簡(jiǎn)述礦井提升機(jī)的電氣調(diào)速系統(tǒng)

馬慶平

(遼寧東煤基本建設(shè)有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110022)

1 礦井提升機(jī)的傳統(tǒng)電氣系統(tǒng)

1.1 礦井提升機(jī)的提升流程與電氣控制

為了詳細(xì)講解礦井提升機(jī)的電氣系統(tǒng)，先要明確其工作流程，依其工作方式對(duì)現(xiàn)有的氣系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估，方能提出較有意義的電氣控制方案。接下來我們就對(duì)其工作流程加以敘述。

礦井提升機(jī)在提升的整個(gè)過程可分為加速、等速、減速、爬行和停車這5個(gè)階段。在這5個(gè)階段中加速階段是礦井提升機(jī)由靜止到運(yùn)行到最高速度的過程;等速階段是礦井提升機(jī)以最高速度運(yùn)行的過程，它是提升過程的主要運(yùn)行階段;減速階段是礦井提升機(jī)由最高速度減速到爬行速度的過程;爬行階段是箕斗進(jìn)行定位、準(zhǔn)備進(jìn)行安全停車的過程;停車階段是礦井提升機(jī)由爬行速度到靜止停好車后的過程。

在這一系列過程中，在礦井開始工作時(shí)，由操作臺(tái)發(fā)出加速指令，指令傳輸?shù)骄诮g車提升機(jī)的控制器中，它控制電機(jī)開始加速，并通過減速器帶動(dòng)卷筒旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而收、放鋼絲繩帶動(dòng)箕斗升降達(dá)到最高速度，之后在到達(dá)距停車位一定距離的時(shí)候發(fā)出減速指令，電機(jī)速度降低，箕斗速度減慢至爬行速度，當(dāng)準(zhǔn)備好停車至停車位時(shí)，由停車指令觸發(fā)卷筒抱閘制動(dòng)機(jī)制

1.2 老式礦井提升機(jī)的電氣系統(tǒng)

老式礦井提升機(jī)通常采用傳統(tǒng)的交流異步電機(jī)來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。傳統(tǒng)的交流異步電機(jī)是通過由繼電器、接觸器構(gòu)成的邏輯控制裝置來實(shí)現(xiàn)串、切電阻，以達(dá)到調(diào)速目的。這使得其調(diào)速性能較差，同時(shí)在串、切電阻的過程中要消耗大量的能量，這也會(huì)造成能源的浪費(fèi)。加之傳統(tǒng)異步電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)的特性曲線較軟，這使得它在次同步狀態(tài)下難以產(chǎn)生有效的制動(dòng)力矩，這對(duì)于準(zhǔn)確地控制礦井提升機(jī)在特定位置停車造成了困難。同時(shí)礦井提升機(jī)在完成減速、爬行和停車的過程中常采用動(dòng)力制動(dòng)、低頻拖動(dòng)加制動(dòng)的制動(dòng)方式來完成，這套控制系統(tǒng)中的晶閘管裝置還存在著調(diào)試?yán)щy、維護(hù)工作量大等問題。[1]

老式礦井提升機(jī)的另一個(gè)問題是采用了傳統(tǒng)的交流電控系統(tǒng)，這種電控系統(tǒng)均為單線系統(tǒng)，多個(gè)控制器使用同一套線路，這不僅會(huì)造成各命令之間的相互影響，與控制系統(tǒng)相互混聯(lián)，還會(huì)對(duì)其安全性產(chǎn)生較大的影響。

2 礦井提升機(jī)的電氣調(diào)速系統(tǒng)

由于傳統(tǒng)的交流電控系統(tǒng)的調(diào)速性能較差，其調(diào)速性能主要由其控制方案所決定，因此我們?yōu)榱颂嵘V井提升機(jī)的調(diào)速性能我們可以依據(jù)不同的工況選擇不同的控制方案。經(jīng)過了長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展其控制方案種類多樣，可滿足施工作業(yè)時(shí)的不同需求，接下來本文就以模糊控制和直接轉(zhuǎn)矩這兩個(gè)電氣調(diào)速系統(tǒng)作為研究對(duì)象進(jìn)行介紹。

2.1 模糊控制電氣調(diào)速系統(tǒng)

模糊控制電氣調(diào)速系統(tǒng)是指將特定的被控對(duì)象、過程控制策略等總結(jié)為一系列以“If、Then……”等為表達(dá)式的控制規(guī)則，通過處理器的模糊推理處理得到的控制作用集來形成被量化了的模糊語言集，用以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。常用的模糊算法包含以下幾個(gè)步驟:對(duì)模糊子集進(jìn)行定義，確立模糊控制規(guī)則;將基本論域轉(zhuǎn)化為模糊集合論域;進(jìn)行模糊關(guān)系的矩陣運(yùn)算;進(jìn)行模糊推理合成，運(yùn)算出用于控制輸出的模糊子集;進(jìn)行逆模糊運(yùn)算、模糊判決，從面得到精確控制量進(jìn)行控制。

在對(duì)礦井提升機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制的過程中，實(shí)現(xiàn)模糊控制的原理如下圖所示。

模糊控制電氣控制系統(tǒng)原理圖

通過其原理圖我們可以知道，在這個(gè)系統(tǒng)中，由PLC對(duì)傳感器的采樣計(jì)算出被控制量的精確值，并與給定值進(jìn)行比較以得到誤差信號(hào)e和誤差變化率de/dt，然后將誤差模糊化形成模糊量E和Ec，之后對(duì)模糊量進(jìn)行模糊推理運(yùn)算得到模糊控制量U，然后將模糊控制量U轉(zhuǎn)化為設(shè)備可用的量化控制信號(hào)u并將其傳入變頻器進(jìn)行控制，收到信號(hào)的變頻器依照信息指令對(duì)礦井提升機(jī)進(jìn)行作用，實(shí)現(xiàn)控制過程。這種電氣系統(tǒng)與傳統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)相比，工作范圍寬，適用范圍廣，非常適合對(duì)非線性系統(tǒng)的控制。[2]

2.2 直接轉(zhuǎn)矩電氣調(diào)速系統(tǒng)

直接轉(zhuǎn)矩控制是以轉(zhuǎn)矩為中心來對(duì)磁鏈、轉(zhuǎn)矩進(jìn)行綜合控制。它是通過對(duì)電機(jī)的定子電壓和電流進(jìn)行檢測(cè)，以瞬時(shí)空間矢量理論為依托，通過對(duì)電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行計(jì)算并與給定值的比較，來實(shí)現(xiàn)對(duì)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的直接控制。其原理如圖所示:

直接轉(zhuǎn)矩電氣控制系統(tǒng)原理圖

直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的控制效果與轉(zhuǎn)矩的實(shí)際狀況相關(guān)，它具有控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，處理控制信號(hào)的物理概念明確，系統(tǒng)響應(yīng)迅速且無超調(diào)等特點(diǎn)，是一種具有高靜、動(dòng)態(tài)性能的交流調(diào)速控制方式。

通過以上對(duì)礦井提升機(jī)電氣調(diào)速控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)述，使初學(xué)者們對(duì)其知識(shí)架構(gòu)有了初步的了解，希望可以為其深入研究提供參考依據(jù)。

[1]盧燕.《礦井提升機(jī)電力拖動(dòng)與控制》.冶金工業(yè)出版社.2001

[2]王清靈，龔幼民.《現(xiàn)代礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)》.北京:機(jī)械工業(yè)出版社.1996.