豎井提升機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)優(yōu)化與應(yīng)用

陳官遠(yuǎn)

摘? 要：在礦山企業(yè)中提升機(jī)是其中非常關(guān)鍵的設(shè)備，在井下礦石提升中起到最主要的運(yùn)輸作用，提升機(jī)是否能夠正常運(yùn)行，直接影響了礦山的生產(chǎn)和企業(yè)生產(chǎn)效益。傳統(tǒng)豎井提升機(jī)的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)存在自身弊端，從精度、加減速過程和電阻等均存在不同程度的問題，筆者對(duì)此進(jìn)行思考后，提出改造方案，將繞線式電機(jī)進(jìn)行串電阻調(diào)速，這樣電控系統(tǒng)改造后可實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化控制，這種改造直接將原電氣控制系統(tǒng)存在的問題和其中的不足進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)際應(yīng)用上獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：豎井提升機(jī)? 電氣自動(dòng)化? 控制系統(tǒng)? 優(yōu)化? 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP273? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1672-3791（2019）04（a）-0064-02

銅礦開采機(jī)械化和自動(dòng)化的程度逐漸提高，豎井提升機(jī)在礦井內(nèi)是非常重要的運(yùn)輸工具，在使用需求上也呈快速增長模式，但提升機(jī)的用電量較大，提升機(jī)如何節(jié)能減排，為企業(yè)和國家做出自己的貢獻(xiàn)顯得越來越重要。企業(yè)想要長期盈利，提升機(jī)一般是長期處在電動(dòng)狀態(tài)，頻繁的正反轉(zhuǎn)啟動(dòng)和減速制動(dòng)使得提升機(jī)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)起到非常重要的作用。傳統(tǒng)的交流繞線式電機(jī)在串電阻調(diào)速系統(tǒng)存在一定的缺陷，基于此，筆者對(duì)豎井提升機(jī)的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，并在實(shí)際中應(yīng)用。

1? 主豎井提升系統(tǒng)當(dāng)前現(xiàn)狀分析和舊式提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)介紹

豎井提升機(jī)從型號(hào)上選擇，以2JK-3X1.5較多，這種提升機(jī)的平衡錘是800mm×350mm，功率是630kW。井口需要標(biāo)高1200m，井筒直徑為3.5mm，罐道會(huì)選擇木罐道，鋼絲繩的半徑是18mm，天輪半徑是1.5m。一般來說，這種豎井提升機(jī)單次可以提升5.5t的礦，每天可循環(huán)提升240次，雙滾筒纏繞完成提升。

傳統(tǒng)的豎井提升機(jī)使用的控制系統(tǒng)是繞線式電機(jī)電阻串聯(lián)的模式，這樣進(jìn)行調(diào)速時(shí)主要是在接觸器和繼電器之間，二者通過互相配合完成整個(gè)提升過程。這種提升模式相對(duì)表現(xiàn)出一定的復(fù)雜性，且會(huì)有自身存在的不足。具體來說，最大的問題就是控制精度比較低?？刂凭壬?，停車時(shí)設(shè)定的位置和實(shí)際停車位偏差較大，中途停車更是直接出現(xiàn)停車不準(zhǔn)確的情況。表現(xiàn)出的第二個(gè)大問題就是自動(dòng)化程度低、安全性能差。這種豎井提升機(jī)有明顯的加減速階段，這個(gè)階段中接觸器需要頻繁做功，表現(xiàn)出來最直觀的就是噪音很大，隨之而來的不足就是接觸器壽命有限，出現(xiàn)故障概率較高，加上這種提升機(jī)是非自動(dòng)化控制，需要人為操作，這樣接觸器的故障很可能造成安全隱患，對(duì)人員產(chǎn)生傷害概率更高。第三個(gè)明顯的不足就是這種提升機(jī)使用的是電阻能耗控制模式，這種模式之下耗電量非常高，這對(duì)能源消耗很高，而且在提升和減速的階段時(shí)，電流的沖擊也很大，整體來說耗能嚴(yán)重。對(duì)于企業(yè)耗能嚴(yán)重會(huì)影響經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)于地球節(jié)能減排是我們永遠(yuǎn)不變的觀念。

2? 豎井提升機(jī)電氣自動(dòng)化控制在系統(tǒng)上的優(yōu)化和實(shí)際應(yīng)用

在傳統(tǒng)豎井提升機(jī)存在的待改進(jìn)的基礎(chǔ)上，筆者結(jié)合自身實(shí)際使用，將提升機(jī)進(jìn)行重新調(diào)試更換，最終找到合適提升機(jī)的四象限高壓變頻器，具體規(guī)格為：GBP-D10-10-630，使用這種高壓變頻器能夠?qū)ωQ井提升機(jī)起到很好的改造作用。從結(jié)構(gòu)上分析，高壓變頻器主要包括了控制器、移相變壓器以及功率單元。具體來說，功率單元中24個(gè)10kV的高壓變頻器經(jīng)過串聯(lián)后，經(jīng)過疊波升壓變成三相，從Y接口輸出，在中性點(diǎn)懸浮著，從而獲得了可以使電機(jī)更好驅(qū)動(dòng)的可變頻的高壓三相電源。

功率單元作為整套變頻系統(tǒng)中最核心的部分，結(jié)構(gòu)上以有源前端、直流環(huán)節(jié)、逆流變路作為核心的結(jié)構(gòu)完成能量回饋。整流側(cè)與逆變側(cè)均可使用可控器件。改裝過后，相當(dāng)于每一個(gè)功率單元都是一臺(tái)交直變電壓的低壓變頻器，這樣之后，整流側(cè)和逆變側(cè)也呈現(xiàn)出相對(duì)獨(dú)立的狀態(tài)，二者分工合作，互不影響。這樣統(tǒng)一保護(hù)但是又單獨(dú)控制的模式，能夠使功率單元在確保安全的狀態(tài)下更好地完成合作。

此次優(yōu)化后的移相變壓器選擇的是干式的變壓器，最高承受溫度可達(dá)到180℃，從絕緣等級(jí)上分類屬于H級(jí)。移相變壓器在系統(tǒng)中主要是可以將網(wǎng)側(cè)的高壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，獲得多組低壓，這些低壓能夠使得各個(gè)功率單元獲得獨(dú)立的電源。一般來說移相變壓器可分為3組，電機(jī)等級(jí)不同，單元之間的串聯(lián)級(jí)數(shù)不同，移相疊加的整流方式隨之調(diào)整，使得網(wǎng)側(cè)一端電流的波形得到很好的改善;負(fù)載下網(wǎng)側(cè)的功率因素大多數(shù)情況下可達(dá)到1或是無限接近1，實(shí)際上不需要任何功率因素補(bǔ)償，也不需要諧波來抑制，變壓器的副邊繞組本身也非常獨(dú)立，這就使得功能單元主回路相對(duì)而言也是獨(dú)立的。另一方面變壓器的溫控設(shè)備使得內(nèi)部的溫度能夠從外面得到監(jiān)控，溫度達(dá)到預(yù)定值之后報(bào)警信號(hào)可很好地提示工作人員，預(yù)定值在一定時(shí)間內(nèi)會(huì)出現(xiàn)跳閘，這對(duì)提升安全有了很好的幫助。

實(shí)際上，改良后的系統(tǒng)是高性能的DSP微處理，能夠很好地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測，對(duì)電機(jī)的參數(shù)能夠監(jiān)測到，并以此建立模型，以電機(jī)的電流和電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)的解耦控制，使得電機(jī)轉(zhuǎn)矩能夠從外部很好地進(jìn)行限制，可有效避免因?yàn)樨?fù)荷波動(dòng)引起的電流故障。

改良后的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中也有很好的優(yōu)勢。一是系統(tǒng)的安全性得到很好的提高，工作人員的安全有更好的保障。轉(zhuǎn)子和電阻串聯(lián)的方式，減速階段或是下放重物階段都需要直流制動(dòng)或是機(jī)械抱閘制動(dòng)，但前者產(chǎn)生制動(dòng)力較小，后者若不能給予幫助，不能及時(shí)獲得制動(dòng)的效果。優(yōu)化后的變頻調(diào)速可以很好地解決這種情況。變頻器可輸出大約3倍的制動(dòng)力矩，能夠很好地滿足自身制動(dòng)需求，抱閘失效、機(jī)械制動(dòng)不足時(shí)也能夠有足夠制動(dòng)力，這有效地提升了系統(tǒng)的安全性。加速控制階段也能夠很好地避免罐道或高速?zèng)_擊曲軌等問題，系統(tǒng)安全性有了很好的提升，工作人員的安全性也有很好的保障。二是從企業(yè)獲得的經(jīng)濟(jì)效益分析，變頻調(diào)速這種電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)，實(shí)際上電機(jī)的轉(zhuǎn)子是完全處于短接狀態(tài)，相對(duì)傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子和電阻串聯(lián)需要提供過高的電壓，優(yōu)化后的系統(tǒng)不需要消耗更多的功率，節(jié)能減耗效果非常明顯，平均節(jié)能可降低20%左右。若按照5毛的電價(jià)進(jìn)行計(jì)算，每年大約可節(jié)約30萬元電費(fèi)。

3? 結(jié)語

傳統(tǒng)的豎井提升機(jī)選擇繞線式電機(jī)和電阻串聯(lián)的調(diào)控方式完成控制，電阻需要消耗大量的電量，但有用功占比相對(duì)卻比較小。對(duì)這類提升機(jī)進(jìn)行變頻優(yōu)化，從實(shí)際上分析，傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)存在的部分問題和缺陷都有了明顯的改善，從經(jīng)濟(jì)效益上分析也更為理想，在市場上應(yīng)用價(jià)值相當(dāng)可觀。另一方面，這種變頻優(yōu)化后的自動(dòng)化控制系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)穩(wěn)定性、安全性也有明顯的提高，在運(yùn)行故障、停工工時(shí)上有了很好的避免，可節(jié)約人力和物力，這對(duì)整個(gè)礦井開采能力的提升做到了很好的后勤保障，從這一方面來說，也能夠獲得很高的間接經(jīng)濟(jì)效益。

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