礦井提升機無觸點開關啟動方法探討

張愛民

摘 要：隨著對礦山安全重視程度的提高，豎井提升作為礦山的“咽喉”要道，對其電控系統(tǒng)的控制質量要求也越來越高，無觸點開關作為一種新型的開關能夠有效的提升控制質量。本文將針對礦井提升機無觸點開關啟動方法進行研究和討論。

關鍵詞：提升機；無觸點開關；繞線異步電機

礦井提升機是礦山生產的關鍵設備之一，其作用為提升礦石，升降人員和設備等，在整個礦山生產中占有十分重要的地位。日常工作量大，使用頻率高。因此，提高提升機的安全系數(shù)、減少提升機故障、提升控制質量和控制效率、改革提升機控制技術，是現(xiàn)代礦井控制系統(tǒng)改革的重要內容。

一、無觸點開關的發(fā)展

無觸點開關是隨著半導體技術的發(fā)展而出現(xiàn)的新型開關，主要由電力電子器件以及微控制器組成。無觸點開關的主要特點是快速、無觸點、無火花接痕，是一種智能化的電器開關設計。在控制質量受到人們越來越廣泛關注的今天，傳統(tǒng)機械式繼電器已經不能完全適應控制系統(tǒng)在控制速度、隔離性能、使用壽命以及電磁兼容性等方面的要求。無觸點開關技術的出現(xiàn)，在一定程度上，解決了傳統(tǒng)機械式繼電器在安全性、可靠性以及電磁兼容性等方面存在的隱患和問題，打破了傳統(tǒng)的集成模擬開關電路在范圍上的限制，在實踐中，得到了廣泛的應用。同時，無觸點開關還能夠適應較高的集成電路集成度，適應現(xiàn)代工業(yè)設備低電壓、低能耗的需求。

目前常用的無觸點開關主要包括以下幾種。通過使用三端穩(wěn)壓器而實現(xiàn)的無觸點開關、利用可控硅器件實現(xiàn)的無觸點開關、利用光耦三極管和達林頓管實現(xiàn)的無觸點開關、利用OCMOS FET實現(xiàn)的無觸點開關以及利用IGBT實現(xiàn)的無觸點開關。不同類型的無觸點開關在負載、觸發(fā)電流、導通電阻、絕緣電壓以及導通時間等方面具有不同的特點，可以根據(jù)其實踐應用的具有情況進行選擇。

二、礦井提升機控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

目前我國礦井提升機主要采用交流拖動與直流拖動兩種方式。其中交流拖動方式約占我國提升機的百分之七十。通過單繩或多繩的方式，以繞線式異步電動機轉子串電阻調速為主。這種串電阻調速方式，利用繼電器—交流接觸器對串入轉子回路中不同阻值的電阻進行組合，改變轉速差的方法，達到調速目的。這種調速方式會產生大量的轉差功率，電能消耗較大，降低了經濟效益。采用串級調速的方法，投入較大，并且調速范圍較窄。

三、礦井提升機無觸點開關啟動方法

（一）繞線異步電機提升系統(tǒng)

以三相繞線式異步電動機為例，對繞線異步電機提升系統(tǒng)的控制線路和工作原理進行分析。在三相繞線式異步電動機，包括三相繞組，通過滑環(huán)串接外接電阻，實現(xiàn)降壓啟動?？刂凭€路可以分為基于電流原則和時間原則的起動，以基于電流原則的控制線路為例，通過電磁式的交流接觸器實現(xiàn)電動機的起動和停止控制。這種起動和停止控制方式具有明顯的缺點，首先，接觸器運行時會產生嚴重的噪音污染。此次，接觸器分斷電路時，會產生電弧，觸電在電弧的長期灼燒下，會極大的縮短使用壽命。

隨著無觸點開關的技術的發(fā)展，在電動機啟動控制方面得到了廣泛的應用。無觸點開關技術的主要優(yōu)勢在于運行無噪聲、不產生電弧、接通速度快、成本低、耐壓高、控制電路簡單等優(yōu)點。其中，利用可控硅器件實現(xiàn)的無觸點開關，能夠有效地解決觸點開關復合時產生火花的問題，同時，在電流過大時，能夠避免出現(xiàn)火花，在高電壓電路中，能夠避免擊穿空氣，形成安全問題。無觸點開關耐壓高的特點尤其有利于大型電機的啟動控制。由于大型電機在啟動時會產生非常大的慣性，造成幾乎相當于短路電流的啟動電流。在停止控制時，受慣性的影響，使大型電機繼續(xù)運轉，因此形成高電壓，無觸點開關具有較強的耐高壓性，更加適用于大型電機設備。隨著自動控制技術以及半導體技術的發(fā)展，無觸點化、智能化的開關啟動方式必將得到進一步的發(fā)展和應用，交流無觸點電子開關對于提高控制質量、延長控制系統(tǒng)使用壽命，具有重要的積極意義。

（二）交流無觸點電子開關

交流無觸點電子開關最早出現(xiàn)于70年代，早期主要利用“雙向可控硅”實現(xiàn)無觸點開關啟動，被廣泛的應用于繞線式電機運行控制。在電路方面，其主電路主要包括交流無觸點電子開關和電流互感器。交流無觸點電子開關主要由晶閘管組成，電流互感器的主要作用即采集啟動電流，并對啟動電流進行處理，同時輸送到單片機，使其發(fā)出觸發(fā)信號，并通過控制順序導通閉合實現(xiàn)逐個切除啟動電阻的目的，實現(xiàn)啟動過程的降壓限流的目標。

在控制線路方面，交流無觸點電子開關的控制線路主要采用連續(xù)控制，同時加入自鎖。將檢測的電流、電壓、相位等物理量信息輸送到單片機，形成控制信號，對晶閘管進行控制。通過控制反并聯(lián)的晶閘管的導通，并切除啟動電阻，實現(xiàn)對啟動電流的有效控制，因此，被廣泛的應用于交流繞線式異步電動機的電阻起動控制。

在軟件的設計方面，交流無觸點電子開關啟動控制需要軟件的的支持和配合。包括數(shù)據(jù)的采集、顯示、處理，控制移相觸發(fā)角等，都需要設計相應的軟件來實現(xiàn)?？刂葡到y(tǒng)的流程包括初始化、邏輯信號采樣、檢測電流、減少電流、數(shù)據(jù)處理等幾個環(huán)節(jié)，可見，軟件系統(tǒng)的開發(fā)和設計，是實現(xiàn)交流無觸點電子開關啟動控制的重要內容。

在分類上方面，不同類型無觸點開關具有不同的特性。以可控硅無觸點開關為例，價格低廉，是一種常見的無觸點電子開關，適用于交流負載的開關控制，在礦井提升機中應用較為廣泛。目前，我國交流無觸點電子開關的發(fā)展還存在一定的弊端，一方面，交流無觸點電子開關的主要電子器件仍以晶閘管器件為主，由于晶閘管具有開通和關斷需要較長的時間，因此性能較低。此外，交流無觸點電子開關在切斷電阻和吸收電容的過程中，也增加了開關的損耗，因此，交流無觸點電子開關啟動控制還需要不斷的完善和發(fā)展。

四、結語

綜上所述，無觸點、智能化的電子開關設計是未來電器開關設計的主要發(fā)展趨勢，對于完善我國礦井提升機控制系統(tǒng)，提高控制質量具有重要的意義。隨計算機技術、半導體技術、自動控制技術的不斷發(fā)展，必將有力的推動無觸點電子開關的研發(fā)和應用，促進控制系統(tǒng)的改進和升級。

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