石永君

摘 要：礦井提升是指沿礦井井筒運出礦石、煤、廢石或矸石，以及升降人員、設(shè)備和器材等。礦井提升方式的分類見表，其中以鋼絲繩提升應(yīng)用最廣泛，使用的鋼絲繩品種有磷化涂層鋼絲繩、鍍鋅鋼絲繩和光面鋼絲繩，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電動機(jī)的控制也得到了空前的發(fā)展，原來以直流電機(jī)為主要控制對象的時代已經(jīng)被取代。取而代之的是交流電機(jī)，交流電機(jī)與直流電機(jī)相比有其天然的優(yōu)勢即：成本低、過載能力強、操作簡單、易于控制等。

關(guān)鍵詞：煤礦；電子技術(shù)；電動機(jī)

1.礦用高壓變頻器的發(fā)展

隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)及計算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，促進(jìn)了電氣傳動的技術(shù)革命。交流調(diào)速取代直流調(diào)速，計算機(jī)數(shù)字控制取代模擬控制已成為發(fā)展趨勢。交流電機(jī)變頻調(diào)速是當(dāng)今節(jié)約電能，改善生產(chǎn)工藝流程，提高產(chǎn)品質(zhì)量，以及改善運行環(huán)境的一種主要手段。變頻調(diào)速以其高頻率，高功率因數(shù)，以及優(yōu)異的調(diào)速和啟制動性能等諸多優(yōu)點而被國內(nèi)外認(rèn)為最有前途的調(diào)速方式。

以前的高壓變頻器，由可控硅整流，可控硅逆變等器件構(gòu)成，缺點很多，諧波大，對電網(wǎng)和電機(jī)都有影響。近年來，發(fā)展起來的一些新型器件將改變這一現(xiàn)狀，如IGBT、IGCT、SGCT等。由它們構(gòu)成的高壓變頻器，性能優(yōu)異，可以實現(xiàn)PWM逆變，甚至是PWM整流。不僅具有諧波小，功率因數(shù)也有很大程度的提高。

2.礦用提升機(jī)拖動方案選擇

實現(xiàn)工業(yè)自動化控制可以用多種方式來實現(xiàn)，總體方案設(shè)計中選擇何種控制系統(tǒng)是關(guān)鍵的一環(huán)。它直接關(guān)系到投資成本、耗能、可靠性、安全性和應(yīng)用效果。本系統(tǒng)的總體方案選型主要包括監(jiān)控系統(tǒng)的選型和拖動系統(tǒng)的選型，其中監(jiān)控系統(tǒng)選型又包括操作站系統(tǒng)的選型和主控制系統(tǒng)的選型。這里僅對主控系統(tǒng)的拖動方案選擇。

3.交流傳動系統(tǒng)

交流傳動系統(tǒng)泛指以各種交流電動機(jī)為控制對象的傳動系統(tǒng)，一般地說，交流傳動比較簡單，設(shè)備和安裝費用低，建筑占地面積小，但電氣調(diào)速性能差，減速和爬行階段需要附加拖動裝置。

⑴串級調(diào)速在繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路中引入外加電動勢，以改變電動機(jī)運行轉(zhuǎn)差率而獲得不同轉(zhuǎn)速。根據(jù)產(chǎn)生附加電勢的方法不同，異步串級拖動可分為直流電機(jī)串級、離子串級以及可控硅直流串級。目前廣泛采用的是后者，該拖動方式具有效率較高，調(diào)速平滑，爬行段不需附加其它設(shè)備和控制性能好等特點。它的缺點是功率因數(shù)低、顛覆力矩降低約17%，線路較復(fù)雜，投資較高等。

⑵變頻調(diào)速大型提升機(jī)采用變頻調(diào)速取代傳統(tǒng)的直流傳動是近年來的發(fā)展趨勢，它克服了大功率直流電動機(jī)換向器的換向能力受限，設(shè)計制造及維護(hù)困難和電動機(jī)體積龐大等問題。變頻調(diào)速是利用異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速隨頻率變化的特性，通過改變異步電動機(jī)的頻率進(jìn)行調(diào)速的方法，它有以下顯著的優(yōu)點：

①輸出功率可以連續(xù)調(diào)節(jié)，可以實現(xiàn)電動機(jī)無級調(diào)速。

②功率因數(shù)高，利用效率高，節(jié)能效果顯著。

l）有發(fā)無功功率的能力，不消耗電網(wǎng)上的無功。

2）穩(wěn)壓性能好。如設(shè)備在額定功率下運行，能保證電動機(jī)在額定電壓下

運行，從而避免了因電壓高（低）對電機(jī)所造成的危害。

3）在電動機(jī)的負(fù)荷低于額定功率時，它可以根據(jù)給定值來調(diào)整電動機(jī)的輸出功率。

③對電網(wǎng)電壓波動有很大的適應(yīng)能力，并能大大減少系統(tǒng)對電網(wǎng)的污染。

④可調(diào)范圍（頻率可在0Hz～400Hz之間進(jìn)行調(diào)節(jié)）寬，可以實現(xiàn)大范圍調(diào)速，并能保證很硬的輸出特性，并且動態(tài)響應(yīng)特性好，調(diào)速精度高。適用于各種壓力、溫度、速度、流量的控制。

⑤啟動、停止平穩(wěn)，極大地緩和了對電動機(jī)的沖擊，使電動機(jī)能夠平穩(wěn)地加速或減速，從而避免了驟然啟動或驟然停止所造成的損害，大大延長了電動機(jī)及整套機(jī)組的使用壽命。

除此之外，更兼其體積小、重量輕、通用性強的特點，因此，變頻調(diào)速技術(shù)越來越廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。這將極大地提高工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的自動化水平，從而可以實現(xiàn)增產(chǎn)節(jié)能的目的。

4.直流傳動系統(tǒng)

1.直流發(fā)電機(jī)一電動機(jī)傳動方式控制直流發(fā)電機(jī)的勵磁實現(xiàn)電動機(jī)變電樞電壓調(diào)速，均勻地調(diào)節(jié)勵磁電流和極性，可方便地實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無級調(diào)速和四象限運行。其缺點是設(shè)備和安裝費用高、建筑占地面積大、發(fā)電機(jī)組維護(hù)工作量大。

2.晶閘管變流裝置供電方式利用晶閘管變流裝置組成的可逆系統(tǒng)是一種可實現(xiàn)四象限運行、性能好的調(diào)速系統(tǒng)且效率高、可節(jié)能、維護(hù)工作量小。在該系統(tǒng)下一般均采用以電樞電流反饋為內(nèi)環(huán)和測速反饋為外環(huán)的雙環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。可逆系統(tǒng)基本上采用有環(huán)流控制和無準(zhǔn)備切換邏輯無環(huán)流控制兩種控制方式。

5.提升機(jī)電控系統(tǒng)選型

在保證系統(tǒng)的可靠、安全和經(jīng)濟(jì)性的前提下，綜合考慮上述各種方案的優(yōu)缺點，本系統(tǒng)各模塊的選型方案如下：

拖動控制系統(tǒng)：采用三相交流異步電動變頻調(diào)速系統(tǒng)，以實現(xiàn)節(jié)能、穩(wěn)定運行。

另外，本系統(tǒng)的上位機(jī)系統(tǒng)：采用觸摸式顯示屏，以模擬畫面形式顯示出絞車運行的各種狀態(tài)、各種參數(shù)及各種控制元件工作狀況；主控制系統(tǒng)：采用完全獨立的兩套PLC系統(tǒng)進(jìn)行過程實時監(jiān)控實現(xiàn)安全回路的雙線制。在這，由于時間原因就不過多介紹此部分。

6.變頗器原理

變頻調(diào)速是通過改變電機(jī)定子繞組供電的頻率來達(dá)到調(diào)速的目的。變頻器的工作原理是把市電（380V、50Hz）通過整流器變成平滑直流，然后利用半導(dǎo)體器件（GTO、GTR或IGBT）組成的三相逆變器，將直流電變成可變電壓和可變頻率的交流電，由于采用微處理器編程的正弦脈寬調(diào)制（SPWM）方法，使輸出波形近似正弦波，用于驅(qū)動異步電機(jī)，實現(xiàn)無級調(diào)速。可見通用變頻器由功率主電路和控制電路及操作顯示三部分組成，主電路包括整流器、直流中間電路、逆變器及檢測部分的傳感器。直流中間電路包括限流電路、濾波電路和制動電路以及電源再生電路等?？刂齐娐分饕芍骺仉娐沸盘枡z測電路、保護(hù)電路控制電源和操作顯示接口電路等組成。高性能矢量型通用變頻器由于采用了矢量控制方式，在進(jìn)行矢量控制時需要進(jìn)行大量的運算，其運算電路中往往還有一個以數(shù)字信號處理器DSP為主的轉(zhuǎn)矩計算用CPU及相應(yīng)的磁通檢測和調(diào)節(jié)電路。

7.模糊PID變頻器系統(tǒng)原理

前面我們已經(jīng)提到由于變頻器的設(shè)計涉及到很多運算，同時它又對系統(tǒng)的實時性要求比較嚴(yán)格，基于這些原因一般采用由DSP為核心的變頻系統(tǒng)。基于DSP的矢量控制調(diào)試系統(tǒng)由功率電路、控制系統(tǒng)及輔助電路組成。功率電路由電壓型的交—直—交變壓變頻結(jié)構(gòu)、驅(qū)動電路和交流電機(jī)組成?？刂葡到y(tǒng)由DSP芯片為核心及其外圍輔助電路組成，用來完成矢量控制核心算法、SVPWM產(chǎn)生、轉(zhuǎn)矩推算、相關(guān)電壓電流的檢測處理等功能。為了擴(kuò)大使用范圍，該系統(tǒng)設(shè)計時考慮了有速度傳感器的情況。輔助電路由輔助開關(guān)電源、光電編碼器、濾波放大器和電流互感器組成，以實現(xiàn)給系統(tǒng)提供多路直流電源、電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測及放大等功能。

參考文獻(xiàn)：

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