毕业设计(论文)-绞车变频装置监控系统设计.doc
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1、 毕业设计(论文)毕业设计(论文) 摘摘 要要 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 Abstract Winch Frequency converter inverter device used to achieve a s
2、oft 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. Security functions, in addition to the general over-voltage, under voltag
3、e, 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-
4、quadrant operation DTC direct torque control Non-controlled rectifier circuit modulation 毕业设计(论文)毕业设计(论文) 目目 录录 摘 要 I ABSTRACT I 目 录 .II 1 绪论.1 1.1 绞车变频装置监控系统简介 .1 2 绞车变频装置监控系统 2 2.1 变频调速的优点.2 2.2 变频调速原理.3 2.3 变频器的结构和故障判断简介 .6 2.4 系统采用的变频调速装置简介14 2.5 变频调速装置接口设计21 3 总 结 24 参考文献 .25 英文科技文献 .28 文献中文翻译
5、.34 毕业设计(论文)毕业设计(论文) 1 1 1 绪论绪论 1.11.1 绞车变频装置监控系统简介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
6、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。 毕业设计(论文)毕业设计(论文) 1 2 2 绞车变频装置监控系统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
7、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。 2.12.1 变频调速的优点变频调速的优点 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
8、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550Hz。 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
9、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。 毕业设计(论文)毕业设计(论文) 2 2.22.2 变频调速原理变频调速原理 1.1. 速度调节速度调节 ( (频率连续可调频率连续可调) ) 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: (1) 根据外设控制接点的切换 控制变频器进行
10、14 种 人为设定的频率运行, 如图 1 所示。 (2) 可以根据需要通过外设控制接点,配合频率的设定进行变频器的脉动输出控 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 毕业设计(论文)毕业设计(论文) 3 制,如图2所示。 (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。 2.2. 转矩补偿转矩补偿 为了保证在调速过程中电动机产生的最大转矩
11、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, 图 3 输出频率上下限设定图 t / s f / Hz 下限频率 上限频率 图 2 脉动频率设定图 t / s f / Hz 脉动频率 毕业设计(论文)毕业设计(论文) 4 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。 3.3. 制动转矩及制动时间可调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。 4.4. 加、减速时间设定加、减速时间设定 分别进
12、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。 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 图 4 第一、第二加减速时间设定图 t1 加 t2 加t2 减t
13、1 减 t / s f / Hz 毕业设计(论文)毕业设计(论文) 5 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。 2.32.3 变频器的结构和故障判断简介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
14、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
15、能。 毕业设计(论文)毕业设计(论文) 6 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
16、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
17、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 毕业设计(论文)毕业设计(论文) 7 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
18、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 检测办法和判断 :切勿开机,很可能是变频器内部主滤波电容有破损漏液现象。 10 如判断出变频器部件损坏,则联系供应商或送交专业维修中心处理。 变频器故障分析变频器故障分析 目前人们所说的交流调速系统,主要指电子式电力变换器对交流电动机的变频 调速系统。变频调速系统以其优越于直流传动的特点,在很多场合中都被作为首 选的传动方案,现代变频调速基本都采用 16 位或 32 位单片机作为控制核心,从 而实现全数字化控制,调速性能与直流调速基本相近,但使用变频器时,其维护 工作要比直流复杂,一旦发生故障,企业的普通电气人员就
19、很难处理,这里就变 频器常见的故障分析一下故障产生的原因及处理方法。 毕业设计(论文)毕业设计(论文) 8 一、参数设置类故障一、参数设置类故障 常用变频器在使用中,是否能满足传动系统的要求,变频器的参数设置非常重 要,如果参数设置不正确,会导致变频器不能正常工作。 1、参数设置 常用变频器,一般出厂时,厂家对每一个参数都有一个默认值,这些参数叫工 厂值。在这些参数值的情况下,用户能以面板操作方式正常运行的,但以面板操 作并不满足大多数传动系统的要求。所以,用户在正确使用变频器之前,要对变 频器参数时从以下几个方面进行: (1)确认电机参数,变频器在参数中设定电机的功率、电流、电压、转速、最
20、大频率,这些参数可以从电机铭牌中直接得到。 (2)变频器采取的控制方式,即速度控制、转距控制、PID 控制或其他方式。 采取控制方式后,一般要根据控制精度,需要进行静态或动态辨识。 (3)设定变频器的启动方式,一般变频器在出厂时设定从面板启动,用户可以 根据实际情况选择启动方式,可以用面板、外部端子、通讯方式等几种。 (4)给定信号的选择,一般变频器的频率给定也可以有多种方式,面板给定、 外部给定、外部电压或电流给定、通讯方式给定,当然对于变频器的频率给定也 可以是这几种方式的一种或几种方式之和。正确设置以上参数之后,变频器基本 上能正常工作,如要获得更好的控制效果则只能根据实际情况修改相关参
21、数。 2、参数设置类故障的处理 一旦发生了参数设置类故障后,变频器都不能正常运行,一般可根据说明书进 行修改参数。如果以上不行,最好是能够把所有参数恢复出厂值,然后按上述步 骤重新设置,对于每一个公司的变频器其参数恢复方式也不相同。 毕业设计(论文)毕业设计(论文) 9 二、过压类故障二、过压类故障 变频器的过电压集中表现在直流母线的支流电压上。正常情况下,变频器直 流电为三相全波整流后的平均值。若以 380V 线电压计算,则平均直流电压 Ud= 1.35 U 线513V。在过电压发生时,直流母线的储能电容将被充电,当电压上至 760V 左右时,变频器过电压保护动作。因此,变频器来说,都有一个
22、正常的工 作电压范围,当电压超过这个范围时很可能损坏变频器,常见的过电压有两类。 1 输入交流电源过压 这种情况是指输入电压超过正常范围,一般发生在节假日负载较轻,电压升 高或降低而线路出现故障,此时最好断开电源,检查、处理。 2 发电类过电压 这种情况出现的概率较高,主要是电机的同步转速比实际转速还高,使电动 机处于发电状态,而变频器又没有安装制动单元,有两起情况可以引起这一故障。 (1)当变频器拖动大惯性负载时,其减速时间设的比较小,在减速过程中,变 频器输出的速度比较快,而负载靠本身阻力减速比较慢,使负载拖动电动机的转 速比变频器输出的频率所对应的转速还要高,电动机处于发电状态,而变频器
23、没 有能量回馈单元,因而变频器支流直流回路电压升高,超出保护值,出现故障, 而纸机中经常发生在干燥部分,处理这种故障可以增加再生制动单元,或者修改 变频器参数,把变频器减速时间设的长一些。增加再生制动单元功能包括能量消 耗型,并联直流母线吸收型、能量回馈型。能量消耗型在变频器直流回路中并联 一个制动电阻,通过检测直流母线电压来控制功率管的通断。并联直流母线吸收 毕业设计(论文)毕业设计(论文) 10 型使用在多电机传动系统,这种系统往往有一台或几台电机经常工作于发电状态, 产生再生能量,这些能量通过并联母线被处于电动状态的电机吸收。能量回馈型 的变频器网侧变流器是可逆的,当有再生能量产生时可逆
24、变流器就将再生能量回 馈给电网。 (2)多个电动施动同一个负载时,也可能出现这一故障,主要由于没有负荷分 配引起的。以两台电动机拖动一个负载为例,当一台电动机的实际转速大于另一 台电动机的同步转速时,则转速高的电动机相当于原动机,转速低的处于发电状 态,引起故障。在纸机经常发生在榨部及网部,处理时需加负荷分配控制。可以 把处于纸机传动速度链分支的变频器特性调节软一些。 三、过流故障三、过流故障 过流故障可分为加速、减速、恒速过电流。其可能是由于变频器的加减速时 间太短、负载发生突变、负荷分配不均,输出短路等原因引起的。这时一般可通 过延长加减速时间、减少负荷的突变、外加能耗制动元件、进行负荷分
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