专利名称：交流矿井提升机转子变频系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于矿井提升机变频控制技术，主要提出一种交流矿井提升机转子变频系统。
背景技术：
目前，公知的交流提升机调速是通过改变交流绕线式异步电动机的转子外串接的金属电阻进行的，加速前串入所有电阻，然后逐级切除电阻，提升机加速，所有电阻切完后， 提升机以额定速度运行；减速阶段，要投入电气制动电流(低频电流或直流电流)并在转子外串电阻的配合下才能进行可控减速。但是，这种交流绕线式异步电动机的转子串接电阻进行调速的方式，主要存在以下缺点1)需要几十箱甚至二百多箱的金属电阻，占地面积大；2)在提升机加速、减速以及在重物下放的过程中，有大量的电能消耗在电阻上，浪费大量能源，不符合国家节能减排的政策；3)有级调速，调速性能差；4)在电动机的定子侧存在频繁的有触点换向及投制动电流切换，设备可靠性不高。要改变这种转子外串电阻的调速方式有两种方案，其一将电动机转子绕组在出线端子处短接，在定子侧采用高压变频器对电动机进行控制并调速，但这种高压变频器是由三组多个低压变频功率单元串联而成，功率单元数量通常是3X6个(6KV)或3X9 个(10KV)，另外，还要采用副边为多绕组三相整流变压器(绕组数量与功率单元个数相同)，硬件及制造工艺复杂，相对于低压变频器存在故障隐患点多、体积大、成本高等缺点；其二 将电动机定子绕组在出线端子处短接，在转子侧采用输出电压与转子额定电压相匹配的低压变频器——交流矿井提升机转子调频调压装置对电动机进行控制并调速， 交流矿井提升机转子调频调压装置已经由中国专利(申请人在先提出，发明专利申请号 CN200810141371.6)公开，这种转子调频调压装置的特征在于输入是国家规定的标准供电电压如380V、660V、1140V、3KV、6KV、10KV,输出的额定电压与电动机转子额定电压相匹配，虽然电动机额定转子电压没有统一的标准(对于不同型号不同厂家的电动机，其转子绕组的额定电压是不一样的)，但绝大多数转子额定电压小于1140V，换句话说，这种方案是用低压变频的方法解决了高压变频器才能解决的问题，硬件简单可靠、成本较低，从实用的情况看，使用效果与高压变频器的方案相媲美。
发明内容本实用新型提出一种交流矿井提升机转子变频系统，使得提升机运行更加平稳和安全可靠，达到节能、提高运行性能和安全可靠性的目的。本实用新型采取以下技术方案完成其发明目的由电动机转子绕组、转子调频调压装置和开关柜组成的转子变频调速部分，为提升电动机提供频率及电压可变的交流动力电源；转子调频调压装置的输入端接到开关柜的输出端，开关柜的输入端接到电网上；由主控PLC和辅控PLC组成过程控制部分；由操作台、上位计算机和打印机组成过程监控部分，对提升机整个运行过程进行监控；操作台和上位计算机共同实现矿井提升机系统监控的双线型式；打印机通过通讯的方式对上位计算机中所记录的图、表进行硬拷贝或打印； 上位计算机中设有通讯网卡，通过网络通讯的方式与因特网连接并实现对所述交流矿井提升机转子变频系统进行远程诊断及远程控制；由装于提升机主轴轴端的第一测速元件、第二测速元件和装于井筒中的第一限位开关或第二限位开关组成深度速度检测部分并为控制部分提供提升容器实时的深度和速度信号；所述第一测速元件、第二测速元件的信号分别连接到主控PLC和辅控PLC中形成双线型式的控制；第一限位开关或第二限位开关连接到主控PLC中分别作为位置闭环控制的提升容器正向提升或反向提升的实际位置信号；第一测速元件、第二测速元件和第一限位开关、第二限位开关实现提升位置控制的三线型式； 主控PLC、辅控PLC、操作台、上位计算机和转子调频调压装置之间通过网络或点对点通讯方式进行数据交换；主控PLC与提升机中受控及检测元件通过电缆连接；主控PLC和辅控 PLC共同实现矿井提升机系统控制的双线型式。本实用新型提出的交流矿井提升机转子变频系统使得提升机运行更加平稳和安全可靠，既可适用于新设备选型也适用于老设备的技术改造，达到节能、提高运行性能和安全可靠性的目的，具有实用价值。
图1为本实用新型的电原理框图。图中，1.转子调频调压装置，2.开关柜，3.主控PLC，4.辅控PLC，5.人机界面， 6.打印机，7.第一测速元件，8.第二测速元件，9.第一限位开关，10.第二限位开关，11.电动机，12.提升机，13.因特网络。
具体实施方式
结合附图对本实用新型实施例加以说明在图1中，本实用新型提出的交流矿井提升机转子变频系统，主要由转子变频调速部分A、过程控制部分B、过程监控部分C、深度速度检测部分D组成；转子变频调速部分由开关柜2、转子调频调压装置1和电动机11组成，转子调频调压装置1 (参照发明专利申请号200810141371. 6)的输出端与电动机11转子绕组相接，电动机11的定子绕组在其输出端子处短接，转子调频调压装置1的输入端接到开关柜2的输出端，开关柜2的输入端接到电网上，电网可以是国内任何等级的标准电压，如380V、660V、1140V、3KV、6KV、10KV，转子调频调压装置1将电网的标准电压变成频率和电压可变的交流电并为电动机11的转子提供动力电源，电动机11通过机械轴驱动提升机12 (含减速器、卷筒、液压制动器、液压站、 提升容器，等)运转，由于电动机11转子额定电压因型号和厂家的不同而不同，因此要求转子调频调压装置1的输出额定电压必须与电动机11转子的额定电压相匹配。过程控制部分主要由主控PLC (可编程控制器)3和辅控PLC 4组成，主控PLC3、辅控PLC4、人机界面5和转子调频调压装置1之间通过网络或点对点通讯方式进行数据交换， 主控PLC3与提升机中受控及检测元件(如液压站中的油泵电机、电磁阀、液压制动器上的闸瓦开关等)通过电缆连接，主控PLC3通过对转子调频调压装置1和提升机12中受控元件的控制完成对矿井提升机加速、等速、减速、爬行和停车的运行过程控制，在这个过程中， 辅控PLC4完成对主控PLC3执行的正确性和准确性进行监控，实现矿井提升机系统控制的双线型式。过程监控部分主要由人机界面5和打印机6组成，提升司机通过人机界面5中的操作台对提升机起动、停止以及紧急停车进行控制，并可以观察到关键参量和重要信号情况如电机转子的电压、电流、频率和提升速度以及安全回路的通断信号等，人机界面5中的上位计算机完成对提升机整个运行过程的关键参量和重要信号情况的实时显示、实时记录、报表统计等，实现矿井提升机系统监控的双线型式，打印机6通过通讯的方式对上位计算机中所记录的图、表进行硬拷贝(打印)，上位计算机中设有通讯网卡，通过网络通讯的方式与因特网13连接并实现对本实用新型提出的交流矿井提升机转子变频系统进行远程诊断及远程控制。深度速度检测部分主要由装于提升机12主轴轴端的第一测速元件7和第二测速元件8、第一限位开关9和第二限位开关10组成，第一测速元件7和第二测速元件8的信号分别连接到主控PLC3和辅控PLC4中形成双线型式的控制；第一限位开关9和第二限位开关10连接到主控PLC3中分别作为位置闭环控制的提升容器正向提升或反向提升的实际位置信号；第一测速元件7、第二测速元件8和第一限位开关9或第二限位开关10实现提升位置控制的三线型式，确保提升机的安全运行。请参照图1，以正向提升为例，说明本实用新型所提出的交流矿井提升机转子变频系统的工作过程在开车条件满足的情况下，主控PLC3和辅控PLC4接收到人机界面5的开车指令后，主控PLC3向转子调频调压装置1发出低速爬行指令，提升机12在其液压制动器未松闸的情况下，电动机11转子电流逐渐建立，当转子电流达到一定的门槛值时，主控 PLC3指令提升机12中的液压制动器松闸，这时，电动机11驱动提升机12的卷筒使得提升机低频稳速爬行，随着转子调频调压装置1输出的频率和电压逐步升高，电动机11带动提升机12进行加速，当频率升到额定频率以及电压升到电动机11转子额定电压时，提升机处于等速段运行，在加速阶段和等速阶段，电能从开关柜2经转子调频调压装置1流向电动机 11，电动机处于电动状态，转子调频调压装置1工作在I象限；当提升容器到达减速位置，第一限位开关9发出减速信号，同时由第一测速元件7和第二测速元件8通过主控PLC3和辅控PLC4也分别发出减速信号，实现提升位置控制的三线型式，通过主控PLC3综合并向转子调频调压装置1发出减速信号，在减速过程，转子调频调压装置1输出的频率、电压逐渐下降，由于提升机系统的大惯量的作用，电动机11处于超同步速即发电状态运行，电能从电动机11经转子调频调压装置1流向开关柜2并入电网，减速过程电动机11处于发电状态， 转子调频调压装置1工作在II象限，减速之后进入低频稳速爬行阶段，当提升容器进入停车区间，第一测速元件7和第二测速元件8通过主控PLC3和辅控PLC4发出预停车信号，转子调频调压装置1输出频率进一步降低，同时，提升机12中液压站及液压制动器中的油压降低到贴闸皮油压，为停车做好准备，当提升容器到达实际停车位置时，第一限位开关9发出准确停车信号，主控PLC3命令提升机12中液压制动器停车抱间及转子调频调压装置1 停止运行，确保提升容器准确停车，至此，矿井提升机完成一个正向提升的过程。反向提升过程亦然，加速及等速段，电动机11处于电动状态，转子调频调压装置工作在III象限，减速阶段，电动机11处于发电状态，转子调频调压装置工作在IV象限。因此，本实用新型提出的交流矿井提升机转子变频系统具有四象限运行的功能，适合于矿井提升机运行的工况要求。在提升机重物下放或负力减速过程中，电动机U处于发电状态，本实用新型提出的交流矿 井提升机转子变频系统能够将位能或势能转化成电能回馈到电网中去。
权利要求1.一种交流矿井提升机转子变频系统，其特征在于由电动机转子绕组、转子调频调压装置(1)和开关柜( 组成转子变频调速部分，转子调频调压装置(1)的输入端接到开关柜⑵的输出端，所述开关柜⑵的输入端接到电网上；由主控PLC(3)和辅控PLC(4)组成过程控制部分；由操作台、上位计算机和打印机(6)组成过程监控部分，操作台和上位计算机共同实现矿井提升机系统监控的双线型式；上位计算机中设有通讯网卡，通过网络通讯的方式与因特网连接并实现对所述交流矿井提升机转子变频系统进行远程诊断及远程控制；由装于提升机(1 主轴轴端的第一测速元件(7)、第二测速元件(8)和装于井筒中的第一限位开关(9)或第二限位开关(10)组成深度速度检测部分并为控制部分提供提升容器实时的深度和速度信号；所述第一测速元件(7)、第二测速元件(8)的信号分别连接到主控PLC(3)和辅控PLC(4)中形成双线型式的控制；第一限位开关(9)、第二限位开关(10) 连接到主控PLC(3)中分别作为位置闭环控制的提升容器正向提升或反向提升的实际位置信号；第一测速元件(7)、第二测速元件(8)和第一限位开关(9)或第二限位开关(10)实现提升位置控制的三线型式；主控PLCC3)、辅控PLC(4)、操作台、上位计算机和转子调频调压装置(1)之间通过网络或点对点通讯方式进行数据交换；主控PLCC3)与提升机中受控及检测元件通过电缆连接，主控PLC和辅控PLC共同实现矿井提升机系统控制的双线型式。
2.根据权利要求1所述的交流矿井提升机转子变频系统，其特征是转子调频调压装置的额定输入电压是380V或660V或1140V或3KV或6KV或IOKV ；转子调频调压装置的输出额定电压与所控制的电动机转子额定电压相匹配，转子调频调压装置(1)的输出端与电动机的转子绕组相接，电动机的定子绕组在其出线端子处进行短接。
专利摘要本实用新型主要提出一种交流矿井提升机转子变频系统，由电动机转子绕组、转子调频调压装置(1)和开关柜(2)组成转子变频调速部分；主控PLC(3)和辅控PLC(4)组成过程控制部分；操作台和上位计算机共同实现矿井提升机系统监控的双线型式；由装于提升机主轴轴端的第一测速元件(7)、第二测速元件(8)和装于井筒中的第一限位开关(9)或第二限位开关(10)组成深度速度检测部分并实现提升位置控制的三线型式，主控PLC、辅控PLC、操作台、上位计算机和转子调频调压装置之间通过网络或点对点通讯方式进行数据交换；主控PLC与提升机(12)中受控及检测元件通过电缆连接。本实用新型使得提升机运行更加平稳和安全可靠，达到节能、提高运行性能和安全可靠性的目的。
文档编号B66B17/28GK201976065SQ201020158409
公开日2011年9月14日 申请日期2010年4月14日 优先权日2010年4月14日
发明者郑孝平 申请人:洛阳源创电气有限公司