王 臻

(山東華特磁電科技股份有限公司 山東 濰坊 262600)

隨著生活水平的提高,人們的環(huán)保意識日益加強,目前礦山機械設(shè)備企業(yè)越來越注重對高效、節(jié)能環(huán)保設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn);礦產(chǎn)資源在開采利用中,原礦品味不斷降低,越來越多的復合礦需要電磁選礦設(shè)備來處理。這些現(xiàn)實對選礦設(shè)備提出了高標準、高要求,選礦設(shè)備的好壞直接影響著選礦質(zhì)量,選礦質(zhì)量水平是選礦設(shè)備的最好體現(xiàn)。機電一體化和智能化控制的相互滲透大大促進了選礦工藝的提高,電力電子和軟件控制技術(shù)變得與機械工程同等重要。

1 續(xù)流電路在電磁選礦設(shè)備勵磁線圈的應(yīng)用

目前大部分電磁選礦設(shè)備如電磁漿料磁選機、電磁干粉磁選機等,都是直流電產(chǎn)生強磁場,由于電感儲能大,正常工作時會在兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,存儲大量磁場,斷電時較大能量消耗在直流線圈上,兩端感應(yīng)電動勢不能立即消失,很容易將電路中的元器件損壞,影響設(shè)備的使用壽命。

在線圈兩端并聯(lián)一只二極管反向串聯(lián)的電路給線圈提供了一個小號能量的通路,通路的電流方向和二極管正向?qū)?使電路運行可靠,這組電路就叫續(xù)流電路。當斷電時線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢通過二極管和線圈構(gòu)成的回路使電流平穩(wěn)的變化,保護了電路中其他元器件的安全,提高了設(shè)備的使用壽命。

三相橋式整流電路中的續(xù)流電路(見圖1)。六只可控硅組成三相橋式整流電路,在可控硅兩端分別并聯(lián)RC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)后,組成三相整流式阻容吸收電路,這在礦山設(shè)備大電感性負載中是最常見的電路。對于大多數(shù)電感性負載的選礦設(shè)備,三相橋式阻容吸收整流電路是應(yīng)用最為普遍的,在這種電路上接入續(xù)流電路,既能保護電路中其他元件不受電流電壓突變而燒毀,又能釋放線圈兩端殘留電動勢。

圖1 三相橋式整流電路中的續(xù)流電路

2 續(xù)流電路在電磁選礦設(shè)備勵磁線圈的改進

選礦設(shè)備的技術(shù)水平直接影響生產(chǎn)的暢通和應(yīng)用。目前大部分電磁選礦設(shè)備為了提高物料品位都是循環(huán)操作,即進料→吸鐵→停止進料→卸鐵→再進料的循環(huán)控制模式。當通電的電磁選礦設(shè)備勵磁線圈斷電時,斷電瞬間線圈所儲存的磁場能量要經(jīng)歷從“有至無(或零)”的突變,因磁場能量從有→無的突變會在線圈內(nèi)產(chǎn)生電動勢,這種或電動勢的大小取決于磁通量變化的速率,自感電壓過高危及回路內(nèi)電器元件的絕緣,或擊穿回路產(chǎn)生破壞作用。三相橋式整流電路加上續(xù)流電路后一方面卸鐵時間長,大大影響了礦物處理量,另一方面,設(shè)備現(xiàn)場操作很難實現(xiàn)自動模式下平穩(wěn)工作。降低了生產(chǎn)效率,減少了選礦處理量。筆者主要介紹對續(xù)流電路的改進,縮短放電時間,提高設(shè)備使用周期,最大程度地實現(xiàn)礦物資源的綜合回收利用。

改進后的續(xù)流電路(見圖2),在續(xù)流二極管串聯(lián)一組電阻,分流器兩端并聯(lián)控制器組成閉環(huán)控制系統(tǒng),運用先進的PID 控制技術(shù),其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便,電壓電流可調(diào)且恒定。自動化水平的高低已成為衡量電磁選礦設(shè)備現(xiàn)代化水平的一個重要標志,采用新電路結(jié)構(gòu)、新技術(shù),使直流線圈斷電時在短時間內(nèi)快速釋放殘留能量,縮短勵磁線圈的放電時間。

圖2 改進后的續(xù)流電路

電磁選礦設(shè)備勵磁線圈是一個很大的電感,正常工作啟動時,電流沖擊很大,嚴重影響使用壽命,采用先進的PID 控制方法,可以很好地解決電流不恒定的問題。PID 控制可以很好地解決啟動過程中震蕩和超調(diào)的問題,其穩(wěn)定性比較高。采用PID 控制人機界面(見圖3),通過采樣當前電流值經(jīng)AD 轉(zhuǎn)換,經(jīng)數(shù)字濾波器濾波后,將當前電流值送入PID 控制器內(nèi),PID控制器按照設(shè)定的比例、積分、微分和采樣時間參數(shù),計算出當前輸出給定值,經(jīng)DA 轉(zhuǎn)換控制三相全控橋電路導通角;通過不斷地將當前電流值與設(shè)定電流值的PID 運算,逐漸消除誤差,從而控制整流電路的直流電流值達到設(shè)定電流值,并維持當前電流值在設(shè)定電流值附近動態(tài)平衡。電源電壓的波動、元器件的老化、現(xiàn)場的環(huán)境溫度等因素都將影響磁場的穩(wěn)定性。為了磁場恒定,采用PID 算法設(shè)置比例、積分與微分三個參數(shù)實現(xiàn)礦山設(shè)備大功率負載輸出電流的恒定不變,加快調(diào)節(jié)速度,更快達到預期理想值,穩(wěn)定性比較高。當線圈斷電時,改進后的續(xù)流電路,可以使電流平緩的變化,加上電阻器后能使殘余電動勢快速釋放。改進后的續(xù)流電路并不僅單純的是一種電器元件,極大的作用將電感中的能量對外傳遞,一方面保證了整個電路電器元件的安全,最大程度的節(jié)約了成本;另一方面快速釋放殘余電動勢,加快了設(shè)備使用率,大大提高了礦物處理量。PID 控制器的參數(shù)整定是改進后續(xù)流電路設(shè)計的核心內(nèi)容,PID 控制器參數(shù)整定方法分為兩類,即理論計算整定法和工程整定法。

圖3 采用PID 控制人機界面

前者主要通過理論計算來確定控制器參數(shù),這種方式得出來的理論數(shù)據(jù)一般還需要經(jīng)過后期現(xiàn)場進行調(diào)整修改;后者主要通過現(xiàn)場經(jīng)驗,直接在試驗中進行,且方法簡單、易于掌握,在電磁選礦設(shè)備現(xiàn)場調(diào)試中被廣泛采用。無論采用哪一種方法所設(shè)置的控制器參數(shù),都需要在實際運行中進行最后的調(diào)整與完善。

在實際調(diào)試中,只能先大致設(shè)定一個經(jīng)驗值,然后根據(jù)調(diào)節(jié)效果修改。在選礦過程中為了提高原礦品質(zhì),增加礦物處理量,提高設(shè)備使用率,要求生產(chǎn)過程始終處于最優(yōu)工作狀態(tài)。PID 控制中要求系統(tǒng)能夠根據(jù)被測參數(shù)的變化而自動對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié),使系統(tǒng)隨時處于最佳狀態(tài)。

3 續(xù)流電路使用注意事項

改進后的續(xù)流電路在電磁礦山設(shè)備應(yīng)用廣泛,在使用過程中應(yīng)注意以下幾點:

(1)續(xù)流電路是電感性負載斷電時釋放電動勢的主要有效手段。

(2)續(xù)流電路中二極管的極性不能接錯,否則會做大量無用功,即續(xù)流二極管對直流電壓應(yīng)反接,二極管的負極應(yīng)接感性負載的正極。

(3)續(xù)流電路中電阻器的選型,根據(jù)不同感性負載選擇,有很大的靈活性。

(4)PID 三個參數(shù)的設(shè)定,要根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗設(shè)定,并通過在現(xiàn)場反復調(diào)試來確定最佳值。

(5)大多數(shù)情況PID 參數(shù)的設(shè)定只需取兩個單元,但比例控制單元是必須要設(shè)定的。正常情況比例系數(shù)不能太大,積分時間不要太小,否則會出現(xiàn)電流不穩(wěn)定或過大。

4 結(jié)語

電磁選礦設(shè)備要以節(jié)能、低耗、高效、簡化流程為發(fā)展方向,利用先進的電力電子技術(shù),對電磁選礦設(shè)備工藝進行不斷優(yōu)化改進,淘汰現(xiàn)有低效高耗的設(shè)備,使電磁選礦設(shè)備在不斷的滿足市場需求的同時,自身也得到了持續(xù)的發(fā)展。

未來電磁選礦設(shè)備經(jīng)過進一步的更新和升級,面向經(jīng)濟建設(shè),以數(shù)字化、智能化、生態(tài)化為發(fā)展目標,一定能夠在更多、更廣闊的領(lǐng)域中體現(xiàn)自身的價值,推動礦山經(jīng)濟和社會的發(fā)展。