交流提升机五段电阻控制线路设计 11页

616722570）17:47:03设计题目：交流提升机五段电阻控制线路设计设计目的：通过村本设计使学生加深对矿山固定机械电气设备控制的理解，学会自行设计一些简单的电气控制线路，锻炼理论联系实际和应用设计能力。设计对象：电动机参数：额定电压：交流380V；额定功率：90KW；额定转速：730r/min：最大等值定子相电流：180A。设计内容及要求：1、五段电阻调速，以起动电流为函数，附加时间校正逐段切除各级起动电阻；2、减速段用动力制动电源，设计动力制动电源输出电压，电流；3、安全回路要设计有：主令零位闭锁，工作闸制动柄闭锁，失流闭锁，动力制动失压保护，过卷和闸瓦磨损保护。4、正反转回路要设计有正反向互锁，动力制动回路与正反向互锁。5、其它保护：超速保护，过流保护。设计上交材料：1、完整的五段调速系统控制线路图；2、8页左右的设计说明书，（主要内容：课题背景动力动力制动电源的计算过程，控制线路对应于开车过程的电路分析及保护的实现。总结、课程设计心得体会等）设计时间：5月20日前交。刘入理（616722570）17:57:00设计题目：交流提升机五段电阻控制线路设计设计目的：通过村本设计使学生加深对矿山固定机械电气设备控制的理解，学会自行设计一些简单的电气控制线路，锻炼理论联系实际和应用设计能力。设计对象：电动机参数：额定电压：交流380V；额定功率：90KW；额定转速：730r/min：最大等值定子相电流：180A。设计内容及要求：1、五段电阻调速，以起动电流为函数，附加时间校正逐段切除各级起动电阻；2、减速段用动力制动电源，设计动力制动电源输出电压，电流；3、安全回路要设计有：主令零位闭锁，工作闸制动柄闭锁，失流闭锁，动力制动失压保护，过卷和闸瓦磨损保护。4、正反转回路要设计有正反向互锁，动力制动回路与正反向互锁。5、其它保护：超速保护，过流保护。设计上交材料：1、完整的五段调速系统控制线路图；3、8页左右的设计说明书，（主要内容：课题背景动力动力制动电源的计算过程，控制线路对应于开车过程的电路分析及保护的实现。总结、课程设计心得体会等）设计时间：5月20日前交 矿井提升机电气控制方式按照提升机工作图的要求，提升机的加速、等速、减速、爬行等工作过程，可通过控制电动机的运行状态实现。下面介绍绕线式电动机转子回路串接五段电阻、分析各段的控制过程（一）加速阶段电动机的五段加速特性曲线由二段预备级和三段主加速极组成。图中为负载转矩。提升开始时，定子绕组接通交流电源，转子回路串入全部电阻，电动机工作在第一预备级特性曲线a点。由于这时的电磁转矩M过小，约为额定转矩的0.3~0.4倍，故电动机不能运行，只能起到拉紧钢丝绳，消除机械传动系统齿轮间隙的作用，为提升加速准备。经过短时延时后，控制继电器动作，通过接触器切除第一预备级电阻，电动机工作在第二预备级特性曲线上。因此时的电磁转矩大于负载转矩，故提升机以平均初加速度加速运行。当电动机转速n延特性曲线上升到b时，完成提升工作图的出加速阶段。主加速阶段的加速过程，由逐段切除转子回路的三段加速电阻实现。当电动机加速至特性曲线的b点时，通过控制器电器、接触器切除第二预备级电阻，电动机工作在主加速极电阻，电动机又工作在第二加速极电阻特性曲线上的d点，沿特性加速运行，最后切除全部电阻，电动机工作在工频自然特性曲线上。加速过程中各段电阻切除的方法采用时间控制原则、电流控制原则或电流为主、时间为辅原则。（二）等速阶段转子回路电阻全部切除后，电动机转速沿工频自然特性曲线上升到额定工作点N,进入等速阶段，由于自然特性曲线很硬，所以可认为提升速度是一个不变的定值，在等速阶段不需要做任何控制。（三）减速阶段提升容器接近终点时，进入减速阶段。提升机在此阶段可采用以下几种方法进行减速。1）自由滑行减速。自由滑行减速开始时，切断电动机电源，是提升系统在负载转矩作用下减速。这时电动机电磁转矩为零，工作点瞬间平移至纵横，并沿纵轴下降减速。2）正立减速。电动机减速时，由主令控制器将转子回路电阻逐段串入，电磁转矩小于负载转矩，电动机沿特性曲线的点1、2、3、。。。。减速。由于这种方法是在较小的电磁力作用下以小于自由滑行的减速度减速，电动机工作在特性曲线的第一象限而输出正立，故称正立减速。电动机正力减速用于手动控制时，若操作适当，可按工作图的要求进行减速；若操作不当，将影响减速过程的平稳性。3）负力减速。电气制动减速时，电动机产生与拖动力相反的制动力，故称负力减速。此时，提升机将以大于自由滑行减速时的速度进行减速。电气制动又分为动力制动和低频制动。动力制动减速时，利用高压接触器将电动机交流电网断开，同时在定子绕组通入直流电，并将加速电阻重新串入转子回路，使电动机工作在第二象限，随着转子回路电阻的逐段切除，工作点沿特性曲线点1、2、3、。。。。减速时，完成减速过程。低频制动不仅可用于减速；而且可用于低速爬行。减速时，利用高压接触器断开电动机 的工频电源，同时通入相序相同、频率为2.5~5Hz的低频电源，并将加速电阻传入转子绕组回路。由于电源频率降低，电动机的机械特性曲线随之改变，其特性曲线如图所示，这时电动机的同步转速为_，’60fn0—Pn式中f"——低频频率。投入低频电源时，在转速惯性作用下，电动机工作点由N过渡至1点，由于此时对应的转速n0远高于频率为f对应的同步转速n0,因而电动机工作在发电制动状态提升机在制动转矩作用下减速。利用速度继电器和时间继电器配合控制接触器逐段切除转子加速电阻，减速过程将沿特性曲线的1、2、3、。。减速。4）爬行阶段。提升容器到达爬行阶段，要求提升机以0.5m/s以下的低速稳定运行。常采用的方法有脉动爬行、低频爬行和微电动机拖动爬行。脉动爬行是当采用自由滑行、机械制动、动力制动等完成减速过程进入爬行阶段，利用低速继电器和中间继电器配合，控制接触器使电动机不断通、断工频高压电维持容器的低速运行。当提升容器到达爬行阶段时，如图中，电动机接通电源并串入全部电阻，工作点过渡至2点这时电动机对应的转矩小于负载转矩而继续沿RY1特性减速；到达3点时，切除第一预备级电阻Ryi,工作点过渡到02特性曲线的4点，由于此时电磁转矩大于负载转矩，则电动机沿RY2特性加速；到5点时，切断电源，工作点过渡至6点，并沿纵轴减速到1点，如何再次送点重复以上过程，电动机沿特性曲线的1-2-3-4-5-6-1循环震荡运行，形成脉动的爬行速度，其速度变化曲线如图所示。可见这种爬行方式速度不稳定，难以精确控制。因此本设计采用了时间为主电流为辅的控制原则，减速段采用动力制动减速将主电动机从电网断开，由一台容量较小的电动机通过另一套减速装置带动提升机卷筒减速运行。由于此时的小电动机工作在自然特性曲线上，所以牌型速度很稳定。只要适当选择小电动机的转速和减速器变比，即可工作图要求的爬行速度。小电动机的功率一般为主电动机的5%~10%,故称微电动机TKD—A型提升及电气控制系统TKD—A型提升及电气控制线路是一种典型的半自动控制系统。提升过程可以自动控制。也可以由提升机司机随时参与控制或退出控制，具有操作简单、方便、运行可靠、灵活、安全、精度高等特点。TKD—A型提升及电气控制系统按照给定的提升工作图可以实现正立加速——等速运行——负力减速、正立加速——等速运行——正立减速、正立减速——发电制动运行——负力减速、脚踏动力制动、低速电动运行等几种基本运行方式，是一种控制功能能够较完善的电控系统。 一、TKD—A型提升及电气控制TKD—A型提升及电气控制系统主要由主回路、测速回路、安全回路、控制回路、调绳闭锁回路、可调闸控制回路、减速阶段过速保护回路、动力制动回路、辅助回路等组成。1.主回路主回路由高压供电回路、电动机定子回路和转子回路构成，高压供电线路提升及供电线路采用两路6kV高压进线，其中一路运行，一路备用，高压电源经隔离开关QS控制，通过高压油断路器QF向提升机电动机供电。电流互感器TA1、TA2以不完全星接方式连接过流脱口线圈AGQ1、AGQ2和三相电流继电器KAC。脱口线圈AGQ、AGQ2用于电动机过流时，使油开关QF跳闸断电；三相电流继电器KAC用于电动机转子回路电阻切除是的电流控制。电压互感器TV两侧接有电压表V和失压脱口线圈VSQ。当电网电压低于规定值时，VSQ动作使开关QF跳闸。失压脱口线圈VSQ同时受高压装置栅栏门闭锁开关SL和脚踏紧急制动开关SF控制。电动机定子回路提升机定子绕组经高压开关柜和高压电源。正常运行时由高压换向器KMZ、线路接触器KMX控制定子回路的通断和换向，发生短路、过负荷、欠电压保护性断电时，由高压油开关QF实现动作。减速阶段需要投入动力制动时，制动电源经高压接触器KMB接于电动机定子绕组。动力制动直流电源由KZG型晶闸管可控整流电路提供。整流电路中的电压继电器KSY用于交流侧的失压保护，其触电串接在安全回路中。电动机转子回路电动机转子绕组外接五段启动电阻，其中两个预备级，三个加速极，分别由1KM~5KM控制，以改变电动机的启动和制动特性，满足提升工作图的要求。2.安全保护回路的实现安全回路的主要作用是，当提升机的正常工作状态遭到破坏时，通过安全回路及时切断电动机工作电源并进行安全制度。它是提升控制系统必不可少的保护环节。安全回路由安全接触器和个保护环节的触点组成。正常工作状态下，支路中的各保护触点使接触器KMa有电吸合，支路13中的主触点KMa闭合，允许电动机送电工作，同时支路67的触点KMa,电磁铁Y3有电吸合解除安全制动。当提升系统某环节出现故障时，安全回路中的相应触点动作，使安全触点KMa失电，其主触头迅速动作，通过线路接触器KMx和换向接触器KMZ0切断提升电动机电源或使电动机不能送电启动。同时，安全电磁铁Y3释放，实施二级安全制动。由于主触头KMa断开，使37支路的工作闸继电器Kgz断电，使工作闸制动参与安全制动。安全回路中各触点的作用如下： 主令控制器手柄连锁触点SZLJ:当主令控制器在中间位置时，SZL,闭合，安全回路有接通的可能。提升机在运行中Szl」是断开的。当安全回路动作后，主令手柄必须恢复零位，提升机方可能再次启动。主令控制器SZL触点闭合。工作闸制动手柄触点Sgzl:触点闭合情况，只有当工作闸置于“紧闸”位置，联锁触点Sgzl闭合，安全接触器才能有电，保证提升电动机在启动前工作闸处于紧闸状态。电动机启动时，该触点被自保触点KMa短接。接触器5KM常开触点：提升电动机启动时，其转子回路必须串入全部电阻，此时触点5KM为闭合状态，才允许电动机启动、加速。电动机启动后，77支路的调速回路短线保护继电器Kdx1吸合，其常开触点Kdxi闭合短接触点5KM。在提升机运行过程中，测速回路发生断线故障时，触点Kdx1打开，安全接触器KMa失电，提升机安全制动。低速过速保护继电器Kgsi常开触点：提升机在减速阶段，当实际速度超过给定速度10%时，71支路中的磁继电器AM2输出电压陡降，过速彳^护继电器Kgsi释放，触点Kgsi断开安全回路，提升机安全制动。低速过速保护继电器Kgs2常用触点：提升机在等速阶段运行时，当实际速度超过额定速度的15%时，支路7中的过速保护继电器KgS2吸合，其触点KgS2打开，安全回路断电，提升电动机断电安全制动。断线保护继电器Kdx2常开触点：该继电器用于深度指示器自整角机励磁绕组回路的断线保护。当励磁回路断线后，深度指示器不能指示提升容器位置，继电器Kdx2失电，其常开触点打开，安全回路断电。制动油过呀保护继电器K2常闭触电：当制动油压超过规定值时，支路40中的油压继电器触点KP1闭合，接通继电器K2,其常闭触点K2打开，安全回路断电。动力制动失压继电器Ksy常开触点：只有当动力制动交流电源正常时，才允许提升电动机启动；在提升机运行过程中，动力制动直流电源发生失压故障时，继电器Ksy释放，其触电断开 安全回路。高压油开关QF常开触点：高压油开关QF正常合璧后，该触点闭合，允许电动机启动。若油开关因负荷侧发生过载、短路或电源电压失压欠压等引起QF跳闸时，该触点断开安全回路，提升机安全制动。过卷开关SQ1、SQ2、SQA、SQA常闭触电：前一对过卷开关装在深度指示器上，，后一对装在井架高出提升容器正常卸载位置的0.5m处，当提升容器过卷式，任何一个触点断开都能切断安全回路进行安全制动。当发生过卷后，为了下放过卷的提升容器，控制系统设置了过卷复位转换开关Sni,其触点转换情gj况如图所示。转换开关的至左边450位置，触点为Sgj3u闭合，短接过卷开关触点SQ2A、SQ。同时支路12的触点Sgjii闭合，Sgj7w断开，仅允许电动机正向开车下放提升容器；转化开关打至右边450位置时，相应触点闭合，短接触点SQ1、SQa,并且仅允许电动机反向开车。闸瓦磨损开关SQ、SQ常闭触电：当闸瓦磨损程度超过规定值时，开关SQ、SQ4被压动，其触点打开，切断安全回路。跳绳转开关Sts、§s,：跳绳转换开关触点闭合情况如图，不跳绳时，转换开关打至左边450位置，触点Sts/闭合，短接跳绳 保护开关S1、S2、SQ5、SAo触点；跳绳时，转换开关打至中间位置，触点Sts)断开，将上述触点串入安全回路，实现跳绳保护。、动力制动电源的计算过程A.动力制动电源装置输由参数的选择a)最大直流输出电流提升异步电动机动力制动的直流电源的最大输出电流是根据系统所需的最大平均力矩确定的，最大平均力矩为FavmaxDMavmax-2"i式中Favmax一—最大平均负力，N；D——提升机卷筒直径，m；i——从提升电动机到卷筒的减速比。根据最大平均力矩，利用动力制动状态下异步电动机的万用曲线计算出所需的最大等值定子相电流，即可求得所需的最大支流动力制动电流即直流电源的最大直流输出电流Ilmax-1.2211max中11max—一最大等值定子相电流有效值,Ao对于双臂环动力制动系统，考虑到动力制动电流强激的要求，最大直流动力制动电流11max应按1.4~1.6倍的余量来选取Idmax=(1.4~1.6)1.22I1maxb)最大直流输出电压的计算为了保证系统可靠地工作，直流电源的最大输出电压应按1.5~1.6倍的电压储备量，根据最大直流输出电流来确定Udmax=(1.5~1.6)Idmax21定子一相绕组的电阻口应当实测，在实测不可能时可按下式计算：当U1N=6000/时r1=35Sn%I1N当Uin=380Vr_21Sn%ri—2.1—11N 式中Sn%——电动机额定转差率的百分数。对于双臂环动力制动系统，考虑到动力制动电流强击的要求，最大直流输出电压应取Udmax=2"Jfcr11dmax式中，of为直流动力制动电流强激倍数；对于三相桥式半控主回路，口恒为可取2.5~3倍cc的强激；在需要设置整流变压器的情况下，为了减小变压器的容量，可取偏低的强激倍数；在不用整流变压器即可控整流电路直接接于交流220/380V电网情况下，则取偏高的强激倍数。对于三相桥式全控主回路，可取更大强?t倍数；设置整流变压器时，取用3.5倍左右的强激倍数；不用整流变压器时，则取用尽可能大的强激倍数。c）最大输出功率的计算直流电源最大直流输出功率为U_UdmaxIdmaxPdmax二1000式中，Emax的单位为kW。三、TKD-A型提升机电气控制系统的工作原理1.开车前准备开车前工作闸手柄置于“紧闸”位置，安全回路触点s”l闭合；主令控制器手柄置位，安全gz回路的触点sz—与szl“闭合；过卷复位开关sgj置于“0”位，Sgj14、Sgj7q闭合；根据减速方式，可预先将正力减速开关Sjs打至相应的位置；跳绳开关置于非跳绳位置。主回路送电。闭合主回路隔离开关QS1、QS2及油开关QF,电压表V指示出供电电压额定值，油开关在安全回路的触点QF闭合。辅助电源送电。闭合380V交流电源开关Q,自动开关QA1、辅助回路有电，铁磁稳压器TS工作，过速保护磁继电器AM2有电，继电器Kgs吸合，其安全回路触点闭合；深度指示器励磁绕组送电，其断线保护继电器Kdx有电吸合，安全回路触点闭合开关Q2,各时间继电器通电吸合，接触器1KM~5KM支路中的触点1KT~5KT断开，主电动机转子回路串入全部电阻；支路16中的触点1KT闭合，为高压接触器送电做准备。启动制动电源、制动油泵、润滑油泵。必和空气开关QA2,按下启动按钮1SB,接触器KM3有电吸合并自保，其主触头闭合，制动电源装置KZG有电，失压继电器KSY吸合，安全回路中 的触点Ksy闭合；按下启动按钮2SB和3SB,接触器KM1、KM2有电吸合并自保，制动油泵电动机和润滑油泵电动机启动运行。控制回路送电。闭合支路70的主令开关SA8,接触器KM4有电吸合，其支路10的触头闭合，控制回路送电。此时，若安全回路各元件所反映的状态正常，则安全接触器KMa有电吸合，支路13中的两个常开触头闭合，为高压接触器通电做准备；支路67中的两个触头闭合，安全电磁铁通电，解除安全制动；支路10中的触头闭合形成自保，并短接主令控制器触点Szl」和工作闸连锁开关触点Sgzl,允许提升机启动。控制回路接通电源后，电路的工作状态为：支路34中的减速信号继电器K1经低速继电器常闭触电Kdx1有电吸合并自保；32支路的触点K1闭合，为信号接触器KMS通电做准备；30支路的触点K1闭合，脚踏动力制动接触器KMB1和中间继电器KB1相继有电吸合。随之，支路13中的触点KMB1、KB1闭合，为高压接触器通电做准备；支路16中的触点KMB1断开，闭锁动力制动接触器，支路19中的触点KMB1闭合，为电动机启动时切除转子电阻做准备；支路31中的触点KB1闭合形成自保，并短接主令控制器触点SZl1H允许提升机启动；支路32中的触点KB1闭合，为信号接触器接受开车信号做准备。1.提升机启动、加速控制当井口发出开车信号时，32支路的信号接触器KMS有电吸合并自保，以下各支路触点同时动作；13支路触点KMS闭合，为高压接触器提供电流通路；19、27支路触点KMS闭合，为电动机启动切换电阻做准备；39支路触点KMS闭合，为工作闸继电器K”通电提供通gz路，同时接通自动换向电路相应的方向继电器。设正想继电器Kz闭合，其12支路的触点Kz闭合，使高压正向接触器KMz闭合。短接触点1KT形成自保；14支路触点KMz打开，闭锁反转接触器KMf；12、13支路间的常开触点KMz闭合，线路接触器KMx有电吸合，其主触头闭合，提升电动机接入高压电源，电动机转子回路因串接全部电阻而工作在第一预备级上，使提升系统进行紧绳并消除传动间隙；与此同时，司机将工作闸手柄向松闸方向推移，19支路的触点Sgz闭合，为电动机加速做准备；37支路的触点Sgzl闭合，工作闸继电器Kgz有电吸合，71、72支路可调闸回路有电，并开始随工作闸手柄的移动进行松闸。高压正向接触器有电吸合后，49支路的触 点KMz闭合，消弧继电器Kxh接通，使时间继电器1KT断电，17支路的触点1KT经延时后闭合，接触器1KM经触点1KT和12支路触点KMz被接通。1KM有电吸合：主触头闭合，切除转子回路第一段电阻，电动机转换至第二预备级特性曲线上运行，提升机开始出加速。19支路触点1KM闭合，为接触器2KM通电做准备。50支路触点1KM断开，保证电动机在启动运行过程中，时间继电器1KT不能再次通电。50~51支路间触点1KM闭合，为以后的时间继电器受电流KAC控制提供通路，以实现电流控制。51~52支路间的触点1KM打开，时间继电器2KT断电，其19支路的触点2KT经延时后闭合，使接触器2KM通电。接触器2KM有电吸合后：主触头2KM闭合，转子回路切除第二段电阻，电动机转换到第一加速级特性曲线上运行，提升机进入主加速阶段。较大的切换电流使三相电流继电器KAC吸合，电流控制开始。51~52支路间的触点2KM闭合，52~53支路间的触点2KM断开，为时间继电器3KT提供新的电流通路，以便进行电流控制。接触器2KM的其他触点的动作过程与接触器1KM相同。随着电动机转速上升电流逐渐下降。当电动机电流下降至继电器KAC的释放值时，触点KAC打开，电流控制结束，时间继电器3KT断电，时间控制开始。经延时后，22支路的触点3KT闭合，接触器3KM有电吸合，时间控制结束，切除第三段转子电阻，电动机转换在第二加速极特性曲线上运行。此后，电动机各段电阻的切除，其接触器、时间继电器的动作过程与3KM和3KT完全相同。当接触器5KM被接通后，转子回路的电阻全部被切除，电动机工作在自然特性曲线上，并在额定工作点稳定运行，启动过程结束。写给借用此论文的9班同学们四、课程设计心得、体会对于服务煤矿事业的定向生，将矿山机械电气控制作为课程设计正是恰到好处，本设计不仅让我们重新温习了所学的电气控制知识、同时也加深了对控制过程的记忆和理解。若果说你不会自动控制原理、电磁场知识，也许并不会影响学生在就业岗位上的发展，但是如果对矿山机械电气控制一窍不通那么企业培养你又有何用处呢？因此把握住在校期间的光阴广泛的学习专业知识、认真对待课程设计工作，用心把设计做好，使得自己今后到矿区工作时能够一展宏图才是重要的。希望大家在接间我所做的课程设计的同时，自己抽时间看看相关的知识，把控制原理弄清楚，梯形图最好能烂熟于心，就不枉费我对大家的一片良苦用 心。、安全回路要设计有：主令零位闭锁，工作闸制动柄闭锁，失流闭锁，动力制动失压保护，过卷和闸瓦磨损保护。4、正反转回路要设计有正反向互锁，动力制动回路与正反向互锁。5、其它保护：超速保护，过流保护。主要内容：课题背景动力动力制动电源的计算过程，控制线路对应于开车过程的电路分析及保护的实现。总结、课程设计心得体会等