淺析礦用提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)

王立男

摘 要：礦用提升機在煤礦生產(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雜，而且可靠性比較差。在信息技術(shù)和自動化控制技術(shù)的快速發(fā)展下，變頻調(diào)速控制系統(tǒng)在提升機中得到了廣泛的應用，因此應當加強其應用研究。

關(guān)鍵詞：提升機；變頻調(diào)速；控制

礦用提升機在可靠性、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化控制技術(shù)，具有調(diào)控效率高、可靠性好等優(yōu)點，能夠?qū)崿F(xiàn)無極差調(diào)控，使交流電動機在比較大的范圍內(nèi)實現(xiàn)無極平滑調(diào)速。在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，基本都采用了微機控制的方式，這種控制方式手段靈活，而且運算比較快，還能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)督、自我診斷等功能。變頻調(diào)速在提升機的調(diào)速控制中具有比較高的可靠性和經(jīng)濟效益，因此逐漸得到了廣泛的應用。

1 礦用提升機調(diào)速控制系統(tǒng)簡介

1.1 提升機的工作原理

礦用提升機一般都是利用電機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利用電機拖動沿著斜井放下去。在礦物開采中，礦物車廂和火車的運貨車廂比較類似，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利用電機帶動卷筒旋轉(zhuǎn)，鋼絲繩纏繞在卷筒上，然后掛上一列車廂進行提升。在礦井提升的過程中可以分為五個不同的階段，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從靜止中起動并且加速到最高速度的階段，在等速階段提升機以最高速度穩(wěn)定運行；減速階段是提升機從最高速度減速到爬行速度；爬行階段是箕斗定位以及準備停車階段。

1.2 提升機的工作特點

在煤礦生產(chǎn)中，礦井提升機發(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行上升和下降的往復運動。因此為了保證提升機安全工作，就必須采取相應的電氣控制設(shè)備以及完善的保護裝置。

1.3 提升機的調(diào)速控制方式

提升機按照其使用技術(shù)不同，可以分為兩大類，直流發(fā)電機調(diào)速系統(tǒng)和交流發(fā)電機調(diào)速系統(tǒng)。電動機一般采用交流同步電動機或者交流感應電動機，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)是以直流電源電機機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)電機的勵磁電流大小和方向來改變發(fā)電機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，在運行的過程中噪音比較高，也不利于維護。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現(xiàn)直流電動機的平滑調(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，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)運行，難以滿足提升機四個象限內(nèi)運行的要求，而且在低速運行時會產(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，具有快速響應功能，而且在低速運行時比較平穩(wěn)，電機的損耗和發(fā)熱也比較小，抗外界干擾能力比較強。

礦用提升機交流調(diào)速系統(tǒng)是利用交流異步電動機拖動的方式工作的，在具體的調(diào)速方式上可以通過改變交流電動機的同步轉(zhuǎn)速或者不改變同步轉(zhuǎn)速兩種方式。實際調(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調(diào)速、斬波調(diào)速等方式來實現(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，但是也存在著級差比較大的缺點。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，其特點是效率高，而且應用范圍廣泛，調(diào)速范圍比較大等。

2 提升機變頻調(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到改變電動機轉(zhuǎn)速的目的。在變頻調(diào)速技術(shù)中實現(xiàn)異步電機的控制方式有很多，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是性能比較差，電機的利用效率低。轉(zhuǎn)差頻率控制是通過測定異步電動機的轉(zhuǎn)速對轉(zhuǎn)差頻率利用閉環(huán)控制的方式來實現(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，電動機的利用效率比較高。矢量控制是建立在轉(zhuǎn)子磁鏈定向的基礎(chǔ)上，通過坐標的變化來實現(xiàn)，可以將控制電機作為直流電機來進行控制。

2.2 變頻調(diào)速在提升機中的應用

在過去常用的調(diào)速系統(tǒng)中，由于直流調(diào)速能夠快速實現(xiàn)，而且其調(diào)速精度高等優(yōu)點，占據(jù)了提升機變頻調(diào)速中的主流地位。但是這種調(diào)速系統(tǒng)由于環(huán)境適應能力差，結(jié)構(gòu)復雜，難以高速運行等缺點，限制了其進一步的應用。對于交流異步電機變頻調(diào)速來說，其過流能力大，對于環(huán)境的適應能力比較強，而且結(jié)構(gòu)簡單，容易維護等優(yōu)點，但是也存在著調(diào)速性能不足的缺點。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)一起廣泛地應用到交流調(diào)速系統(tǒng)中，從而使交流調(diào)速系統(tǒng)的應用范圍不斷擴大。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，效率運行高、調(diào)速范圍廣泛等優(yōu)點在礦井提升機中得到了廣泛的應用。

2.3 變頻器的選擇

在選擇變頻器時應當根據(jù)負荷特點來確定，由于提升機負載屬于重力，所以其負載特點屬于恒轉(zhuǎn)矩負載。對于恒轉(zhuǎn)矩負載來說，在運行的過程中會存在一定的靜摩擦力，而且負載的慣性比較大，所以在啟動時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)矩以及短時過流能力，當?shù)退儇撦d比較大時，往往需要通過提高轉(zhuǎn)矩，但是又會引起電壓補償過高，引起電流保護動作。為了避免這種情況發(fā)生，在選擇變頻器時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化技術(shù)的快速發(fā)展，礦用提升機的調(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大，變頻調(diào)速控制系統(tǒng)作為一種比較先進的系統(tǒng)，不僅能夠很好地調(diào)控提升機的速度，同時還可以和其它系統(tǒng)結(jié)合起來，實現(xiàn)對提升機運行過程的監(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，而且調(diào)控的精度也非常高，具有良好的節(jié)能效果，在實踐應用中有效提高了提升機的安全性和穩(wěn)定性，這對于提高煤礦的生產(chǎn)效率以及企業(yè)的經(jīng)濟效益具有重要的意義。

參考文獻

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