毕业设计（论文）绞车变频装置监控系统设计

1、 毕业设计（论文）摘 要绞车变频装置采用变频调速实现了软启动、软停车,减少了机械冲击,使运行更加平稳可靠。运行速度曲线成S形,低速启动力矩可达200%,使加减速平滑、无撞击感。安全保护功能齐全,除一般的过压、欠压、过载、短路、温升等保护外,还设有连锁保护、自动限速保护功能,还有回馈制动及直流抱闸制动等多种选择制动方式,使安全性更加可靠。关键词：绞车负力回馈四象限运行直接转矩DTC控制不控整流电路的调制AbstractWinch Frequency converter inverter device used to achieve a soft start, soft stop, reduce the mechanical impact, so that a more stable and reliable operation. Speed into a S-shaped curve, speed up to 200% starting torque, smooth acceleration and deceleration so that, no sense of impact. Se

2、curity functions, in addition to the general over-voltage, under voltage, overload, short circuit, temperature rise, such as protection, but also has a chain protection, automatic limit protection, as well as feedback and DC brake brake brake A wide range of choices, such as braking, so as to enable a more reliable security.Keywords：Winch negative force feedback Four-quadrant operation DTC direct torque control Non-controlled rectifier circuit modulation II目 录摘 要IABSTRACTI目 录II1绪论11.1绞车变频装置监控系统简

3、介12 绞车变频装置监控系统22.1 变频调速的优点22.2 变频调速原理32.3变频器的结构和故障判断简介62.4 系统采用的变频调速装置简介142.5 变频调速装置接口设计213 总 结24参考文献25英文科技文献28文献中文翻译341绪论1.1绞车变频装置监控系统简介 煤矿绞车变频装置监控系统的发展趋势，主要是向多媒体化方向发展。具体表现在以下几方面：（1）智能化自检功能，系统故障自检功能向智能化发展，具有对故障的智能分析、判断功能，改变系统自检功能单一、简单的情况，做到系统常见的软件和硬件故障都能通过自检功能进行判断，从而缩短故障处理时间，更好地保障矿井运输安全生产。（2）兼容性，现有厂家的监控系统几乎都采用各自专用装置，互不兼容。有些矿井为了安全生产的需要，在系统存在严重问题和得不到技术服务的条件下，不得不放弃该系统。因此，制定统一的专业技术标准，对促进绞车变频装置监控技术发展和系统的推广应用具有十分重要的意义。（3）实现变频装置监控信息网络化，根据监控系统网络化管理的需要，监控系统的实时监控信息将被网络共享，系统应用软件按统一的格式向外提供监测数据，每一台在网络远程终端都可

4、以共享监控信息，为决策和管理层提供决策依据。（4）提高变频器技术水准。变频器的精度、可靠性等质量不断提高。12 绞车变频装置监控系统系统采用变频装置进行调速，同时该系统还具有启动、停止（变频器和油泵电机）、急停（紧急切断变频器和油泵电源）、复位（恢复变频器软故障）、合闸（启动主接触器，变频器得电）、分闸（断开主接触器，变频器失电）、信号（发至下口工作人员）以及提升、下放等信号的控制及显示功能；具有电源电压、运行速度、运行频率、深度指示、电机电流、温度、时间等参数以及电源、允许、运行、故障等信号的显示功能。2.1 变频调速的优点三相异步电动机变频调速技术以其高效,节能,调速范围广,速度稳定性好,可实现软起动,控制功能齐全,具有完善的保护功能,直观的数字显示,操作简单、使用方便、维修量小等优点,在煤矿生产中得到越来越多地应用。矿用提升绞车目前大多采用绕线电机串电阻器调速,该调速方法是有级的,且启动力矩大、速度不均匀、噪声大、耗能多、成本高;而采用鼠笼电机变频调速是无级调速,且无噪声,可节电50%,绞车启动、停止、加速和正反转等控制功能均由变频器完成,控制信号直接进入变频器,频率范围为550

5、Hz。交变频器在煤矿井下得到应用,其优点: 一是节能增效； 二是高精度转矩控制； 三是净化环境；四是保证了安全生产。采用变频调速技术,在提升减速及下降过程中,如电动机转速超过同步转速而进入了发电状态,变频器会自动进行能耗制动。在工作过程中,电路中的开关及接触器一直处于闭合状态,变频器处于工作状态,可频繁启动。在下降过程中,改变变频器的输出频率,即改变同步转速,下降速度随之改变。在接到停机信号时,变频器给电机提供一直流电流,通过直流制动实现准确定位。2.2 变频调速原理1. 速度调节 (频率连续可调)n160f1/，n=n1(1-)=60f1(1-)/p式中f1定子供电频率,Hz；电动机磁极对数；转差率,%；电动机转速, r/min；n1电动机同步转速, r/min。由上式可知，只要能连续改变供电频率f1 ，就可以做到平滑地改变电动机的转速。变频调速器的频率设定范围除了可以连续调节外，还有以下几种特殊的调节方式:第一频率第二频率第三频率第四频率t / s f / Hz图1 递减频率设定图（1） 根据外设控制接点的切换控制变频器进行14种人为设定的频率运行,如图1所示。(2) 可以根据需要

6、通过外设控制接点,配合频率的设定进行变频器的脉动输出控制,如图2所示。图2 脉动频率设定图t / s f / Hz脉动频率(3) 根据应用对象的不同,设定不同的始动频率。当低于始动频率时,装置自动停止,始动频率的调整范围在0.550Hz之间,以0.1Hz分档设定。为了防止误操作引起的频率过高或过低,以致影响设备的正常运转,该装置可进行频率上限及下限的限幅设定,如图3所示。图3 输出频率上下限设定图t / s f / Hz下限频率上限频率2. 转矩补偿为了保证在调速过程中电动机产生的最大转矩基本不变,甚至在频率很低时也能保证有较大的转矩,该变频器设置了“转矩补偿”功能,从而保证在低速时,电动机仍能有较大的输出转矩。为适应不同需要,还设定了25条补偿曲线,可通过手动或自动方式进行补偿。3. 制动转矩及制动时间可调当减速到设定的始动频率以下时,可根据提升装置的转动惯量调整7种不同的制动力矩。制动时间在1200范围内连续可调。4. 加、减速时间设定分别进行第一加速、第二加速、第一减速、第二减速时间的设定,设定范围从0.19999s,如图4所示。图4 第一、第二加减速时间设定图t1加t2加t2减

7、t1减t / s f / Hz使用变频器调速,可以实现高度智慧化,具有调速范围广、控制精度高、节电等优点;从启动、加速、等速到减速、爬行全过程的速度变化平稳可调;也可以根据需要另行设定,使其按一定的速度要求和时间要求实现控制过程的自动化。而且操作简便,维护方便,占有空间小,免去大量接触器、继电器及其它元器件、易损件,使维护工作量大大减少,增加了可靠性。此外,变频调速装置的故障率低,安装周期短,还可以消除原系统运行中对设备的冲击,延长设备使用寿命,减少维修费用,增加整机的安全可靠性;可以减少供电变压器的容量,减少对局部电网的冲击,保证供电质量,为保证煤矿的安全生产创造了条件。2.3变频器的结构和故障判断简介变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备。其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。 1. 整流器 ，它与单相或三相交流电源相连接，产生脉

8、动的直流电压。2. 中间电路，有以下三种作用： a. 使脉动的直流电压变得稳定或平滑，供逆变器使用。 b. 通过开关电源为各个控制线路供电。 c. 可以配置滤波或制动装置以提高变频器性能。 3. 逆变器 ，将固定的直流电压变换成可变电压和频率的交流电压。 4. 控制电路 ，它将信号传送给整流器、中间电路和逆变器，同时它也接收来自这些部分的信号。其主要组成部分是：输出驱动电路、操作控制电路。主要功能是： a. 利用信号来开关逆变器的半导体器件。 b. 提供操作变频器的各种控制信号。 c. 监视变频器的工作状态，提供保护功能。 在现场对变频器以及周边控制装置的进行操作的人员，如果对一些常见的故障情况能作出判断和处理，就能大大提高工作效率，并且避免一些不必要的损失。为此，我们总结了一些变频器的基本故障，供大家作参考。以下检测过程无需打开变频器机壳，仅仅在外部对一些常见现象进行检测和判断。1 上电跳闸或变频器主电源接线端子部分出现火花。检测办法和判断 ：断开电源线，检查变频器输入端子是否短路，检查变频器中间电路直流侧端子P、N是否短路。可能原因是整流器损坏或中间电路短路。 2 上电无显示检测办

9、法和判断 ：断开电源线，检查电源是否是否有缺相或断路情况，如果电源正常则再次上电后则检查检查变频器中间电路直流侧端子P、N是否有电压，如果上述检查正常则判断变频器内部开关电源损坏。 3 开机运行无输出（电动机不启动） 检测办法和判断 ：断开输出电机线，再次开机后观察变频器面板显示的输入频率，同时测量交流输出端子。可能原因是变频器启动参数设置或运行端子接线错误、也可能是逆变部分损坏或电动机没有正确链接到变频器。 4 运行时“过电压”保护，变频器停止输出 检测办法和判断 ：检查电网电压是否过高，或者是电机负载惯性太大并且加减速时间太短导致的制动问题，请参考第8条。 5 运行时“过电流”保护，变频器停止输出 检测办法和判断 ：电机堵转或负载过大。可以检查负载情况或适当调整变频器参数。如无法奏效则说明逆变器部分出现老化或损坏。 6 运行时“过热”保护，变频器停止输出 检测办法和判断 ：视各品牌型号的变频器配置不同，可能是环境温度过高超过了变频器允许限额，检查散热风机是否运转或是电动机过热导致保护关闭。 7 运行时“接地”保护，变频器停止输出 检测办法和判断 ：参考操作手册，检查变频器及电机是否可靠接地，或者测量电机的绝缘度是否正常。 8 制动问题（过电压保护） 检测办法和判断 ：如果电机负载确实过大并需要在短时间内停车，则需购买带有制动单元的变频器并配置相当功率的制动电阻。如果已经配置了制动功能，则可能是制动电阻损坏或制动单元检测失效。 9 变频器内部发出腐臭般的异味 检测办法和判

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