摘 要：提升機(jī)電控系統(tǒng)能夠平穩(wěn)運(yùn)行直接關(guān)系到提升機(jī)的提升運(yùn)輸效果。文中在對(duì)常用的交流變頻調(diào)速、直流可逆變調(diào)速方式進(jìn)行對(duì)比分析基礎(chǔ)上，根據(jù)礦井實(shí)際，選擇直流可逆變調(diào)速方式對(duì)提升機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。并具體闡述了電控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成以及運(yùn)行特點(diǎn)。設(shè)計(jì)的電控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)較為穩(wěn)定，控制效果較好，能夠確保提升機(jī)安全、平穩(wěn)、高效運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：提升機(jī)；電控系統(tǒng)；礦井運(yùn)輸

隨著煤炭開(kāi)采的技術(shù)的不斷提升，對(duì)礦用提升機(jī)的有了更高的要求，特別是提升機(jī)的電控系統(tǒng)，對(duì)保證提升效率以及提升安全具有重要的影響[1-2]。良好的提升機(jī)電控系統(tǒng)可以在故障發(fā)生前就做出預(yù)警，并自動(dòng)制動(dòng)，降低提升機(jī)故障給礦井安全生產(chǎn)帶來(lái)的不利影響[3]。提高提升機(jī)電控系統(tǒng)穩(wěn)定性對(duì)促進(jìn)礦井的生產(chǎn)具有明顯的現(xiàn)實(shí)意義[4-5]。以山西某礦提升機(jī)為研究對(duì)象，采用直流可逆調(diào)速系統(tǒng)對(duì)提升機(jī)運(yùn)行進(jìn)行控制，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐取得較好應(yīng)用效果。

1 概述

山西某礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為300萬(wàn)t/a，采用立井開(kāi)拓方式。主井作為主要的運(yùn)輸通道，深度為250m，采用的提升機(jī)型號(hào)為JKMD3.5X4，功率為2240kW。提升機(jī)正常工作時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速在45r/min。提升機(jī)的提升速度為3.5m/s。

2 常用電控系統(tǒng)分析

現(xiàn)階段，我國(guó)礦用提升機(jī)電控系統(tǒng)常用的技術(shù)方法為交流變頻調(diào)速以及直流可逆變調(diào)速方式，具體需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。上述兩種方式均可以強(qiáng)化操作人員對(duì)提升機(jī)的控制，提高設(shè)備的安全性及穩(wěn)定性。

2.1 交流變頻調(diào)速

在對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出功率在600kW～2000kW時(shí)，常用的電控系統(tǒng)方式為交流變頻調(diào)速。在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)一般會(huì)采用高壓變頻器，通過(guò)異步電機(jī)對(duì)提升機(jī)運(yùn)行、調(diào)速進(jìn)行控制。主要的設(shè)備有變頻調(diào)速柜（變頻器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子以及變頻單元等構(gòu)成），操控臺(tái)（信號(hào)輸入及輸出單元、操控單元等構(gòu)成）。該種操控方式操作過(guò)程以及設(shè)備組成都較為簡(jiǎn)單。

通過(guò)上述公式可以看出，主需要改變輸入電流的頻率F就可以改變驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度N。因此，只需要通過(guò)主控制臺(tái)向變頻柜發(fā)出模擬量信號(hào)以及開(kāi)關(guān)量信號(hào)，改變控制柜內(nèi)變頻器輸出的電源頻率，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)運(yùn)行速度調(diào)整的目的。變頻器通常采用的變頻技術(shù)為背靠背雙三電平交直交方式。高壓變頻調(diào)速柜采用轉(zhuǎn)子穿電阻方式，在6kV以及10kV交流電設(shè)備中具有較好的應(yīng)用效果，具體的提升機(jī)負(fù)載結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 直流可逆變調(diào)速方式

采用這種方式可以結(jié)合提升機(jī)的功率，將直流調(diào)速磁場(chǎng)保持在恒定狀態(tài)，電樞換向回路分為6脈動(dòng)以及12脈動(dòng)兩種。為了提高提升機(jī)設(shè)備的效率，并降低諧波造成的影響，對(duì)于功率小于500kW的提升機(jī)采用的電樞換向?yàn)?脈動(dòng)回路；對(duì)于功率大于500kW設(shè)備，選擇12脈動(dòng)回路，確保設(shè)備的安全性以及工作效率。

2.3 方案確定

根據(jù)礦井采用的提升機(jī)型號(hào)，設(shè)備功率，采用直流可逆變調(diào)速方式更能保證設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。雖然采用直流可逆變調(diào)速方式相對(duì)于交流變頻方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且電機(jī)的維護(hù)工作量也更大。但是直流可逆變調(diào)速技術(shù)方式更為成熟，對(duì)提升機(jī)速度調(diào)整也更為穩(wěn)定。通過(guò)分析提升機(jī)的經(jīng)濟(jì)以及穩(wěn)定性，并考慮到該礦采用的提升機(jī)功率為2240kW，因此，直流可逆變調(diào)速對(duì)提升機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)電樞換向采用12脈動(dòng)回路。

3 直流可逆變調(diào)速電控系統(tǒng)組成

設(shè)計(jì)的電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成主要有高、低壓供電電路、控制系統(tǒng)、上位機(jī)監(jiān)控設(shè)備以及整流調(diào)速設(shè)備組成。對(duì)提升機(jī)進(jìn)行控制時(shí)各個(gè)組成單元需要完成數(shù)據(jù)、信號(hào)的互換。

調(diào)速設(shè)備采用西門(mén)子生產(chǎn)的6RA70數(shù)字調(diào)速設(shè)備，配套有大功率的整流柜，主要是用來(lái)保持直流調(diào)速磁場(chǎng)恒定，更好的實(shí)現(xiàn)電樞轉(zhuǎn)向12脈動(dòng)控制。提升機(jī)的操作控制系統(tǒng)采用網(wǎng)格化，PLC采用S7 300系列；高壓供電開(kāi)關(guān)柜采用KYN28 12型，實(shí)現(xiàn)對(duì)10kV進(jìn)電電源的配電工作，配備饋電柜、進(jìn)線柜以及3臺(tái)測(cè)量保護(hù)柜。對(duì)系統(tǒng)的繼電保護(hù)選真空斷路器。控制系統(tǒng)的低壓供電采用手動(dòng)切換雙回路進(jìn)線方式，為提升機(jī)的輔助設(shè)備供電。變壓設(shè)備的主干路采用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行澆筑，并在鐵芯位置采用傳感器對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。采用PLC控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的控制。

4 控制系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)

通過(guò)對(duì)提升機(jī)電控系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)，采用電樞轉(zhuǎn)向12脈動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)恒定，保持提升設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，若整流裝置出現(xiàn)緊急情況或者有意外發(fā)生，應(yīng)立刻將12脈動(dòng)方式調(diào)整為6脈動(dòng)方式，提升機(jī)處于慢速運(yùn)行狀態(tài)，并且不需要改變單次運(yùn)輸時(shí)的載荷量。12脈動(dòng)與6脈動(dòng)方式切換，對(duì)供電電網(wǎng)沖擊比較小?？刂葡到y(tǒng)在實(shí)踐運(yùn)行過(guò)程中較為平穩(wěn)，可以通過(guò)數(shù)字顯示提升機(jī)運(yùn)行速度、電流大小以及提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。采用的PLC控制器可以實(shí)現(xiàn)提升機(jī)手動(dòng)、自動(dòng)以及半自動(dòng)等不同控制方式，便于操控人員的控制。

5 總結(jié)

提升機(jī)是礦井重要的運(yùn)輸設(shè)備，其能否安全、平穩(wěn)、高效運(yùn)行直接關(guān)系到礦井能夠安全高效生產(chǎn)。提升機(jī)的電控系統(tǒng)作為提升機(jī)運(yùn)行的控制中心，對(duì)安全、穩(wěn)定以及可靠性要求較高。直流逆變調(diào)速是現(xiàn)階段較為成熟的、可靠的方式，安全系數(shù)較高，在工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用較為廣泛。采用直流逆變調(diào)速對(duì)提升機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)踐也表明，設(shè)計(jì)的電控系統(tǒng)穩(wěn)定性較高、可以確保提升機(jī)的安全、平穩(wěn)、高效運(yùn)行，為礦井生產(chǎn)運(yùn)輸提供良好條件。

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作者簡(jiǎn)介：

王維（1990- ），男，山西省陵川縣人，2012年6月畢業(yè)于中北大學(xué)，信息商務(wù)學(xué)院自動(dòng)化專業(yè)，本科，現(xiàn)為助理工程師。