專利名稱：提升機轉子雙饋變頻電控系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及煤礦提升機，具體涉及一種提升機電控系統。
背景技術：
礦井提升機是礦山企業的大型機電設備之一，它擔負著礦物的提升、人員的上下、 材料和設備的運送等任務，是礦井的“咽喉要道”，在實際生產的全過程中占據著非常關鍵的作用。目前，我國大多數礦井采用的斜井絞車提升機控制系統普遍采用的控制方式為 異步電機+轉子串電阻加速+高壓接觸器換向+動力制動(或低頻拖動)減速。其中最典型的是TKD系列產品。這種方式結構及控制方式均簡單，可在一定程度上滿足提升系統的運行要求。但其存在的突出問題卻不容忽視電機轉差功率全部消耗于轉子電阻回路中，而提升機有較長時間運行在重載加速、減速的工況下，此時轉差功率非常大，這就造成了巨大的能源浪費；系統調速模式為有級調速，切換沖擊電流大，運行平穩性差，安全性低；系統發熱嚴重，工作環境惡劣；系統占地面積大，設備維護量大。
發明內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種安全可靠、維護簡單、節能效果明顯的提升機轉子雙饋變頻電控系統。解決以上問題，本實用新型所述的一種提升機轉子雙饋變頻電控系統，包括交流繞線電機、交直交主回路和PLC網絡控制系統，所述的交直交主回路是一個雙三電平PWM 變換器，該雙三電平PWM變換器的一端為整流變壓器，另一端為逆變器，整流變壓器連接電源，逆變器連接電機轉子。本實用新型是一種雙饋轉子變頻調速系統，主回路設計上，本實用新型采用“背靠背”二級管鉗位雙三電平拓撲結構。電網電壓定向，直接電流控制。采用優化三電平SVPWM 算法，在簡化運算量的同時很好地進行了了中點電位控制，在網側單位功率因數的同時電流波形正弦，并成功實現了 PWM整流器的四象限運行。其中，三電平PWM變換器的有源前端采用D/D0作為整流變壓器；逆變器側直接接至電機轉子。在轉子變頻矢量調速裝置的控制下，驅動提升機。二極管鉗位三電平結構功率器件的電壓等級僅為兩電平的一半，大大減輕了 du/dt，降低了功率器件和電機絕緣承受的電壓應力，減小了變頻器系統的EMI，是兩電平開關頻率的一半，減小系統的開關損耗。同時背靠背拓撲利于功率系統結構化設計，利于維護，使系統可靠性大大增強。在控制方式上，通過高性能矢量控制算法，將功率變換裝置和電機作為整體考慮，實現高性能調速的前提下，對網側功率因數、網側諧波、電機定子側、 網側功率因數等系統關鍵指標進行調控，滿足系統運行在較低的開關頻率、較小的進線電抗實現能量雙向流動、單位功率因數以及正弦的網側電流，使變頻器對電網無污染，做到真的“綠色變頻”。與現有技術相比，該系統使不經濟的工況運行轉變為最佳的工況運行，控制精確、簡潔，節能十分可觀，同時也提高了系統的可靠性，具體特點如下(1) 一次提升循環時間縮短，由原來的MOs縮短為230s，每勾節省時間約IOs ；(2)由于調速方式改為轉子變頻調速，設備運行平穩，實現速度連續可調，電機溫度比老系統使用時有所降低且對系統機械沖擊小；(3)新系統在電網接入點電流正弦，能量方便地實現了雙向流動，系統在整個工況中都運行在單位功率因數下，完全消除了無功沖擊；(4)系統具有明顯的節電效果，與老系統相比，節電19.4%，考慮到原系引起的無功沖擊引起的變壓器損耗和線路損耗，實際系統節電超過20%。(5)運轉安全可靠，保護齊全、動作靈敏，故障判斷準確，故障率低等特點。(6)絞車操縱簡化。系統能自動地按設計的提升速度圖控制提升速度，降低提升機的操縱難度；減速時電力制動自動減速，提升機司機無需再用施間手段控制提升機減速，避免超速、過卷的發生，杜絕人工操作等原因造成的失誤。
圖1為本實用新型雙三電平PWM變換器的電路原理圖。圖2為PLC安全保護回路的原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步說明。本實用新型所述的一種提升機轉子雙饋變頻電控系統，包括交流繞線電機、交直交主回路和PLC網絡控制系統，所述的交直交主回路是一個雙三電平PWM變換器，該雙三電平PWM變換器的一端為整流變壓器，另一端為逆變器，整流變壓器連接電源，逆變器連接電機轉子。在轉子變頻矢量調速裝置的控制下，驅動提升機。全控雙饋系統功率變換單元均由全控器件組成的三電平變換器構成。本系統在繞線電機轉子側引入全控功率變換單元，通過控制轉差功率進行調速，包括CUl全控逆變單元和⑶2全控整流單元，其中OTl全控逆變單元用于提供與轉子電勢同頻率的變壓變頻電源，CU2全控整流單元在提供穩定直流電壓的同時，可對網側功率因數和諧波進行調節和補償，使系統對電網達到無污染。當轉子饋出能量時，CUl全控逆變單元工作在全控整流狀態，CU2全控整流單元工作在變壓變頻的逆變狀態；當轉子饋入能量時，兩個變換器的工作狀態與上述相反。為滿足提升機高可靠性、高安全性要求，所述的PLC網絡控制系統是雙PLC網絡控制系統，包括PLC提升行程控制單元和PLC安全保護回路。建立以網絡為連接紐帶的雙PLC 冗余控制系統，用于完成提升機行程控制、邏輯操作和故障保護、液壓制動控制以及裝卸載自動控制等。所有PLC均通過MPI和PR0FIBUS雙網連接，從而保證了重要數據的同一性， 每臺PLC的基本配置有電源模塊、CPU模塊、數字量I/O模塊、A/D和D/A模塊以及通訊模塊等。PLC提升行程控制單元包括行程監控PLC、分別安裝在電機、減速器和深度指示器上的三個軸編碼器和裝在深度指示器上的井筒同步開關。兩臺軸編碼器將提升機鋼繩在線速度和行程位置轉換成脈沖信號分別送入PLC中，PLC將部分操作信號、保護信號以及設定
4的一些行程參數與軸編碼器信號結合起來進行邏輯運算處理，自動產生提升機所需的速度給定信號(即運行曲線)，為了盡量減少起動、制動過程中的機械沖擊，提高提升機控制精度，速度給定信號的加速、減速段為“S”型曲線，減速段行程通過PLC實際運算來調節減速度以保證其為一固定值，從而保證了停車點不變和停車點的精度。 PLC安全保護回路包括PLC操作保護系統和繼電器安全直動回路。如圖2所示， 來自提升機各部分的保護信號分為立即施間、井口施間、電氣制動和報警4類。其中井口施閘、電氣制動和報警類事故信號直接引入到PLC中，PLC將其處理后送監視器顯示故障類型并控制聲光報警系統報警并施閘，而立即施閘類事故信號除引入到PLC中處理、顯示、報警外，還直接引入到安全直動回路，動作施閘系統施閘。系統的安全回路有兩套，一套由PLC 構成，另一套為繼電器直動回路。
權利要求1.一種提升機轉子雙饋變頻電控系統，其特征在于包括交流繞線電機、交直交主回路和PLC網絡控制系統，所述的交直交主回路是一個雙三電平PWM變換器，該雙三電平PWM 變換器的一端為整流變壓器，另一端為逆變器，整流變壓器連接電源，逆變器連接電機轉子。
2.根據權利要求1所述的一種提升機轉子雙饋變頻電控系統，其特征在于所述的PLC 網絡控制系統包括PLC提升行程控制單元和PLC安全保護回路，PLC提升行程控制單元包括行程監控PLC、分別安裝在電機、減速器和深度指示器上的三個軸編碼器和裝在深度指示器上的井筒同步開關；PLC安全保護回路包括PLC操作保護系統和繼電器安全直動回路。
專利摘要本實用新型公開了一種提升機轉子雙饋變頻電控系統，包括交流繞線電機、交直交主回路和PLC網絡控制系統，所述的交直交主回路是一個雙三電平PWM變換器，該雙三電平PWM變換器的一端為整流變壓器，另一端為逆變器，整流變壓器連接電源，逆變器連接電機轉子。PLC網絡控制系統包括PLC提升行程控制單元和PLC安全保護回路。本實用新型具有安全可靠、維護簡單、節能效果明顯的特點。
文檔編號B66D1/48GK201932863SQ20102067206
公開日2011年8月17日 申請日期2010年12月21日 優先權日2010年12月21日
發明者張承鵬, 郭東兵, 黃超 申請人:山西晉城無煙煤礦業集團有限責任公司