矿井提升机电子电路设计论文
摘要:矿井提升机运行的安全性与效率决定了矿井生产是否安全与效率的高低,在矿井生产中，保证提升机的正常运行显得极其重要。变频调速系统是影响提升机运行效率的关键所在,变频器作为一种新型的自动调速装置,广泛应用于现代矿井生产中。本文以双PWM四象限变频器作为核心,采用闭环矢量控制的方法,实现提升机高效、安全运行的目的,主要介绍了提升机的变频调速系统的主电路和控制电路的设计。
矿井提升机是现代化矿山生产的四大系统之一，是综合化现代大型机电运输设备。作为地面与矿井的主要运输通道，在煤矿的安全生产中，提升机发挥着不可替代的作用[1]。调速系统在矿井提升机系统中极其重要，是保证提升机安全、高效运行的关键所在。因此，提高提升机变频调速系统的性能，保证提升机的正常运行，进而保证整个提升系统的正常运行显得尤为重要。提升机变频调速系统采用双PWM四象限矢量变频器，控制方式采用闭环矢量控制，具有功率因数高、动态响应快、电能利用率高等优点，同时解决了谐波污染的问题。
1 变频器主电路元器件的设计
变频器的主电路设计特别重要，主要由低压断路器、电源滤波器、上电缓冲电阻(R0)和变频器输入侧电磁接触器(MC)等组成，如图1所示。
1.1低压断路器
根据所选择变频器的参数(额定电压380V、额定电流400A)确定低压断路器的参数。选择的低压断路器额定电压与变频器一致为380V;为避开变频器启动时冲击电流峰值，电流容量应为变频器额定电流的1.5～2IN(即为600～800A)，整定值为断路器额定值的3～4倍。查阅断路器参数手册，确定选择断路器的`型号为DZ20Y-630。
1.2电磁接触器
回路开断器件不使用接触器，如果变频器控制回路或辅助器件发生故障时，接触器能够及时断开主回路。电磁接触器额定电压与电源电压同为380V，额定电流可以按照变频器的额定电流的1.3～1.5IN选择。即接触器额定电流为：IN=(1.3～1.5)×400A=520～600A根据接触器的额定电压及额定电流，查阅相关参数手册，接触器型号选用西门子3RT1276-6NP36。为了减小变频器上电瞬间，由于滤波电容充电而流过整流电路的浪涌电流，在电路中增加了电缓冲电阻R0。
1.3电源滤波器
电源滤波器由L1、R1、C1组成，它的主要作用是抑制变频器输入侧高次谐波的噪声干扰，抑制外界无线电干扰以及瞬时冲击、浪涌对变频器的干扰，具备线路滤波和辐射的作用，具有良好的共模和差模干扰抑制能力。根据变频器的容量并查阅滤波器配置手册，确定电源滤波器型号为NFI-800。
2 变频器控制回路设计
为了提高提升机工作的安全性，变频调速系统应采用闭环矢量控制，即需要在电机侧安装编码器，将电机运转时产生的脉冲信号及时反馈给变频器。系统中通过PLC对继电器KA13和KA14的控制来实现对变频器正反转运行及停车的控制，当提升机正向开车条件具备且没有其他故障时，PLC的输出口Y23驱动继电器KA13线圈得电，KA13常开触点闭合，则变频器正转启动信号S1与公共端COM接通，变频器正转运行;当提升机反向开车条件具备且没有其他故障时，PLC的输出口Y24驱动继电器KA14线圈得电，KA14常开触点闭合，则变频器反转启动信号S2与公共端COM接通，变频器反转运行。提升机的速度通过改变变频器的频率来实现，变频器频率的改变可以通过操作台上的手闸(速度给定)来改变，也可以通过PLC模拟输出信号(4～20mA的直流电流信号)来实现。来自电动机主轴侧的编码器信号接入变频器的编码器接口TERA端，实现对电机转速的采集，构成闭环控制。其控制线路图如图2所示。
3 结语
综上所述，提升机变频调速系统的设计克服了传统调速系统的缺点和不足，采用四象限变频器和闭环矢量控制的方式，满足了提升机对速度控制的要求。
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