16位帧检测 应用 汽车 工业 暖通空调应用的直流电机管理 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 22:02 40次 阅读
NCV7726B 12通道半桥驱动器

NCP3233 降压转换器工作电压范围为3V至21V 最高可达20A

3是一款20A降压转换器(内置MOSFET),工作电压范围为3V至21V,无需外部偏置。该固定式变频器具有高效率,可调节输出以提供低至0.6V的电压。可调电流限制允许器件用于多个电流水平。该器件采用耐热增强型6mm x 6mm QFN封装,高效电压模式同步降压转换器,工作电压为3 V至21 V,输出电压低至0.6 V,最高25 A DC负载或30 A瞬时负载。 特性 优势 宽输入电压范围为3V至21V 允许同一器件用于3.3V,5V和12V母线 300kHz,500kHz和1MHz开关频率 用户可选择的选项,允许在效率和解决方案尺寸之间进行优化权衡 无损耗低侧FET电流检测 提高效率 0.6V内部参考电压 低压输出以适应低压核心 外部可编程软启动 降低浪涌电流并防止启动时出现无根据的过电流 预偏置启动 防止反向电流流动 所有故障的打嗝模式操作 如果故障情况消除,则允许重新启动 可调输出电压 灵活性 可调节电流限制 优化过流条件。允许较低饱和电流的较小电感器用于较低电流应用 输出过压保护和欠压电压保护 应用 终端产品 高电流POL应用 AS...
发表于 07-30 04:02 46次 阅读
NCP3233 降压转换器工作电压范围为3V至21V 最高可达20A

AEDR-8500-100 3通道反射增量光学编码器

AEDR-850x编码器是世界上最小的 3通道光学编码器,带有数字输出,采用反射技术进行运动控制。编码器设计工作在-20°以上; C至85度C温度范围因此适用于商业和工业终端应用。 这个 3通道光学编码器在单个封装中装有LED光源和光电检测电路。 3.95 mm(长)x 3.4 mm(宽)x 0.9562 mm(H)的小尺寸使其可用于存在尺寸和空间限制的各种微型商业应用中。 AEDR-850x系列编码器提供双通道正交数字输出和第三通道索引数字输出。由于TTL兼容,AEDR-850X 3通道光学编码器的输出可以直接与大多数信号处理电路连接。因此,编码器提供了极大的设计灵活性,并且易于集成到现有系统中。   功能 功能 世界上最小的3通道反射技术编码器。 表面贴装无引脚封装3.95 mm(长)x 3.4 mm(宽)x 0.9562 mm(高) 3渠道;用于方向感应的双通道正交数字输出和用于方向数字输出的第三通道。 内置插补器,通过外部引脚分配可选1x,2x和4x因子 兼容TTL 单5V电源 -20° C至85度C绝对工作温度 编码分辨率:294至304(线/英寸) 指数选通,门控90º e AEDR-8500-100的订购数量为1,000件。 应用 闭环步进器电机 微型电机 打印机 复印机 读卡器 扫...
发表于 07-04 12:16 19次 阅读
AEDR-8500-100 3通道反射增量光学编码器

AEDR-8502-100 3通道反射增量光学编码器

AEDR-850x编码器是世界上最小的 3通道光学编码器,其数字输出采用反射技术用于运动控制。编码器设计工作在-20°以上; C至85度C温度范围因此适用于商业和工业终端应用。 这个 3通道光学编码器在单个封装中装有LED光源和光电检测电路。 3.95 mm(长)x 3.4 mm(宽)x 0.9562 mm(H)的小尺寸使其可用于存在尺寸和空间限制的各种微型商业应用中。 AEDR-850x系列编码器提供双通道正交数字输出和第三通道索引数字输出。由于TTL兼容,AEDR-850X 3通道光学编码器的输出可以直接与大多数信号处理电路连接。因此,编码器具有出色的设计灵活性,可轻松集成到现有系统中。 功能 功能 世界上最小的3通道反射技术编码器。 表面贴装无引脚封装3.95 mm(长)x 3.4 mm(宽)x 0.9562 mm(高) 3通道;用于方向感应的双通道正交数字输出和第三通道,索引数字输出。 内置插补器,通过外部引脚分配可选1x,2x和4x因子 兼容TTL 单5V电源 -20° C至85度C绝对工作温度 编码分辨率:294至304(线/英寸) 指数门控,门控  360º e  AEDR-8502-100的订购数量为1,000件。 应用 闭环步进电机 微型电机 打印机 复印机 读卡器 扫描仪 投...
发表于 07-04 12:15 18次 阅读
AEDR-8502-100 3通道反射增量光学编码器

AEDR-8320-1Q0 反射模拟编码器

AEDR-8320系列是采用反射技术进行运动控制的最小光学编码器之一。编码器将发射器和检测器组合在一个表面贴装无引线封装中。当与编码轮或线性编码条一起使用时,编码器将旋转或线性运动转换为模拟输出。 AEDR-8320系列提供运动传感,是大批量应用的理想选择。它的小尺寸和表面贴装封装使其成为打印机,复印机,读卡器和许多消费产品的理想选择,特别是在空间和重量受设计限制的情况下。 另外,AEDR-8320提供模拟输出,可以进行插值以获得更高的分辨率,从而满足不同应用的不同分辨率需求。特性 反光技术 表面贴装小外形无引线封装 用于方向感测的双通道模拟输出  单5.0V电源 -40º C至85º C绝对工作温度 分辨率:7.09行/ mm(180行/英寸) 应用程序 电机 已安装的编码器 XY表 Pick&放置机器 安全摄像机 打印机 复印机 CD / DVD刻录机 读卡器...
发表于 07-04 12:15 20次 阅读
AEDR-8320-1Q0 反射模拟编码器

HEDR-5900-00001 HEDR-54xx系列定心工具

HEDR-54xx系列编码器的定心工具。它将底板与电机轴对齐。 应用 背光按钮/开关
发表于 07-04 11:33 18次 阅读
HEDR-5900-00001 HEDR-54xx系列定心工具

AEAT-84AD-LBSF0 高温多圈绝对编码器模块,14位

AEAT-84AD提供光电机械单元的所有功能,以便通过单圈绝对值编码器实现绝对多圈编码器,组合容量最高可达30扩展温度下的位。 该单元由一个IR-LED电路板,一个光电晶体管(PT)电路板和布置在PCB之间的6或7个齿轮组成。 功能 16384(14bits)转数版 光学,绝对多圈装配,最大值。直径55毫米,典型高度12.2毫米。 工作温度-40C至125C 机械联轴器采用14齿齿轮小齿轮,模块为0.3 运行速度高达12,000 rpm 用于电源和信号的2x4极引脚条 应用 机器人 li> 机床 半导体机械 汽车(用于装配和焊接的车身设备机器人电池)...
发表于 07-04 11:19 30次 阅读
AEAT-84AD-LBSF0 高温多圈绝对编码器模块,14位

AEAT-84AD-LBSC0 高温多圈绝对编码器模块,12位

Broadcom的AEAT-84AD通过提供多圈功能增强了AEAS-7000单圈模块的功能,并且无需对齐(通过其即插即用功能)。值得注意的是,它能够在高达125℃的温度下运行,使应用程序在更恶劣的操作环境中使用。 Broadcom的AEAT-84AD是一个附加模块,可为AEAS-7000增加电机轴转数计数能力,AEAS-7000是业界最小的高端产品。速度,即插即用的绝对编码器。 AEAS-7000绝对编码器和AEAT-84AD轴转数计数模块的组合采用模块化方法,与其他方法相比,可将组装步骤数减少到4个这需要多达8个步骤。编码器组合还可将所需组件数量从大约120个减少到4个,从而降低了库存,制造和采购成本。因此,客户的供应链正在简化!此外,它还通过业界首创的即插即用功能消除了对多个校准调整的需求,从而缩短了制造商的设计周期。 绝对编码器用于需要有关组件位置信息的机器之前发生任何动作。 AEAS-7000 / AEAT-84AD的位置分辨率范围为12位至16位,结合12位或14位旋转计数分辨率。 功能 4096(12bits)转数版 光学,绝对多圈装配,最大值直径55 mm,典型高度12.2 mm。 工作温度-40C至125C 通过14齿齿轮小齿轮机械联轴器,模块为0.3 工作速度高达12...
发表于 07-04 11:14 22次 阅读
AEAT-84AD-LBSC0 高温多圈绝对编码器模块,12位

HFBR-3810MSZ 光纤链路用于DC至10Mbaud

Broadcom’光纤(FO)短链路是一种经济高效的半导体产品,可在单个PCB上提供12 kV瞬态电流隔离。 FO Short Link基于650 nm光纤技术,适用于逆变器/驱动器,电力电子或医疗设备等应用。 FO Short Link产品提供爬电距离和间隙距离,最小值为18.1 mm。此外,HFBR-3810MSZ器件提供金属屏蔽选项,可提供更高的EMI和ESD抗扰度。 特性 金属屏蔽选项,可提供更高的EMI和ESD抗扰度 信号速率为DC至10MBaud的数据传输 具有CMOS / TTL输出的直流耦合接收器,易于设计;无需数据编码或数字化电路 高抗噪性 符合IEC 60664-1的瞬态电压抑制高达12kV 激光等级1,根据IEC-60825:修订2001 符合RoHS标准 应用 变频器/驱动器 电力电子 医疗/ X光设备 电隔离...
发表于 07-04 11:13 34次 阅读
HFBR-3810MSZ 光纤链路用于DC至10Mbaud

HFBR-3810Z 光纤链路用于DC至10Mbaud

Broadcom’光纤(FO)短链路是一种经济高效的半导体产品,可在单个PCB上提供12 kV瞬态电流隔离。 FO Short Link基于650 nm光纤技术,适用于逆变器/驱动器,电力电子或医疗设备等应用。 HFBR-3810Z和HFBR-3810MSZ器件提供爬电距离和间隙距离,最小值为18.1 mm。 功能 信号速率为DC至10MBaud的数据传输 具有CMOS / TTL输出的直流耦合接收器,易于设计;无需数据编码或数字化电路 高抗噪性 符合IEC 60664-1的瞬态电压抑制高达12kV 激光等级1,根据IEC-60825:修订2001 符合RoHS标准 应用 变频器/驱动器 电力电子 医疗/ X光设备 电隔离...
发表于 07-04 11:10 36次 阅读
HFBR-3810Z 光纤链路用于DC至10Mbaud

BCM81724 400GbE倒档变速箱

Broadcom® BCM81724是单芯片8倍; 56  Gb / s到16× 25 Gb / s NRZ倒档变速箱,8次; 56 Gb / s PAM-4直通模式PHY。它支持PAM-4和NRZ数据格式。它支持Retimer,Forward和Reverse Gearbox模式。它还支持1G,10G,25G,40G,50G,100G,200G和400G线卡应用。 片上时钟合成由低成本的156.25 MHz参考时钟执行高频,低抖动锁相环(PLL)。 BCM81724采用先进的低功耗16纳米CMOS技术制造,可提供19毫米和更短的时间; 19毫米,0.8毫米间距,484球BGA,符合RoHS标准的封装。 特性 主机端接口:30 dB 线路侧接口: 30  dB 芯片到模块(C2M)兼容 正向和反向变速箱模式和重定时器模式 支持前向纠错(FEC) 支持400G-CR8模式 线路侧接收器集成交流耦合电容 PAM-4和NRZ的多标准和线速支持 连续自适应均衡器 线路和系统侧环回 PRBS发电机/错误检查器 线路侧每个通道的眼睛监控,通过MDIO访问 单个低成本REFCLK输入 恢复时钟输出 支持SGMII传递 与Broadcom ASIC和商用交换机芯片互操作 低功耗16纳米CMOS设计 19 毫米与时间; 19毫米BGA,0.8毫米球...
发表于 07-04 10:24 59次 阅读
BCM81724 400GbE倒档变速箱

HEDS-5645#H12 快速装配二和三通道光学编码器

HEDS-5500/5540,HEDS-5600/5640和HEDM-5500/5600是高性能,低成本,双通道和三通道光学增量编码器。这些编码器强调高可靠性,高分辨率和易于组装。 每个编码器都包含一个带透镜的LED​​光源,一个带探测器和输出电路的集成电路,以及一个在发射器和探测器IC之间旋转的码盘。 HEDS-5500/5600和HEDM-5500/5600的输出是两个正交的方波。除了两个通道正交之外,HEDS-5540和5640还具有第三通道索引输出。该指数输出为90度电高度,真正的指数脉冲,在码盘每旋转一圈时产生一次。 HEDS系列采用金属码轮,而HEDM系列采用胶片码盘,可实现分辨率到1024 CPR。 HEDM系列没有第三个通道索引。 这些编码器可以快速,轻松地安装到电机上。对于直径较大的电机,HEDM-5600和HEDS-5600/5640具有外部安装耳。 正交信号和索引脉冲通过位于0.1英寸中心的五个0.025英寸方形引脚进行访问。 / p> 目前可提供每转96到1024个计数的标准分辨率。有关其他分辨率,请咨询当地的Agilent Technologies销售代表。 功能 带有可选索引脉冲的双通道正交输出快速简便的装配无需信号调整外部安装耳可用低成本分辨率每转最多1024个计数小尺寸 -40°...
发表于 07-04 09:59 38次 阅读
HEDS-5645#H12 快速装配二和三通道光学编码器
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