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1、山东科技大学本科毕业设计（论文）开题报告题目矿井提升机直流电控系统设计学院名 称 电气与自动化工程学院专业班级学生姓名学号指导教师填表时间：2016年4月 20日填表说明1. 开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之 一。2. 此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期完成，经指 导教师签署意见、相关系主任审查后生效。3. 学生应按照学校统一设计的电子文档标准格式，用A4纸打印。4. 参考文献不少于 8 篇，其中应有适当的外文资料（一般不少于 2 篇）。5. 开题报告作为毕业设计（论文）资料，与毕业设计（论文）一同存档。设计（论文） 题目矿井提升机直
2、流电控系统设计设计（论文） 类型（划“厂）工程设计应用研究开发研究基础研究其它V、本课题的研究目的和意义近年来，随着我国经济的快速发展和对矿山资源需求的高速增长，对矿山 生产技术提出了越来越高的要求。矿井提升机作为矿山进行生产活动的关键设备 之一，其电控调速技术的发展对促进矿井生产效率的提高和安全作业，无疑具有 极其重大的影响。历经几十年发展，我国的矿井提升机电控技术取得了不少的进 步，但与美国、德国等世界发达国家相比，依然存在着很大的差距。目前，发达 国家的矿井提升机电控技术已全面实现了全数字控制，而国内绝大多数中小煤矿 的矿井提升机电控系统还是交流串电阻调速的继电器一接触器控制系统，效率低
3、 下，安全隐患多，严重制约着我国矿山产业的健康发展，急需大规模的技术改造 和更新。矿井提升机直流拖动相对于交流拖动，提升能力强，并且调速容易。例 如，一台交流提升机功率最大为lOOOkw，当要求提升功率为2000kw下时可以采 用双交流电机拖动方式，若要求提升功率大于2000kw时则需要采用直流提升机拖 动。矿井直流提升机电控系统可以完成对直流提升机的起动、加速运行、匀速运 行、减速运行和回馈制动的控制，并且可以实现平滑运行，调速精度高和提升机 的四象限运行。矿井直流提升机电控系统的优点在于:体积小，重量轻，占地面积 小，安装方便，建筑费用低；无减速器，总效率高，电能消耗少；维护工作量小, 备
4、件少，处理事故快；单机容量大，适用范围广；调速平滑，精度高；易于实现 最佳控制和自动化，安全可靠。矿井直流提升机电控系统还可为以后的计算机控 制的系统的设计和建设打下了基础，和实现矿井提升机的全数字控制。本设计采 用磁场换向的晶闸管-直流电动机（SCR-D）系统作为矿井直流提升机的控制系统， 可有效的改善矿井提升机的起动、调速和制动的性能，实现矿井提升机的最佳控 制。二、本课题的主要研究内容(提纲)本课题主要完成矿井提升机电控系统的初步设计，包括主电路结构选择计 算、控制方案的确定、动静态计算等。具体的课题内容有：(1) 总体设计方案的制定：系统整体方案的确定、各模块实现方法的选择、 各模块及
5、整个系统的实现框图；(2) 相关硬件电路的设计：矿井提升机主电路的选择与设计，矿井提升机控 制电路和保护电路的设计等；(3) 系统中相关参数的计算：根据矿井提升机电控系统的要求进行动静态相 关计算以及相关器件的选择。(4) 静态特性分析，画出静态结构方框图推导静态参数计算公式并画出静特 性曲线(5) 动态特性分析，系统的动态结构图，起动过渡过程分析二、设计专题数字调节器的方法讨论与实现四、文献综述(国内外研究情况及其发展)国内提升机发展现状1交流拖动方式目前我国提升机约70%采用串电阻调速的交流拖动方式。有单绳和多绳两种 系列，大都采用改变转差率S的调速方法，在调速中产生大量的转差功率，使大量
6、 电能消耗在转子附加电阻上，导致调速的经济性变差。极少数提升机采用串级调 速方法，其调速范围窄，且投资大。2.直流拖动方式我国提升机采用直流拖动有两种系统:直流发电机-电动机机组(F-D)和晶闸 管-直流电动机(SCR-D)系统。其生产和使用情况如下:(1 )国内研制大型直流提升 机主要有三大厂家:上海电机厂主要生产配套电机，己生产低速直流电机800多 台，最大容量5775kw，额定转速50r/mi n,其中长广煤矿及五村煤矿的提升机为 lOOOkW、48r/min,淮南潘三矿采用一台2600kW低速直联电机;上海冶金矿山机 械厂主要生产主机及信号系统，已生产80多台提升机，1979年生产过一
7、台低速直 联落地式提升机:北京整流器厂主要生产配套电控系统，己从瑞士BBC公司和瑞 典ASEA公司引进了晶闸管电控整机系统及元件生产线，直流电控容量可达到 7000kW;还引进了交流变频调速（交-直-交）电控生产线，可生产单机420kw变频调 速电控设备;1986年向甘肃金川矿提供了一套带微机控制的800kW直流电控设备。 从国外引进的晶闸管供电的直流提升机20多套，其中AEG公司21O0kW低速直 联6套、西门子公司低速直联4套、瑞典ASEA公司9套。另外，还正在引进计算机 控制的低速直联电控系统。国外矿井提升机的现状1.晶闸管-电动机（SCR-D ）直流低速直联拖动系统部分发达国家原有的交
8、流提升机已基本上被晶闸管-电动机（以下简称SCR-D） 系统所取代。如德国、瑞典等国家已有90%以上采用直流提升机，传动系统大都 采用低速直联式（省去减速机），使系统大为简化。如AEG公司采用低速直联的 SCR-D系统，电机功率3000kw,额定转速55.8r/min,滚筒直径6.5m,提人速度17m/s, 提物速度20m/s，提升高度1200米，具有完善的保护系统;采用磁场反并联，有平 波电抗器及卧式深度发送装置；采用积分给定与行程给定相结合的双重给定信号; 主回路采用两组三相桥组成12脉动顺抗整流，大大提高了功率因数。SIEMENS（西 门子）公司、ABB公司、CEGELEC公司以及ASE
9、A公司等都有相同类型的产品，其 性能大同小异。此类系统的优点在于：体积小，重量轻，占地面积小，安装方便, 建筑费用低；无减速器，总效率高，电能消耗少；维护工作量小，备件少，处理 事故快；单机容量大，适用范围广；调速平滑，精度高；易于实现最佳控制和自 动化，安全可靠。其缺点在于：功率因数低，如三相桥平均功率因数只有0.45左 右；无功冲击大，高次谐波对电网影响大。这些缺点可采用顺序控制和多脉冲整 流的方法以及在电网上加谐波滤波器等措施使其抑制在一定的允许范围内。2交流变频调速同步机驱动提升系统SCR-D直流拖动系统趋于成熟，且采用了顺控技术等措施来提高功率因数， 但其功率因数仍然较低，从而从电网
10、吸收大量的无功功率，且对电网品质因数产 生严重的影响，提升容量越大，问题越突出。再则，直流电机制造成本高，电枢 回路的整流子限制了提升容量的进一步增加，且整流子，碳刷易磨损，加大了维 护工作量，故障率高。因此换相整流子是个薄弱环节。由于存在上述两个问题， 迫使人们又重新考虑交流拖动方式。自80年代初以来，交流变频供电的同步机拖 动异军突起，在大型提升机中发展成为技术、经济均优的拖动方式。如SIEMENS 公司 1979年投运的2X4200kW、lx2650kw,额定转速55.5r/min； CEGELEC公司 1983 年投运的1X5480kw，额定转速69.5r/min； AEG公司1985
11、年投运的1x3000kW，额 定转速55.8r/min，ABB公司投运的1x4200kw额定转速45.86r/min； SEIMAG公司投 运的2x460OkW等变频调速同步机拖动的提升机，经过多年的运行，均获得成功。 这种拖动系统主要有如下优点：提升容量几乎不受限制，最大可达10000kW, 提升速度可达20m/s以上，提升高度1200米以上，滚筒直径达6.5m，这是直流系统 难以达到的；没有整流子和碳刷这一薄弱环节，保证了电机的可靠运行和降低 了运行消耗；功率因数高，可达0.9-1,极大地节省了电能；动态品质好（和直 流系统相同），系统可在四象限平滑过渡和无级调速；由于机械特性好，故起动
12、转矩大。同步机的价格和有色金属的消耗低于直流机；调速范围宽。因此， 多数专家认为，变频同步机拖动调速系统是大型提升机拖动的必然发展方向。这 种拖动系统的缺点是：必须有专用的变频电源；在恒转矩调速时，低速段电 机的过载倍数有所降低；高次谐波对电网有影响，需在电网上加滤波器等补偿 措施加以缓解。五、拟解决的关键问题本课题拟解决的关键问题是控制策略研究，提升机是矿山生产中的关键设备, 它属于大转动惯量机-电-液系统，提升机要按所要求的速度图运行，否则在系统 中容易产生大的惯性力，降低机器的寿命，甚至产生脱轨等恶性事故。控制策略 研究就是要通过电液控实时地、准确地使提升机按给定的速度图运行，使控制系
13、统的精度和稳定性满足提升机运行的要求。因此关键是解决提升机控制系统。六、研究思路和方法根据设计题目的要求，本设计主要分三部分：（1）总体设计方案的制定；（2） 相关硬件电路的设计；（3）系统中相关参数的计算。对现有的提升机电控系统进行 改造设计，提高精度，在更安全的范围内保证矿山生产的顺利进行。设计中充分 考虑到保护系统恶劣的使用环境，采用控制功能强大的PLC来代替传统的大型交 流接触器，简化了控制线路。在软件中采用提升机电控系统中断模块及故障处理 模块，使超速报警更加科学合理。为了更直观的显示提升机的工作状态及故障来 源，增加了提升机监视控制系统，通过显示器对整个提升系统进行监控。七、本课题
14、的进度安排本学期毕业设计共16周具体安排如下1-2周：复习相关课程，如电力电子技术，电机及拖动，自动控制原理，计算 机控制技术，运动控制系统（1）,单片机原理及应用，电子技术等。3-4周：毕业实习。5-6周：收集并整理设计所需要原始资料，查阅相关领域研究成果及论文，学 习他人的设计理论及思想，制定，推敲，论证自己的设计方案。编制完成开题报 告。7-8周：整体设计方案的具体实现，各功能模块的具体实现。9-10周：硬件电路设计，绘制原理图。11周：静动态参数设计。12-14周：专题设计。15周：编写毕业设计技术文件。16周：准备毕业答辩。对设计内容进行总结，弄懂各部分的原理及工作过程, 写出毕业答
15、辩发言稿，做到心中有数，应对毕业答辩。八、参考文献1 徐文尚陈霞 武超电气控制技术与PLC北京：机械工业出版社，2011.8 2 阮毅 陈伯时电力拖动自动控制系统北京：机械工业出版社，2010.93 王树变频调速系统设计与应用北京：机械工业出版社，2004.44 陈伯时 吴子岳交流调速系统北京：机械工业出版社，2007.35 周祖德邓坚机电传动控制上海：华东理工大学出版社，2001.16 王清灵现代矿井提升机电控系统.北京：机械工业出版社，1996.37 TAREL KO W. Control model of maintainability levelJ . ReliabilityEngineering and System Safety ,1995 ,47 :85 - 91.8Development of a Mine Hoist and Ore Pass ResearchFacility.Michael J.Beus and Todd M.Ruff.February,1997.顾永辉，范廷瓒.煤矿电工手册（第三分册）.煤炭工业出版社.1999.
