王立男

摘 要：礦用提升機(jī)在煤礦生產(chǎn)中具有重要地位，是礦井安全生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。在傳統(tǒng)提升機(jī)控制系統(tǒng)中主要采用轉(zhuǎn)子調(diào)控的方式，這種控制方式操作比較復(fù)雜，而且可靠性比較差。在信息技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)的快速發(fā)展下，變頻調(diào)速控制系統(tǒng)在提升機(jī)中得到了廣泛的應(yīng)用，因此應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)其應(yīng)用研究。

關(guān)鍵詞：提升機(jī)；變頻調(diào)速；控制

礦用提升機(jī)在可靠性、調(diào)速性能以及安全性方面的要求比較高，變頻調(diào)速作為一種比較新的自動(dòng)化控制技術(shù)，具有調(diào)控效率高、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)無極差調(diào)控，使交流電動(dòng)機(jī)在比較大的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無極平滑調(diào)速。在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，基本都采用了微機(jī)控制的方式，這種控制方式手段靈活，而且運(yùn)算比較快，還能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)督、自我診斷等功能。變頻調(diào)速在提升機(jī)的調(diào)速控制中具有比較高的可靠性和經(jīng)濟(jì)效益，因此逐漸得到了廣泛的應(yīng)用。

1 礦用提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)簡介

1.1 提升機(jī)的工作原理

礦用提升機(jī)一般都是利用電機(jī)將裝滿礦物的列車從斜井中拖上來，在礦物卸載完成之后再將空車?yán)秒姍C(jī)拖動(dòng)沿著斜井放下去。在礦物開采中，礦物車廂和火車的運(yùn)貨車廂比較類似，但是在體積以及高度等方面比較小。在礦井井口用絞車提升機(jī)利用電機(jī)帶動(dòng)卷筒旋轉(zhuǎn)，鋼絲繩纏繞在卷筒上，然后掛上一列車廂進(jìn)行提升。在礦井提升的過程中可以分為五個(gè)不同的階段，分別是加速、等速、減速、爬行以及停車抱閘階段，其中加速階段是提升機(jī)從靜止中起動(dòng)并且加速到最高速度的階段，在等速階段提升機(jī)以最高速度穩(wěn)定運(yùn)行；減速階段是提升機(jī)從最高速度減速到爬行速度；爬行階段是箕斗定位以及準(zhǔn)備停車階段。

1.2 提升機(jī)的工作特點(diǎn)

在煤礦生產(chǎn)中，礦井提升機(jī)發(fā)揮了重要作用，它也是礦山能夠安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。提升機(jī)的工作性能直接影響到了礦山的安全以及工作的效率。在提升機(jī)的工作過程中，箕斗按照一定的速度在礦井中以比較高的速度進(jìn)行上升和下降的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。因此為了保證提升機(jī)安全工作，就必須采取相應(yīng)的電氣控制設(shè)備以及完善的保護(hù)裝置。

1.3 提升機(jī)的調(diào)速控制方式

提升機(jī)按照其使用技術(shù)不同，可以分為兩大類，直流發(fā)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)和交流發(fā)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。電動(dòng)機(jī)一般采用交流同步電動(dòng)機(jī)或者交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其中直流調(diào)速系統(tǒng)又可以分為G-M、V-M系統(tǒng)以及直流脈寬調(diào)制PWM系統(tǒng)。G-M系統(tǒng)是以直流電源電機(jī)機(jī)組的形式所形成的直流調(diào)速系統(tǒng)。它的電源是通過直流發(fā)電機(jī)來提供電流，以不可調(diào)的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流大小和方向來改變發(fā)電機(jī)輸出電壓的大小和極性。這種調(diào)速系統(tǒng)在使用的過程中需要提前打地基，而且設(shè)備的體積大、效率低下，在運(yùn)行的過程中噪音比較高，也不利于維護(hù)。V-M系統(tǒng)是靜止裝置通過調(diào)節(jié)觸發(fā)器控制電壓，改變觸發(fā)脈沖的相位來改變整流器的控制角，最終改變可控整流器輸出電壓的大小和極性來實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速系統(tǒng)。V-M系統(tǒng)和G-M系統(tǒng)相比具有一定的優(yōu)勢，其可靠性和技術(shù)上也更強(qiáng)，而且設(shè)備簡單，速度調(diào)整也更快，但是V-M系統(tǒng)只能夠在第一和第四象限內(nèi)運(yùn)行，難以滿足提升機(jī)四個(gè)象限內(nèi)運(yùn)行的要求，而且在低速運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生比較大的諧波電流，容易干擾到礦山電網(wǎng)的正常運(yùn)行。直流脈寬調(diào)制PWM系統(tǒng)中的電源是通過改變晶體管的導(dǎo)通和關(guān)斷以及通斷比，也就是通過脈沖寬度來調(diào)控系統(tǒng)改變輸出電壓的大小和極性。這種系統(tǒng)在性能上也更加優(yōu)越，具有快速響應(yīng)功能，而且在低速運(yùn)行時(shí)比較平穩(wěn)，電機(jī)的損耗和發(fā)熱也比較小，抗外界干擾能力比較強(qiáng)。

礦用提升機(jī)交流調(diào)速系統(tǒng)是利用交流異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的方式工作的，在具體的調(diào)速方式上可以通過改變交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速或者不改變同步轉(zhuǎn)速兩種方式。實(shí)際調(diào)速方式中，不改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方式主要通過串級(jí)調(diào)速、斬波調(diào)速等方式來實(shí)現(xiàn)；通過改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方式由改變定子電壓、頻率或者變極對數(shù)調(diào)速等多種方式來實(shí)現(xiàn)。變極對數(shù)調(diào)速是通過改變定子繞組的接線方式來改變定子極對數(shù)最終達(dá)到改變調(diào)速的目的。這種調(diào)速方式穩(wěn)定性比較好，效率高，但是也存在著級(jí)差比較大的缺點(diǎn)。變頻調(diào)速主要是通過改變定子的電源頻率來改變其同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法，這也目前常用的變頻方式，其特點(diǎn)是效率高，而且應(yīng)用范圍廣泛，調(diào)速范圍比較大等。

2 提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)研究

2.1 變頻調(diào)速的原理

變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與輸入電源頻率之間的正比關(guān)系，改變定子電源頻率來達(dá)到改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。在變頻調(diào)速技術(shù)中實(shí)現(xiàn)異步電機(jī)的控制方式有很多，在控制方式中主要由V/F、轉(zhuǎn)差頻率以及矢量控制等多種方式。V/F控制是交流電機(jī)調(diào)速最簡單的一種方式，只需要保持V/F為常數(shù)，從而保證轉(zhuǎn)子磁通量的恒定狀態(tài)，但是這種控制速度方式的特點(diǎn)是性能比較差，電機(jī)的利用效率低。轉(zhuǎn)差頻率控制是通過測定異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速對轉(zhuǎn)差頻率利用閉環(huán)控制的方式來實(shí)現(xiàn)的，這種控制方式系統(tǒng)比較穩(wěn)定，而且精度比較高，調(diào)速的范圍比較廣泛，電動(dòng)機(jī)的利用效率比較高。矢量控制是建立在轉(zhuǎn)子磁鏈定向的基礎(chǔ)上，通過坐標(biāo)的變化來實(shí)現(xiàn)，可以將控制電機(jī)作為直流電機(jī)來進(jìn)行控制。

2.2 變頻調(diào)速在提升機(jī)中的應(yīng)用

在過去常用的調(diào)速系統(tǒng)中，由于直流調(diào)速能夠快速實(shí)現(xiàn)，而且其調(diào)速精度高等優(yōu)點(diǎn)，占據(jù)了提升機(jī)變頻調(diào)速中的主流地位。但是這種調(diào)速系統(tǒng)由于環(huán)境適應(yīng)能力差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以高速運(yùn)行等缺點(diǎn)，限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用。對于交流異步電機(jī)變頻調(diào)速來說，其過流能力大，對于環(huán)境的適應(yīng)能力比較強(qiáng)，而且結(jié)構(gòu)簡單，容易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，但是也存在著調(diào)速性能不足的缺點(diǎn)。隨著近年來微電子技術(shù)和控制技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代控制技術(shù)和其它技術(shù)一起廣泛地應(yīng)用到交流調(diào)速系統(tǒng)中，從而使交流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。特別是高性能微處理器的出現(xiàn)，為高性能的變頻調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。變頻調(diào)速控制系統(tǒng)雖然發(fā)展的時(shí)間比較短，但是變頻調(diào)速能夠?qū)崿F(xiàn)平滑調(diào)速，效率運(yùn)行高、調(diào)速范圍廣泛等優(yōu)點(diǎn)在礦井提升機(jī)中得到了廣泛的應(yīng)用。

2.3 變頻器的選擇

在選擇變頻器時(shí)應(yīng)當(dāng)根據(jù)負(fù)荷特點(diǎn)來確定，由于提升機(jī)負(fù)載屬于重力，所以其負(fù)載特點(diǎn)屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。對于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載來說，在運(yùn)行的過程中會(huì)存在一定的靜摩擦力，而且負(fù)載的慣性比較大，所以在啟動(dòng)時(shí)要求要有比較高的轉(zhuǎn)矩。這對于變頻器來說，要具備足夠的低頻轉(zhuǎn)矩以及短時(shí)過流能力，當(dāng)?shù)退儇?fù)載比較大時(shí)，往往需要通過提高轉(zhuǎn)矩，但是又會(huì)引起電壓補(bǔ)償過高，引起電流保護(hù)動(dòng)作。為了避免這種情況發(fā)生，在選擇變頻器時(shí)可以將變頻器的容量提高一些，還可以選擇使用直接轉(zhuǎn)矩控制或者矢量控制的變頻器。

3 結(jié)束語

近年來，隨著微處理器以及自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展，礦用提升機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)也得到了快速發(fā)展，而且其性能也越來越強(qiáng)大，變頻調(diào)速控制系統(tǒng)作為一種比較先進(jìn)的系統(tǒng)，不僅能夠很好地調(diào)控提升機(jī)的速度，同時(shí)還可以和其它系統(tǒng)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)對提升機(jī)運(yùn)行過程的監(jiān)督管理，有效提升了控制的質(zhì)量。變頻調(diào)速控制的調(diào)速范圍大，能夠?qū)崿F(xiàn)軟啟動(dòng)，而且調(diào)控的精度也非常高，具有良好的節(jié)能效果，在實(shí)踐應(yīng)用中有效提高了提升機(jī)的安全性和穩(wěn)定性，這對于提高煤礦的生產(chǎn)效率以及企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益具有重要的意義。

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