礦井主扇風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)及延時(shí)保護(hù)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 電氣工程專業(yè)

1、 礦井主扇風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)及延時(shí)保護(hù)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)Research and Design on Coalmine Mine Fan Online Monitoring and Delay Protection System 摘 要煤礦企業(yè)要實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，就必須重視通風(fēng)系統(tǒng)的重要作用。通風(fēng)系統(tǒng)中最為重要的設(shè)備就是風(fēng)機(jī)，大多數(shù)時(shí)候，通風(fēng)系統(tǒng)的主通風(fēng)機(jī)會(huì)連續(xù)工作，通常會(huì)存在一定的安全隱患，一旦主通風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障，礦井的生產(chǎn)就會(huì)受到很大影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)安全事故，危及工作人員的生命安全。為了實(shí)現(xiàn)礦井的安全生產(chǎn)，為了提高生產(chǎn)效率，就要大力推進(jìn)煤礦設(shè)備的自動(dòng)化，而實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控礦井主扇風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)正式煤礦

2、設(shè)備自動(dòng)化的一項(xiàng)重要內(nèi)容。本文以聚隆礦業(yè)公司為例，進(jìn)行了實(shí)地調(diào)查，對(duì)聚隆礦的礦井通風(fēng)設(shè)備運(yùn)作現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，找出現(xiàn)實(shí)存在的問(wèn)題，確定了監(jiān)控系統(tǒng)的待測(cè)參數(shù)以及參數(shù)的測(cè)量方法，本文的礦井主扇風(fēng)機(jī)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)是基于型號(hào)西門子 S7300 PLC 進(jìn)行研究的。為了對(duì)礦井通風(fēng)機(jī)的性能和狀態(tài)以及電機(jī)的電氣參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，需要檢測(cè)風(fēng)機(jī)系的各種傳感器和現(xiàn)場(chǎng)的礦井主通風(fēng)機(jī)參數(shù)，利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行異地遙控。本系統(tǒng)的聲光信號(hào)報(bào)警、數(shù)據(jù)處理以及圖表生成等工作都是由上位機(jī)通過(guò)工業(yè)計(jì)算機(jī)控制完成的，組態(tài)和編程工作采用Siemens 公司的 STEP7 完成；人機(jī)界面程序的編寫(xiě)用 WinCC ；上位機(jī)與下位機(jī)的通訊則依靠MP

3、I 通信協(xié)議來(lái)處理。采用本系統(tǒng)后，通風(fēng)機(jī)性能測(cè)定變得更為簡(jiǎn)便和容易，故障的報(bào)警也更準(zhǔn)確及時(shí)，方便安全管理人員及早找出隱患，在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控匡進(jìn)主扇風(fēng)機(jī)的能力大大提升，煤礦的自動(dòng)化程度更高，風(fēng)機(jī)運(yùn)行更為穩(wěn)定可靠，極大地保障了煤礦生產(chǎn)的安全。關(guān)鍵詞：礦井主通風(fēng)機(jī)；變頻器；PLC；在線監(jiān)測(cè)AbstractThe ventilation system of coal mine safety production in coal mine is to ensure that the important part, The fan is the main equipment of the ventilatio

4、n system, however, due to long-term continuous working of the fan, kinds of hidden failures and risks will appear in the working course of coal mine fans, these failures and risks will lead to serious threat to safety of coal mine production. so it not only can greatly improve the level of automatio

5、n in mining production, but also a mine safe production for real-time monitoring and controlling its running status.This paper is based on the actual situation of the coal mine production and aims at the existing problems. It determines the measuring parameters and measurement methods of the monitor

6、ing and control system. This paper use models Siemens S7-300 PLC design mine main fan automatic monitoring and controlling system. The system through testing the fan department of various sensors and field of mine main fan parameters measurement method, the paper realize mine ventilator performance

7、and state and motor electric parameters monitor, and can through communication system to achieve remote control.PC acousto-optic alarm signal by polymerizing-kettle finish, data processing, generating chart etc. Function. The design uses the Siemens STEP7 to program PLC, and uses WinCC to program hu

8、man-machine interface. Realizing the communication rely on MPI communication protocol. This system improves difficult and complexity of the performance work mine ventilator, and can find fault and predict as soon as possible, greatly enhance the mine main fan online monitoring function, improve the

9、management level of coal mine automation. The monitoring and control system has realized the automated management of the ventilator, ensuring the ventilator to operate steadily and reliably, providing safeguard for coal mine safety production. Keywords: main mine fan; inverter; PLC; online monitorin

10、g目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc437462112 摘要 PAGEREF _Toc437462112 h I HYPERLINK l _Toc437462114 目錄 PAGEREF _Toc437462114 h III HYPERLINK l _Toc437462116 圖清單 PAGEREF _Toc437462116 h VII HYPERLINK l _Toc437462117 表清單 PAGEREF _Toc437462117 h VIII HYPERLINK l _Toc437462118 變量注釋表 PAGEREF _Toc437462

11、118 h IX HYPERLINK l _Toc437462119 1 引言 PAGEREF _Toc437462119 h 1 HYPERLINK l _Toc437462121 1.1趙莊二號(hào)井現(xiàn)況與分析 PAGEREF _Toc437462121 h 1 HYPERLINK l _Toc437462122 1.2 國(guó)內(nèi)外防越級(jí)跳閘問(wèn)題研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc437462122 h 3 HYPERLINK l _Toc437462123 1.3 本文的主要工作 PAGEREF _Toc437462123 h 5 HYPERLINK l _Toc437462124 2 趙莊二號(hào)井

12、供電系統(tǒng)現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc437462124 h 7 HYPERLINK l _Toc437462126 2.1 礦井供電電源 PAGEREF _Toc437462126 h 7 HYPERLINK l _Toc437462127 2.2 用電負(fù)荷統(tǒng)計(jì) PAGEREF _Toc437462127 h 7 HYPERLINK l _Toc437462128 2.3 地面供配電 PAGEREF _Toc437462128 h 7 HYPERLINK l _Toc437462129 2.4 井下供配電 PAGEREF _Toc437462129 h 8 HYPERLINK l _Toc4

13、37462130 3 趙莊二號(hào)井煤礦供電系統(tǒng)繼電保護(hù)分析 PAGEREF _Toc437462130 h 10 HYPERLINK l _Toc437462132 3.1 煤礦電網(wǎng)繼電保護(hù)概述 PAGEREF _Toc437462132 h 10 HYPERLINK l _Toc437462133 3.2 趙莊二號(hào)井煤礦電網(wǎng)建模 PAGEREF _Toc437462133 h 11 HYPERLINK l _Toc437462137 3.3 小結(jié) PAGEREF _Toc437462137 h 15 HYPERLINK l _Toc437462138 4 趙莊二號(hào)井煤礦電網(wǎng)短路越級(jí)跳閘分析 P

14、AGEREF _Toc437462138 h 16 HYPERLINK l _Toc437462140 4.1 趙莊二號(hào)井煤礦電網(wǎng)繼電保護(hù)分析 PAGEREF _Toc437462140 h 16 HYPERLINK l _Toc437462141 4.2 煤礦越級(jí)跳閘常見(jiàn)問(wèn)題分析 PAGEREF _Toc437462141 h 23 HYPERLINK l _Toc437462142 4.3 小結(jié) PAGEREF _Toc437462142 h 28 HYPERLINK l _Toc437462143 5煤礦防越級(jí)跳閘方案設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc437462143 h 29 HYPER

15、LINK l _Toc437462145 5.1防越級(jí)跳閘常用解決方案 PAGEREF _Toc437462145 h 29 HYPERLINK l _Toc437462150 5.2基于智能變電站趙莊二號(hào)井礦防越級(jí)跳閘方案設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc437462150 h 34 HYPERLINK l _Toc437462154 5.3 本章小結(jié) PAGEREF _Toc437462154 h 41 HYPERLINK l _Toc437462155 6 結(jié)論與展望 PAGEREF _Toc437462155 h 42 HYPERLINK l _Toc437462157 參考文獻(xiàn) PAGE

16、REF _Toc437462157 h 44 HYPERLINK l _Toc437462158 作者簡(jiǎn)歷 PAGEREF _Toc437462158 h 48 HYPERLINK l _Toc437462159 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 PAGEREF _Toc437462159 h 49 HYPERLINK l _Toc437462160 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集 PAGEREF _Toc437462160 h 50Contents TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc437462112 AbstractI PAGEREF _Toc437462112 h I HYPERLINK

17、 l _Toc437462114 ContentsV HYPERLINK l _Toc437462116 List of Figures PAGEREF _Toc437462116 h VII HYPERLINK l _Toc437462117 List of Tables PAGEREF _Toc437462117 h VIII HYPERLINK l _Toc437462118 List Of Variables PAGEREF _Toc437462118 h IX HYPERLINK l _Toc437462119 1 Introduction PAGEREF _Toc437462119

18、 h 1 HYPERLINK l _Toc437462121 1.1 Situation and Analysis about Zhaozhuang II Well PAGEREF _Toc437462121 h 1 HYPERLINK l _Toc437462122 1.2 Research Status at Home and Abroad PAGEREF _Toc437462122 h 3 HYPERLINK l _Toc437462123 1.3 Main Research Contents of This Paper PAGEREF _Toc437462123 h 5 HYPERLI

19、NK l _Toc437462124 2 Zhaozhuang II Well Power Supply System Present Situation PAGEREF _Toc437462124 h 7 HYPERLINK l _Toc437462126 2.1 The Coal Mine Power Supply PAGEREF _Toc437462126 h 7 HYPERLINK l _Toc437462127 2.2 The Electricity Load Statistics PAGEREF _Toc437462127 h 7 HYPERLINK l _Toc437462128

20、 2.3 The Ground Power Supply And Distribution PAGEREF _Toc437462128 h 7 HYPERLINK l _Toc437462129 2.4 The Underground Power Supply And Distribution PAGEREF _Toc437462129 h 8 HYPERLINK l _Toc437462130 3 Analysis Of The Power Supply System Aelay Protection In Zhaozhuang II WelI PAGEREF _Toc437462130 h

21、 10 HYPERLINK l _Toc437462132 3.1 An Overview Of the relay protection In Coal Mine power grid PAGEREF _Toc437462132 h 10 HYPERLINK l _Toc437462133 3.2 The Modeling Of Coal Mine power grid In Zhaozhuang II Well PAGEREF _Toc437462133 h 11 HYPERLINK l _Toc437462137 3.3 Chapter Summary PAGEREF _Toc43746

22、2137 h 15 HYPERLINK l _Toc437462138 4 Analysis Of Mine Power Grid Short Circuit Grade Trip In Zhaozhuang II Well PAGEREF _Toc437462138 h 16 HYPERLINK l _Toc437462140 4.1 Analysis Of Mine Power Grid Relay Protection In Zhaozhuang II Well PAGEREF _Toc437462140 h 16 HYPERLINK l _Toc437462141 4.2 Analys

23、is Of Common Problems About Mine Grade Trip PAGEREF _Toc437462141 h 23 HYPERLINK l _Toc437462142 4.3 Chapter Summary PAGEREF _Toc437462142 h 28 HYPERLINK l _Toc437462143 5 Design Of Mine Anti-grade trip PAGEREF _Toc437462143 h 29 HYPERLINK l _Toc437462145 5.1 common solution to Mine Anti-grade trip

24、PAGEREF _Toc437462145 h 29 HYPERLINK l _Toc437462150 5.2 Design Of Mine Anti-grade trip Based On The Intelligent Substation Zhaozhuang II Well PAGEREF _Toc437462150 h 34 HYPERLINK l _Toc437462154 5.3 Chapter Summary PAGEREF _Toc437462154 h 41 HYPERLINK l _Toc437462155 6 Conclusion And Outlook PAGERE

25、F _Toc437462155 h 42 HYPERLINK l _Toc437462157 References PAGEREF _Toc437462157 h 44 HYPERLINK l _Toc437462158 Author Biography PAGEREF _Toc437462158 h 48 HYPERLINK l _Toc437462159 Declaration of Thesis Originality PAGEREF _Toc437462159 h 49 HYPERLINK l _Toc437462160 Thesis Data Collection PAGEREF _

26、Toc437462160 h 50圖清單圖序號(hào)圖名稱頁(yè)碼圖2.1供電系統(tǒng)圖8Figure2.1Power Supply System Diagram8圖2.2 中央變電所系統(tǒng)圖9Figure2.2The Central Substation System Diagram9圖3.1趙莊二號(hào)井煤礦35kV供電系統(tǒng)仿真模型12Figure 3.1 Modeling Of 35kv Power Supply System In Zhaozhuang II Well12圖4.1三段式電流保護(hù)示意圖20Figure 4.1Three-current protection schematic20圖4.2越級(jí)

27、跳閘示意圖23Figure4.2Override Grade Trip Schematic Diagram 23圖4.3短線路導(dǎo)致越級(jí)跳閘示意圖24Figure 4.3Override Grade Trip Attributed To Short Line Schematic Diagram 24圖4.4 805線路的短路電流和距離關(guān)系圖25Figure 4.4805 Relation Between Line Short-circuit Current And Distance Diagram25圖4.5運(yùn)行方式差異大導(dǎo)致越級(jí)跳閘示意圖26Figure 4.5Override Grade T

28、rip Attributed To Operating Mode Difference Diagram 26圖5.1煤礦供電系統(tǒng)示意圖31Figure 5.1Coal Mine Power Supply System Diagram31圖5.2煤礦數(shù)字化供電系統(tǒng)31Figure5.2Coal digital power supply system31圖5.3 基于智能變電站的防越級(jí)跳閘實(shí)現(xiàn)33Figure 5.3 Anti-grade trip on the realization of smart substation 33圖5.4 保護(hù)測(cè)控裝置的保護(hù)邏輯34Figure 5.4 Prote

29、cting logic of protecting and controlling device34圖5.5區(qū)域集控式智能供電系統(tǒng)35Figure 5.5Area Centralized Control Intelligent Power Supply System35圖5.6區(qū)域集控中心功能結(jié)構(gòu)圖36Figure 5.6Figure 6.2 Area Centralized Control Function Configuration Diagram36圖5.7地面智能變電站的結(jié)構(gòu)示意圖37Figure 5.7 Ground Intelligent Substation Schematic

30、diagram37圖5.8 趙莊二號(hào)井地面智能變電站的結(jié)構(gòu)示意圖38Figure 5.8Ground Intelligent Substation Schematic diagram in Zhaozhuang II 38圖5.9井下智能變電站的結(jié)構(gòu)示意圖38Figure 5.9Underground Intelligent Substation Schematic diagram38圖5.10趙莊二號(hào)井井下智能變電站的結(jié)構(gòu)示意圖39Figure 5.10Underground Intelligent Substation Schematic diagram in Zhaozhuang II

31、39表清單表序號(hào)表名稱頁(yè)碼表3-1變壓器型號(hào)及參數(shù)12Table 3-1 Transformer Models And Parameters12表3-2各電壓等級(jí)線路的參數(shù)13Table 3-2 Parameters Of The Line About Level Of The Voltage13表3-3 最大運(yùn)行方式下各點(diǎn)的三相短路電流14Table3-3Every Point of three-phase Short-circuit Current In Max Operating Mode14表3-4 最小運(yùn)行方式下各點(diǎn)的三相短路電流14Table 3-4Every Point of t

32、hree-phase Short-circuit Current In Min Operating Mode14表3-5 最小運(yùn)行方式下各點(diǎn)的兩相短路電流15Table 3-5 Every Point of two-phase Short-circuit Current In Min Operating Mode15表4-1趙莊二號(hào)井礦電網(wǎng)保護(hù)定值單16Table 4-1Relay Protection Setting Value Table About Zhaozhuang II well16表4-2 基準(zhǔn)側(cè)的選擇17Table 4-2Selection About Reference Si

33、de17表4-3過(guò)流保護(hù)靈敏度校驗(yàn)22Table 4-3Sensitivity Check About Overcurrent Protection 22表4-4 趙莊二號(hào)井煤礦線路的短路電流值25Table 4-4Short-circuit Current Value On Mine Line In Zhaozhuang II Well25表4-5趙莊二號(hào)井礦各CT變比、保護(hù)級(jí)和線路最大短路電流27Table 4-5Each CT Ratio And Protection Level And Max Short-circuit Current In Zhaozhuang II Well 27

34、表5-1 主要設(shè)備組成明細(xì)表39Table 5-1 Main Equipment composition list39變量注釋表電機(jī)定子電源頻率；異步電機(jī)磁極對(duì)數(shù)；相應(yīng)角頻率電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率；異步電機(jī)固有角頻率異步電機(jī)同步轉(zhuǎn)速線路零序電容電機(jī)各極磁通電機(jī)定子繞組匝數(shù)常數(shù)定子繞組各組的阻抗；定子繞組的相電流轉(zhuǎn)子電流折算到定子側(cè)的有效值電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)轉(zhuǎn)子電路各相功率因數(shù)流量流量測(cè)量截面積流量測(cè)量截面積的平均流速風(fēng)機(jī)全壓風(fēng)機(jī)出口靜壓風(fēng)機(jī)出口動(dòng)壓風(fēng)機(jī)入口靜壓風(fēng)機(jī)入口動(dòng)壓風(fēng)機(jī)靜壓風(fēng)機(jī)輔助功率電機(jī)有功功率 電機(jī)效率 傳動(dòng)效率 風(fēng)機(jī)全壓效率 風(fēng)機(jī)靜壓效率工程碩士學(xué)位論文2 趙莊二號(hào)井供電系統(tǒng)現(xiàn)狀1 引言1 I

35、ntroduction1.1聚隆礦現(xiàn)況與分析（Situation and Analysis about JuLong Mine）冀中能源集團(tuán)旗下的聚隆礦業(yè)屬于地方煤礦企業(yè)，是冀中能源邯鄲礦業(yè)集團(tuán)公司重組后的股份制公司。該礦有2.6平方千米井田區(qū)，探明可開(kāi)采儲(chǔ)量約960萬(wàn)噸，設(shè)計(jì)年生產(chǎn)45萬(wàn)噸原煤。聚隆礦生產(chǎn)的無(wú)煙煤有低硫，低灰，高熱等特點(diǎn)，是受冶金、煤炭化工企業(yè)及電廠等歡迎的產(chǎn)品。聚隆礦隸屬邯鄲武安市，距邯鄲市區(qū)僅25公里左右路程，煤礦位于交通樞紐，有青蘭、京深兩條高速公路，邯長(zhǎng)、京廣兩條鐵路線以及309國(guó)道在此經(jīng)過(guò)，享有優(yōu)越的地理位置和便利的交通位置。聚隆礦井田的煤層瓦斯聚集比較集中，這是由

36、于該井田的煤層地質(zhì)通氣性差，煤層的傾角角度較低，瓦斯排除遇到較大組里，因此，容易聚存大量的瓦斯。并且煤層以較為寬緩的背、向斜為主，斷裂構(gòu)造是瓦斯流通和存儲(chǔ)的最佳空間，在斷層附近容易逸出瓦斯，然后在遠(yuǎn)離斷層的空間聚存。另外煤層埋藏深度、褶曲構(gòu)造也是導(dǎo)致本井田瓦斯含量高的主要成因。同時(shí)，在進(jìn)行煤塵爆炸試驗(yàn)的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，煤塵爆炸可產(chǎn)生10mm長(zhǎng)的火焰，需要4045%的巖粉量才能將火焰撲滅。因此，聚隆礦煤層中的煤塵有著極強(qiáng)的爆炸性，危險(xiǎn)度較高。綜上所述可以發(fā)現(xiàn)，聚隆礦的煤炭開(kāi)采受瓦斯和煤塵兩大危險(xiǎn)因素威脅，嚴(yán)重影響了該礦的安全生產(chǎn)，有重大的安全隱患。我國(guó)制定的煤礦安全生產(chǎn)條例，對(duì)煤礦井下風(fēng)速以及通風(fēng)量都

37、有嚴(yán)格規(guī)定。一般情況下，通風(fēng)機(jī)的容量是參照煤礦生產(chǎn)后期所需的用風(fēng)量進(jìn)行設(shè)計(jì)的。在這種情況下，礦井的風(fēng)機(jī)幾乎是全功率狀態(tài)下工作，才能滿足礦井通風(fēng)的需求，達(dá)到煤炭安全設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)；在實(shí)際的通風(fēng)過(guò)程中對(duì)風(fēng)壓和風(fēng)量的控制主要通過(guò)調(diào)節(jié)導(dǎo)葉角實(shí)現(xiàn)，這樣就會(huì)浪費(fèi)大量的電能。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年發(fā)生的煤礦安全事故中，有七成以上都是由于通風(fēng)管理的疏忽和漏洞以及通風(fēng)設(shè)備出現(xiàn)故障造成的1。另外，由于瓦斯和煤塵爆炸而發(fā)生的惡性煤礦安全事故占重大安全事故的一半，而深究其原因，主要還是礦井風(fēng)機(jī)不能很好地通風(fēng)排氣，造成瓦斯堆積。在實(shí)際生產(chǎn)中，除了電能浪費(fèi)現(xiàn)象和瓦斯聚集之外，從環(huán)境方面考慮，由于大多數(shù)煤礦的通風(fēng)方式都是抽取式的，煤礦地

38、下巷道中產(chǎn)生的一氧化碳、甲烷以及含有大量煤塵的氣體具有極強(qiáng)的危害性，如果直接排放到空氣中，會(huì)嚴(yán)重污染空氣，甚至?xí)：θ梭w的健康。能源需求的不斷增加促使煤礦的規(guī)模越來(lái)越大，礦山機(jī)械的發(fā)展也很大程度上提高了煤礦的生產(chǎn)效率，同時(shí)也對(duì)井下通風(fēng)系統(tǒng)的檢測(cè)和控制提出了更高的要求。現(xiàn)代煤礦生產(chǎn)要求對(duì)井下通風(fēng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)和監(jiān)控，對(duì)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障或安全隱患要及時(shí)排除。在煤礦的生產(chǎn)過(guò)程中，主扇風(fēng)機(jī)的地位至關(guān)重要，煤礦生產(chǎn)的安全管理也越來(lái)越重視這一內(nèi)容，因此，國(guó)內(nèi)的各高等院校以及國(guó)家科研機(jī)構(gòu)都努力開(kāi)發(fā)更先進(jìn)的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控通風(fēng)機(jī)運(yùn)作，這一舉措收到各煤礦企業(yè)的一致認(rèn)可。1.2 國(guó)內(nèi)外礦井通

39、風(fēng)監(jiān)測(cè)研究現(xiàn)狀（Research Status about Mine Ventilation Monitoring at Home and Abroad）由于國(guó)外（法國(guó)、美國(guó)、俄羅斯、德國(guó)等）對(duì)礦井通風(fēng)設(shè)備監(jiān)測(cè)研究起步早，因而有許多較為先進(jìn)的監(jiān)控產(chǎn)品被用于煤礦生產(chǎn)中，采用現(xiàn)代化的通風(fēng)技術(shù)，保證了礦井的合理通風(fēng)及供風(fēng)，不僅大大降低了重大安全事故的發(fā)生幾率，同時(shí)也提高了生產(chǎn)效率，效果顯著。國(guó)外的科技發(fā)展起步較早，計(jì)算機(jī)和電子技術(shù)發(fā)展較快，在計(jì)算機(jī)智能自控技術(shù)上領(lǐng)先一步。上世紀(jì)末期，某些發(fā)達(dá)國(guó)家在計(jì)算機(jī)自控技術(shù)方面飛速發(fā)展，取得了很大的成就。波蘭在礦井通風(fēng)技術(shù)一直處于領(lǐng)先地位，通過(guò)井上微機(jī)對(duì)收集到的

40、數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，繪制井下的立體網(wǎng)絡(luò)圖，然后根據(jù)井下的通風(fēng)需求調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和送風(fēng)量，實(shí)現(xiàn)煤礦的井下通風(fēng)和安全生產(chǎn)。美國(guó)西屋研發(fā)的監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)相對(duì)成熟，上世紀(jì)末已經(jīng)成為監(jiān)測(cè)預(yù)警方面的專家級(jí)系統(tǒng)，此外丹麥的B&K公司，日本的三菱公司在風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)上都已經(jīng)相對(duì)成熟。這些系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在各國(guó)煤礦生產(chǎn)上，例如，德國(guó)通用電氣（AEG）的通風(fēng)控制系統(tǒng)被淮南礦務(wù)局引進(jìn)后，就實(shí)現(xiàn)了連續(xù)七年安全生產(chǎn)無(wú)故障的佳績(jī)。在煤礦主通風(fēng)機(jī)風(fēng)量智能調(diào)節(jié)及在線監(jiān)控系統(tǒng)方面，我國(guó)也取得了一些成就。谷善茂等人為了解決控制難題，研發(fā)出了無(wú)人值守系統(tǒng)，在通風(fēng)機(jī)監(jiān)控上取得一定成果4；陳燎原等則對(duì)西門子的變頻器、PLC和組態(tài)王等進(jìn)行改進(jìn)和完

41、善，研發(fā)出來(lái)自己的通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)5。李祥和等研發(fā)的“FJZ型礦井主扇風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)與故障診斷儀”實(shí)現(xiàn)了礦井通風(fēng)機(jī)的試試監(jiān)測(cè)以及故障預(yù)警；胡亞非教授等人研發(fā)設(shè)計(jì)的“K.1Z-型礦井主扇風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)與通訊系統(tǒng)”實(shí)現(xiàn)了井下數(shù)據(jù)采集，井下通風(fēng)設(shè)備一體化控制，隨后升級(jí)的KJZ-2型，環(huán)境適應(yīng)能力大大提高，可以在更為惡劣的井下環(huán)境中準(zhǔn)確，可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)，是玩過(guò)實(shí)現(xiàn)井下通風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)和控制一體化的重要成果。雖然許多大型煤礦已配備了這些研究成果,并且取的了顯著的成效.但在實(shí)際使用中也暴露出一些問(wèn)題，這些問(wèn)題亟待解決4:(1)煤礦主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控功能中，對(duì)風(fēng)機(jī)的控制功能不強(qiáng)。不能實(shí)時(shí)控制調(diào)

42、節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量，同時(shí)控制方法簡(jiǎn)單，模糊性強(qiáng)，從而控制不準(zhǔn)確。另外風(fēng)機(jī)全功率運(yùn)行，使得大部分電能流失掉，同時(shí)不能做到提前預(yù)測(cè)風(fēng)機(jī)故障等。(2)煤礦風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)相對(duì)較獨(dú)立，不能很好地與整個(gè)煤礦通風(fēng)系統(tǒng)或者煤礦管理系統(tǒng)相互協(xié)同工作，信息不能及時(shí)反饋，管理較為松散。(3)在可靠性方面，煤礦風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控還有不足之處。早期的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件功能是由若干工作人員通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)的，沒(méi)有嚴(yán)格的規(guī)范，致使一旦存在漏洞，工作量頗大。以上問(wèn)題暴露出我們國(guó)家與國(guó)外先進(jìn)水平相比還有很大的差距，尤其是在對(duì)風(fēng)機(jī)的實(shí)時(shí)控制方面。另外我國(guó)研發(fā)的風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)完善度不高，不夠智能，綜合能力相對(duì)較差。由于監(jiān)控系統(tǒng)的兼容性

43、和靈活性相對(duì)較弱，不能很好地?cái)U(kuò)展和移植性到其他地方。隨著工業(yè)控制對(duì)自動(dòng)化要求的提高，為了能研發(fā)出性能更強(qiáng)的系統(tǒng)，這就必須實(shí)現(xiàn)工業(yè)設(shè)備與計(jì)算機(jī)的有機(jī)結(jié)合，才能研究和設(shè)計(jì)出滿足自動(dòng)監(jiān)控礦井主扇風(fēng)機(jī)的系統(tǒng)。1.3研究的目的與意義( Purpose and Significance of This Paper)煤炭是我國(guó)最為主要的能源，每年都要生產(chǎn)大量的煤炭，占據(jù)我國(guó)能源消費(fèi)的主要地位。當(dāng)前新能源受到關(guān)注，許多科研機(jī)構(gòu)都投入了人力與物力進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)，但從我國(guó)目前的科技水平，經(jīng)濟(jì)態(tài)勢(shì)以及能源結(jié)構(gòu)來(lái)看，我國(guó)在未來(lái)很長(zhǎng)的時(shí)期仍將把煤炭作為最主要的能源。我國(guó)煤炭主要是通過(guò)熱力發(fā)電實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)化的，其中通風(fēng)安全直

44、接關(guān)系到我國(guó)煤炭行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，是我國(guó)能源安全供應(yīng)及經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要保障，所以對(duì)煤礦的風(fēng)機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)監(jiān)控是重中之重。為了切實(shí)保障煤礦安全生產(chǎn)，必須完善主扇風(fēng)機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，主扇風(fēng)機(jī)的監(jiān)測(cè)監(jiān)控主要包括以下具體內(nèi)容：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)通風(fēng)機(jī)組在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，風(fēng)機(jī)的振動(dòng)幅度，電機(jī)軸承和風(fēng)機(jī)軸承的溫度變化等數(shù)據(jù)，并與參照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，從而了解機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)診斷與處理。（2）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主扇風(fēng)機(jī)、電機(jī)的溫度變化參數(shù)，包括電機(jī)定子繞組溫度、主扇風(fēng)機(jī)軸溫。（3）對(duì)風(fēng)機(jī)的電流、電壓、有功功率、能耗以及功率因素等電氣參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。（4）對(duì)主扇風(fēng)機(jī)的負(fù)壓、風(fēng)量、效率、功率以及運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

45、。（5）對(duì)主扇風(fēng)機(jī)在水平方向以及垂直方向振動(dòng)的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。（6）將風(fēng)機(jī)的前后兩級(jí)風(fēng)葉的角度顯示出來(lái)。（7）提前設(shè)定報(bào)警參數(shù)，一旦超出設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)，就用聲光信息以及彩色動(dòng)態(tài)圖進(jìn)行報(bào)警，并將故障部位的動(dòng)態(tài)參數(shù)顯示出來(lái)。（8）對(duì)風(fēng)道內(nèi)的瓦斯等易燃易爆氣體濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦超出安全標(biāo)準(zhǔn)立刻發(fā)出警報(bào)。（9）對(duì)電機(jī)的起停，風(fēng)門開(kāi)合以及配電柜進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。文章對(duì)現(xiàn)有的礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行分析，去粗取精，為礦井通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)提出策略，在風(fēng)機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控中融入工控PLC，再配置高靈敏度的傳感裝置，對(duì)通風(fēng)機(jī)的狀態(tài)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控，通過(guò)中央控制電腦遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)礦井通風(fēng)機(jī)的無(wú)人值守。1.4 本

46、文的主要工作（Main Research Contents of This Paper）本文對(duì)目前的礦井通風(fēng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行深入的分析研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前存在的問(wèn)題并找出了解決方法。針對(duì)煤礦通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)存的問(wèn)題，本論文確定了監(jiān)控系統(tǒng)的待測(cè)參數(shù)以及參數(shù)的測(cè)量方法，采用PLC變頻調(diào)節(jié)頻率和速度，最終控制風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓和出風(fēng)量，最終達(dá)到能源利用最大化以及生產(chǎn)效率最大化。通過(guò)分析通風(fēng)機(jī)的構(gòu)成和工作方式，從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究：(l)針對(duì)聚隆礦現(xiàn)況展開(kāi)調(diào)查并分析，得出該礦井的重大危險(xiǎn)源。對(duì)礦井的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行研究，并介紹了國(guó)內(nèi)外通風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的研究狀況，為了高效率的進(jìn)行監(jiān)測(cè)與監(jiān)控,提出了PLC變頻控制技術(shù)。

47、(2)局部風(fēng)機(jī)的PLC變頻系統(tǒng)由變頻器主電路以及PLC控制電路構(gòu)成。將要監(jiān)測(cè)的對(duì)象：溫度、壓力、振動(dòng)幅度、電機(jī)轉(zhuǎn)速等通過(guò)變送器或者傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，以便采集模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，同時(shí)要采用抗干擾設(shè)備防止數(shù)據(jù)失真。這個(gè)系統(tǒng)不僅可以在變頻方式上切換手動(dòng)與自動(dòng)，一旦瓦斯?jié)舛冗^(guò)高，還可以加大風(fēng)壓風(fēng)量或者直接斷電報(bào)警。(3)確定正確的PLC變頻方式，選用合適的變頻器、傳感器等電子元件。(4)分析現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)，找出可能故障的特點(diǎn)，確定待測(cè)點(diǎn)的性質(zhì)，提出整體功能需求，按照合理性要求設(shè)計(jì)監(jiān)控結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的有效保護(hù)。(5)以工程現(xiàn)實(shí)情況為依據(jù)，設(shè)計(jì)控制PLC開(kāi)關(guān)量。設(shè)定瓦斯超標(biāo)濃度，然后模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行編程，設(shè)定變

48、頻器參數(shù)。(6)實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)運(yùn)作情況的實(shí)時(shí)在線現(xiàn)實(shí)。在上位機(jī)通過(guò)PLC和相關(guān)的組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。最后是對(duì)全文的總結(jié)，對(duì)全文研究成果進(jìn)行總結(jié)并提出下一步的研究方向。2 聚隆礦通風(fēng)系統(tǒng)概述2 Introduction of Ventilation System in JuLong Mine2.1 聚隆礦主扇風(fēng)機(jī)概述（Introduction of Main Fan in JuLong Mine）聚隆礦在地面使用了兩臺(tái)對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī)作為主扇風(fēng)機(jī)。內(nèi)置防爆電機(jī)，整體性好，抗干擾能力強(qiáng)，有以下特點(diǎn)： 1、目前大多數(shù)煤礦的抽風(fēng)機(jī)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)采用長(zhǎng)軸或者皮帶輪傳動(dòng)，給操作和維修帶來(lái)很大麻煩，而聚隆礦的風(fēng)

49、機(jī)主扇風(fēng)機(jī)采用葉輪和電機(jī)直聯(lián)式傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于操作和維修。 2、聚隆礦采用的三相異步電機(jī)屬于YB系列，防爆性強(qiáng)，外置全封閉散熱罩，具有耐高壓的特點(diǎn)，電機(jī)置于無(wú)瓦斯氣體的運(yùn)行環(huán)境中，有著雙重隔爆功效。 3、在風(fēng)機(jī)和擴(kuò)散器中間加裝了后導(dǎo)葉，靜壓效率高，能耗低。比其他煤礦大多使用局扇群節(jié)能效果提高六倍以上，能耗僅為離心式風(fēng)機(jī)的60%。 4、另外，此種風(fēng)機(jī)還可以反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生反風(fēng)，這樣就節(jié)省了反風(fēng)道建設(shè)的成本，而且反風(fēng)效果顯著。 5、采用角度可調(diào)式葉輪，從3042度分5個(gè)安裝角度。這樣，同一規(guī)格風(fēng)機(jī)就可以通過(guò)調(diào)整安裝角度來(lái)滿足不同生產(chǎn)規(guī)模的需要。 6、此風(fēng)機(jī)還可以防止因摩擦而產(chǎn)生火花，風(fēng)機(jī)的整體防爆性

50、能極大提高。 7、特殊的設(shè)計(jì)方式，使得其性能曲線平穩(wěn)，無(wú)論遇到什么樣的網(wǎng)絡(luò)阻力，都運(yùn)行非常穩(wěn)定。2.2 風(fēng)機(jī)供電系統(tǒng)（The Fan Power Supply System）采用設(shè)置在室外的一體化箱式供電系統(tǒng)為風(fēng)機(jī)供電，高、低壓配電室與變壓室均劃分設(shè)置。其主要設(shè)備包括：(1)高壓電機(jī)：按照風(fēng)機(jī)與電機(jī)1:2的比例配置6千伏高壓異步電機(jī)，裝機(jī)容量315千瓦，采用三相定子，前后軸承上裝有溫度感應(yīng)和傳感裝置。(2)變壓器：通過(guò)兩臺(tái)50kva的變壓器為低壓柜供電。保證附屬設(shè)備正常運(yùn)行，配置有溫度監(jiān)控傳感裝置，對(duì)三相電機(jī)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦超標(biāo)，可以自動(dòng)操作風(fēng)機(jī)起停。(3)進(jìn)線柜：為風(fēng)機(jī)以及主系統(tǒng)配置

51、兩臺(tái)進(jìn)線柜。(4)聯(lián)絡(luò)柜：聯(lián)絡(luò)風(fēng)機(jī)供電系統(tǒng)母線。(5)換向柜：2臺(tái)，主要功能為調(diào)節(jié)兩臺(tái)主扇風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)向。(6)箱變房：一體式箱變房，變壓室，高、低壓配電室區(qū)分設(shè)置，內(nèi)設(shè)溫控和傳感器，配有散熱風(fēng)機(jī)，溫度超標(biāo)，自動(dòng)操作風(fēng)機(jī)起停，保證散熱效果。2.3 聚隆礦通風(fēng)系統(tǒng)（The Mine Ventilation System）煤礦有四大固定設(shè)備，主通風(fēng)機(jī)為其中之一，通風(fēng)機(jī)要實(shí)現(xiàn)能持續(xù)地安全運(yùn)轉(zhuǎn)，必須設(shè)計(jì)以下部分，設(shè)計(jì)中的兩個(gè)風(fēng)洞是相互備用關(guān)系，一旦發(fā)生意外或者出現(xiàn)故障需要檢修時(shí)，可以保證通風(fēng)系統(tǒng)不停機(jī)。地面風(fēng)道閘門：設(shè)置在風(fēng)機(jī)入口，為倒換風(fēng)機(jī)和調(diào)節(jié)風(fēng)量之用。通風(fēng)管道，在風(fēng)道安裝壓力監(jiān)測(cè)和傳感裝置，以及可以

52、測(cè)量流體溫度的監(jiān)測(cè)裝置。風(fēng)門電機(jī)：風(fēng)道閘門開(kāi)關(guān)之用，四臺(tái)11千瓦380伏的三項(xiàng)電機(jī)，檢修風(fēng)機(jī)或者開(kāi)關(guān)風(fēng)道閘門時(shí)開(kāi)啟。2.4 風(fēng)量調(diào)節(jié)方法（The Method of Regulating Air Flow）聚隆礦設(shè)置兩個(gè)旋轉(zhuǎn)風(fēng)門，一般用來(lái)檢修主扇風(fēng)機(jī)是進(jìn)入風(fēng)道之用。該礦的通風(fēng)系統(tǒng)主扇風(fēng)機(jī)，每臺(tái)都有兩臺(tái)電機(jī)帶動(dòng)，但是一級(jí)電機(jī)的扇葉要多，葉片角度也更大。聚隆礦的地面主扇風(fēng)機(jī)是軸流風(fēng)機(jī)，不能調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，又因?yàn)闆](méi)有配備變頻調(diào)速裝置，所以在安裝風(fēng)機(jī)時(shí)就對(duì)葉片的數(shù)量，間距以及安裝角度進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)風(fēng)壓和風(fēng)量的作用，但是，風(fēng)機(jī)一旦開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)始終是全功率運(yùn)轉(zhuǎn)，如果井下所需風(fēng)量不大，那么就會(huì)浪費(fèi)掉很

53、多的電能。在實(shí)際生產(chǎn)中，一般很難對(duì)風(fēng)機(jī)的扇葉數(shù)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此，在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中多采用調(diào)節(jié)風(fēng)門的方式來(lái)調(diào)節(jié)送風(fēng)量，這種方式在煤礦生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。另外，聚隆礦的風(fēng)量需求高，但是井下線路較為復(fù)雜，導(dǎo)致在風(fēng)機(jī)停止工作后，因?yàn)轱L(fēng)流紊亂，會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)。另外，由于開(kāi)采難度較大，經(jīng)常會(huì)在井下進(jìn)行爆破作業(yè)，爆破時(shí)產(chǎn)生的沖擊波也會(huì)擾亂風(fēng)流，也是導(dǎo)致風(fēng)機(jī)頻繁自動(dòng)停機(jī)的主要因素。6結(jié)論與展望3 礦井風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的方案總體設(shè)計(jì)3 Overall Design of Monitoring and Control System for Mine Fan當(dāng)前，越來(lái)越多的自動(dòng)化設(shè)備投入到煤礦生產(chǎn)中，大大提高了生產(chǎn)效率

54、，節(jié)約了人力與物力?；谡{(diào)研分析現(xiàn)場(chǎng)控制要求，為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、靈活度高的目的，本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外已有的通風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)，設(shè)計(jì)適合于聚隆礦的監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)。通過(guò)合理的控制方式，以及可靠的保護(hù)功能，選擇變頻調(diào)速系統(tǒng)。3.1 變頻技術(shù)調(diào)速原理與設(shè)計(jì)（Principle and Design of Speed Regulation by Frequency Conversion Technology）隨著自動(dòng)化程度越來(lái)越高，電機(jī)有著非常重要的地位，許多生產(chǎn)作業(yè)都要通過(guò)電機(jī)拖動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中交流異步電機(jī)使用最為廣泛，它的特點(diǎn)是體積較小，價(jià)格相對(duì)低廉，運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)5，但相比于直流電機(jī)，交流電機(jī)

55、不能很好地進(jìn)行調(diào)速，基于這種情況，又開(kāi)發(fā)出很多方式調(diào)節(jié)交流電機(jī)轉(zhuǎn)速。如可采用定子電壓調(diào)速，異步電機(jī)變極，串級(jí)調(diào)速，變頻以及轉(zhuǎn)子串電阻的方式進(jìn)行電機(jī)調(diào)速6，使得交流電機(jī)調(diào)速難的問(wèn)題迎刃而解，這其中的變頻調(diào)速應(yīng)用最多，效果較為突出。 依據(jù)電機(jī)拖動(dòng)的原理，可知道交流異步電機(jī)轉(zhuǎn)速的表達(dá)式為: 式中 ：-電機(jī)定子電源頻率；-異步電機(jī)磁極對(duì)數(shù)；-相應(yīng)角頻率-電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率； 式中：-異步電機(jī)固有角頻率；-異步電機(jī)同步轉(zhuǎn)速；由上述公式可知，通過(guò)改變異步電機(jī)同步轉(zhuǎn)速或者轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，即可調(diào)節(jié)異步電機(jī)定子繞組的輸入電源頻率。另外，采用電機(jī)帶動(dòng)，同步轉(zhuǎn)速總比交流異步電機(jī)轉(zhuǎn)速要高，并且隨著的變化，交流異步電機(jī)轉(zhuǎn)速也會(huì)發(fā)生

56、變化。電源頻率，同步轉(zhuǎn)速和異步電機(jī)轉(zhuǎn)速的變量成正比。的增加會(huì)導(dǎo)致后者增加，而的減小也會(huì)導(dǎo)致后者的減小。因此，變頻調(diào)速就是通過(guò)改變電源頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)調(diào)速7。3.2 電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的基本控制方式（The Basic Control Mode of Motor Frequency Control）通過(guò)以上的理論分析，可以知道只需要改變異步電機(jī)輸入電源頻率，就可與調(diào)節(jié)交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。但具體應(yīng)用時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)輸入電源頻率的改變，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的一些機(jī)械特性和轉(zhuǎn)差率等發(fā)生變化，因此不能單純的通過(guò)改變就能達(dá)到變頻調(diào)速的目的。這時(shí)就需要采取一些合理有效的控制方法。現(xiàn)在交流變頻控制調(diào)速的方法基本有三種形式8：1.輸入

57、電源頻率低于工頻范圍的調(diào)節(jié)電機(jī)定子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)公式:式中：-電機(jī)各極磁通；-電機(jī)定子繞組匝數(shù)常數(shù)； 定子電壓與繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系式為式中：-定子繞組各組的阻抗；-定子繞組的相電流；假如不考慮定子壓降的影響，則可近似為：并且可以簡(jiǎn)化為:其中：通過(guò)電機(jī)拖動(dòng)原理，可以知道異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和磁通之間的關(guān)系表達(dá)式為：式中：-轉(zhuǎn)子電流折算到定子側(cè)的有效值；-電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)；-轉(zhuǎn)子電路各相功率因數(shù)；從上面公式可以看出，異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩增加，那么電機(jī)的磁通就會(huì)相應(yīng)增加，這樣在電源頻率降低時(shí)再將定子電壓降低，只需要保證二者比為定值，那么異步電機(jī)的磁通與電磁轉(zhuǎn)矩也維持不變，這就是恒磁通調(diào)速的控制方式9。

58、2.輸入電源頻率高于工頻范圍的調(diào)節(jié)實(shí)際工作中，定子電壓必須在異步電機(jī)額定工作電壓范圍內(nèi)，如果增大電源頻率，在數(shù)值上會(huì)變小，反之，會(huì)變大。另外，如果維持定子電壓穩(wěn)定不變，通過(guò)上述公式可知，定子磁通與電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩都會(huì)減小，最終增大電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)的功率表達(dá)式為；式中為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度如果能同時(shí)控制電源頻率與電磁轉(zhuǎn)矩，使得他們之間的比值為固定值，可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)功率為定值，提高電源頻率但是不改變電壓，就是恒功率調(diào)速的控制方式3.轉(zhuǎn)差頻率的控制電機(jī)保持穩(wěn)定運(yùn)行的時(shí)候，轉(zhuǎn)差率相對(duì)較小，為了使電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩近似正比于轉(zhuǎn)差角頻率，就需要對(duì)定子電流合理控制，從而保證電機(jī)的氣隙磁通維持不變。所以，控制異步電

59、機(jī)，改變，就可以間接對(duì)電磁轉(zhuǎn)柜進(jìn)行控制，這就是轉(zhuǎn)差頻率調(diào)速。3.3 變頻器的結(jié)構(gòu)與選型（The Structure and Selection of Frequency Converter）變頻器按結(jié)構(gòu)可以分為直接變頻和間接變頻，直接變頻就是交-交變頻器，這種結(jié)構(gòu)主要是將工頻交流電直接轉(zhuǎn)換成交流電，轉(zhuǎn)換后的交流電的頻率以及電壓都可控；間接變頻就是交-直-交變頻器。這種結(jié)構(gòu)先是交流電轉(zhuǎn)換為直流電，通過(guò)整流器實(shí)現(xiàn)，然后再用濾波器將直流電轉(zhuǎn)換，之后就可以實(shí)現(xiàn)交流電的電壓以及頻率控制。現(xiàn)在大多數(shù)煤礦采用整流器、濾波器和逆變器組成的交直交變頻器，如下圖所示基本結(jié)構(gòu)。圖* 變頻器基本結(jié)構(gòu)圖Figure *

60、 Inverter basic structure diagram（1）整流器：有可控和不可控兩種，用作定頻定壓交流電到直流電轉(zhuǎn)換。（2）逆變器：這是變頻器的核心部分，它的作用是將直流電逆變?yōu)榻涣麟姡瑥亩关?fù)載正常工作，因?yàn)榻涣鬏斎腚娫磁c逆變器的輸出的頻率和電壓沒(méi)有關(guān)系，所以也可以稱為無(wú)源逆變器。(3)濾波器：整流電路的輸出電壓不是理想的直流，用示波器觀察整流電路的輸出電流，與可以發(fā)現(xiàn)波形中含有較大的脈動(dòng)成分，稱為紋波。為了盡可能的減少這些紋波，獲得較為理想的直流電壓，必須借助具有儲(chǔ)存能量的電抗性元件（如電容、電感）組成的濾波電路，因此可將濾波器電感直流和電容直流電壓濾波器。逆變器以感性負(fù)載(