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隔爆兼本安全数字矿井提升机变频调速电控设备使用与维护唐山开诚电器有限责任公司一、目录电路图识别系统组成设备安装变频器使用与维护PLC控制系统使用与维护提升信号系统使用与维护一、电路图识别1图纸说明电控系统电路图是按照国家新的电气制图标准和IEC标准的有关规定绘制的。电路图采用A4图幅，一幅图面反映一种功能，并尽可能多的提供相关的设计内容，以便使用人员了解更多的信息。电控设备内部接线图和设备间外部接线图都是以电路图为依据设计的，因而调试和维修人员只要手持一本电路图就能够了解整个电控系统的硬件功能和相关接口。2功能代号为了识别电路图中元器件的去向，按照系统功能引入下列功能代号。=DR：变频调速系统=AK：控制与监示系统=PLC：PLC控制系统3位置代号位置代号反映了电控系统中元器件的安装位置以及与外围信号的联接端子，一台电控箱对应一个位置代号，本系统主要的位置代号有：+VFD：变频器防爆箱+DS：PLC防爆箱+PA：司机操作台+LM：提升信号箱4举例二、系统组成变频绞车电控系统是由变频调速系统，PLC控制系统，信号系统三部份组成。提升机电控系统框图变频调速系统是根据PLC控制系统发出的控制指令，通过对绞车交流异步电动机转矩和频率的控制,来完成对绞车运行速度的控制。交流异步电动机采用了矢量控制技术后,使异步电机的调速性能可以与直流电机相媲美。表现在低频输出转矩大、调速平滑、调速范围广、精度高、节能明显等。PLC控制系统主要完成绞车从启动、加速、等速、减速、爬行到停车的整个运行过程的逻辑控制；行程测量、控制与指示；故障检测、报警与保护；安全电路及液压站工作制动与安全制动控制等。PLC控制系统极大地提高了控制系统本身的安全可靠性，使绞车控制性能和保护性能更加完善；使控制系统的硬件组成和线路更加简化；操作和维护更加容易。PLC控制系统受信号系统控制与闭锁。信号系统是根据上下井口和各个中段的生产情况,在具备开车条件后，由各水平信号工以打点的形式,通知司机按要求开车,同时与PLC控制系统之间有各种信号闭锁,可避免因司机误操作造成安全故障。信号系统内部有严格的逻辑闭锁和安全保护功能，并有信号显示，声光报警和通话功能。变频绞车电控设备在使用时应注意:1变频绞车电控设备主要由电力电子器件和半导体集成电路等组成,在运输及安装过程中,严禁水泡雨淋,要尽量避免强烈的震动,尽量垂直运输。长期不用时,应存放在清洁干燥的地方。储存与使用场所严禁有害气体和湿度超标,防止电子元器件及有关设备受腐蚀损坏。2设备,在出厂前均已按要求装配调试合格,严禁用户改动装置壳体结构和电气元件,以确保本产品的防爆性能和电气性能。3严禁对变频器进行耐压和绝缘测试。4严禁对现场调试好的设备的电气参数和软件私自随意修改。5严禁擅自改变设备使用电压等级,更换使用对象和使用功率。6设备安装时,应严格按照厂方提供的图纸施工。严禁在强磁场附近安放和使用。变频器供电电源要求采用独立的变压器就近供电;供电回路馈电开关,应尽量采用电控厂家所推荐的开关;变频器的输入与输出电缆应采用屏蔽电缆,电缆屏蔽层尽可能多处接地,并且应尽量避免与通讯线,瓦斯检测装置和检测线及一些电子仪器仪表等在同一巷道,同一地方相邻。三、设备安装1开装检查：电控设备到达矿方后，应有专人按照验货清单核对设备数量、型号、证件和资料等；检查外包装及内部箱体是否有缺损。检验合格后，防爆设备应作好下井运输的准备。若暂时不用，应存放在清洁干燥、无有害气体的地方妥善保管。防爆设备下井前有必要进行开箱检查,主要检查经长途运输后箱体内元器件是否有损坏、脱落、缺件等情况。2安装前准备工作电控设备安装前应作好如下准备工作：1)、按照电控厂家或设计院提供的电缆表购买相应规格型号和耐压等级的电缆，如动力电缆，控制电缆等。煤矿井下电缆要求全部采用阻燃电缆，控制电缆要求采用多股软铜线电缆。动力电缆（如6kV，660V，1140V）要求采用带接地线和屏蔽层的铜芯电缆。2)、安装人员必须熟悉“绞车电控系统电路图”和“绞车电控系统外部接线图”。了解各个设备之间连接电缆的规格型号、耐压等级和长度。3)、准备好电缆标牌，导线套管，写号笔和各种常用工具。3设备布置与接地电控设备布置和接地如图2所示。电控设备应安装在干燥、通风、无腐蚀性气体的室内。最好能放在高出地面的水泥平台或钢支架上。设备后面要距墙面保持大约0.5-1m的距离，设备之间也要保持大约1.5m以上的距离,这样便于散热和走线。主回路设备和控制设备之间的距离应尽可能远一些，避免产生干扰。电控设备应单独建立一个接地极，接地电阻要求小于1欧姆。接地母线可以采用后度不小于4mm、截面积不小于100mm²的镀锌钢板或扁铁。各个电控设备可以通过接地螺钉用截面积不小于25mm²裸铜线直接连到接地母线上。接地母线应在与主回路设备相连的一端与接地极相连，再由接地极与整个接地网相连。变频器要求采用单独一台变压器(T)和馈电开关(Q)供电,并要求与变频器按图所示的顺序排放在一起。馈电开关应尽可能选择电控厂家指定的产品。在安装变频器的场所不允许装设瓦斯检测仪，瓦斯探头和其它微电子仪器仪表及通讯设备。4电缆敷设，接线敷设电缆时必须遵循以下原则：1)变频器主回路电缆（变压器副边-馈电开关-输入电抗器-变频器-电机）应采用带接地线和屏蔽层的动力电缆，接地线应可靠接在所连设备的接地端子上，屏蔽层也应在每个连接处可靠接地。2)变频器主回路电缆与系统中其它电缆平行敷设时应保持0.5m以上的距离。严禁与通讯线，瓦斯检测装置和检测线及一些电子仪器仪表等在同一巷道，同一地方相邻。3)系统中所有模拟量信号电缆均采用屏蔽电缆,电缆屏蔽层要求在信号接收端单端接地。轴编码器的连接电缆要求采用屏蔽绞合电缆，电缆屏蔽层应两端接地，另外电缆从安装处到电缆沟或电缆架之间要求穿钢管过渡，防止电缆被损坏。4)设备之间连接电缆的两端必须要挂电缆标牌，在标牌上要注明电缆编号、起点、终点、规格(总芯数和已用芯数)。5)防爆设备电缆都是通过接线咀进入箱体的,一定要选择与电缆外径相匹配的胶圈和线咀走线。接线时应注意以下几点:1)接动力电缆线时,剥裸的线头的长度与压线板的宽度应基本一致。控制电缆的裸线头的长度应与所连端子板的宽度基本一致。2)每个端子上最多只能压两条线，若多于两条时，应通过空余端子转接。3)两条电缆接头时必须要经过防爆接线盒进行连接。4)每个接线头上都要求套白色塑料套管,套管长度约2.5cm左右，套管上应同时标明本端和远端设备的端子号。如有条线一端接+DS箱X1的12号端，另一端接+PAX2的18号端，则在+DS箱内应标为：X1:12/+PAX2:18；在+PA箱内应标为：X2:18/+DSX1:12。5轴编码器的安装位置及安装1)安装位置:理想的安装位置是滚筒轴端一个，电机轴端一个。但实际上由于所用机械设备不同，可能存在的安装位置有：滚筒轴端,电机轴端,减速器高速轴端、低速轴端,机械式深度指示器轴端等。不管装在哪个位置，应能基本满足1个脉冲对应0.5cm—1cm即可。2)安装:轴编码器如果安装不同心，不仅容易损坏,而且给PLC的脉冲信号也可能不准确。绞车上所用的轴编码器大部分都是在现场进行安装的，因而安装的同心度很难保证,所以必须采用软连接。比较理想的软连接是用软的电缆胶皮连接，但轴编码器轴端与连接轴轴端必须绑扎结实，否则容易打滑,造成计数误差。电缆胶皮时间长了易老化，应注意及时更换。3)轴编码器接线:轴编码器的连接电缆,应采用屏蔽电缆,且电缆两端屏蔽层应该可靠接地。电缆线不允须与主回路电缆一同走线，若能单独穿钢管走线，可靠性更高。对于欧姆龙的轴编码器,其接线为，棕色：电源正；蓝色：电源负；黑色：A相；白色：B相；橘红色：Z相（不用接）；屏蔽线。轴编码器送电前，应检查其电源线是否正确。四、变频器使用与维护（一）基础知识1异步电动机的转速:异步电动机定子磁场的旋转速度被称为异步电动机的同步转速。由于当转子的转速达到电动机的同步转速时其转子绕组将不再切割定子旋转磁场，因此转子绕组中不再产生感应电流，也不再产生转矩。因此异步电动机的转速总是小于其同步转速。异步电动机的同步转速由电动机的极对数和电源频率所决定。同步转速：ns=60f/p转差率：s=ns-n/ns电动机的转速：n=ns×(1–s)=60f/p×(1–s)其中：n———电动机转速，r/min；ns———同步转速，r/min；f———电源频率，Hz；p———电动机极对数；s———转差率。2三相异步电动机调速方法：根据异步电动机的转速表达式可知，异步电动机的调速通过改变极对数，改变转差率和改变频率三种方式。现归纳如下：变极调速------仅适用于笼型异步电动机变转差率调速a调节定子电压b转子串电阻------仅适用于绕线式电机c串级调速------仅适用于绕线式电机变频调速a交—直—交变频b交—交变频电磁转差离合器调速3变频调速:变频调速是通过改变电动机定子供电频率f来改变同步转速ns,从而实现交流电动机的调速。4交—直—交电压型变频器:先将工频交流电通过整流器变成直流电，再经过逆变器将直流电变换成可控频率的交流电。由于中间直流环节采用大电容滤波，直流电压波形比较平直，相当于内阻抗为零的恒压源，因此这种变频器属于交-直-交电压型变频器。5IGBT（IsolatedGateBipolarTransistor，隔离门极双极型晶体管）：是目前广泛应用于中小容量变频器中的一种半导体开关器件。由于它集功率MOSFET和功率晶体管的优点于一身，具有输入阻抗高、开关速度快等特点。6IPM（IntelligentPowerModule，智能功率模块）：是一种将功率开关器件及其驱动电路，保护电路和部份检测电路等集成在同一封装内的集成模块。目前的IPM一般采用IGBT作为功率开关器件，通过接口电路对IGBT进行驱动，并同时具有过流、短路保护，过温保护等保护功能。其功率损耗小，发热低，为解决防爆变频调速装置的散热问题提供了有利的条件。7PWM（PulseWidthModulation，脉冲宽度调制）控制：在逆变器中对半导体开关元器件按一定规律控制其导通与关断，使输出端获得一系列宽度不等的矩行脉冲电压波形。改变脉冲宽度可以控制逆变器输出交流基波电压的幅值，改变调制周期，可以控制其输出频率。如果所获得的矩行脉冲电压是与正弦波等效的一系列等幅不等宽的矩行脉冲波形就叫做正弦脉宽调制波形（SPWM）。8矢量控制：矢量控制的基本思想就是按照交流电动机产生与直流电动机磁场等效的原则，将交流电动机的定子电流分为产生磁场的励磁电流分量和与其相垂直的产生转矩的转矩电流分量并分别加以控制。由于在这种控制方式中必须同时控制异步电动机定子电流的幅值和相位，即控制定子电流矢量，故这种控制方式被称为矢量控制方式。采用矢量控制方式后使交流电动机调速性能可以与直流电动机一样好。9发电运行状态：绞车在重物下放或重物上提的减速段，电机的同步转速小于实际转速，这时电机中电磁转矩方向和转子的旋转方向相反，电机是处于发电制动状态。10动力制动(直流制动)：在电机定子上施加直流电源，在定子内形成一固定磁场，当转子旋转时在转子内生成的感应电流所产生的转矩方向与转速方向相反，形成制动转矩。11能耗制动：对于二象限交-直-交电压型变频器，电机处于发电状态时的再生能量通过逆变器进入直流回路，使直流母线电压升高，制动单元实时采样直流母线电压值，当其值升到某一阈值时，制动单元接通制动电组将这部份能量消耗在电组上。12回馈制动：对于四象限交-直-交电压型变频器，电机的再生能量通过逆变器进入直流回路后，可通过可控整流器回馈到电网中。可控整流器可采用整流/回馈单元和AFE回馈单元两种形式。a整流/回馈单元：整流/回馈单元是由两组晶闸管三相全控桥反并联构成的，逆变桥是通过一台自耦变压器接到电网上。当电机产生再生能量使直流母线电压升高时，逆变桥可将这部份能量通过自耦变压器回馈电网。bAFE回馈单元:整流器与逆变器具有相同的主回路结构，是由IGBT模块组成。其显著特点是电源侧电