礦井提升機電控系統(tǒng)設(shè)計

摘 要：提升機電控系統(tǒng)能夠平穩(wěn)運行直接關(guān)系到提升機的提升運輸效果。文中在對常用的交流變頻調(diào)速、直流可逆變調(diào)速方式進行對比分析基礎(chǔ)上，根據(jù)礦井實際，選擇直流可逆變調(diào)速方式對提升機電控系統(tǒng)進行設(shè)計。并具體闡述了電控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成以及運行特點。設(shè)計的電控系統(tǒng)現(xiàn)場較為穩(wěn)定，控制效果較好，能夠確保提升機安全、平穩(wěn)、高效運行。

關(guān)鍵詞：提升機；電控系統(tǒng)；礦井運輸

隨著煤炭開采的技術(shù)的不斷提升，對礦用提升機的有了更高的要求，特別是提升機的電控系統(tǒng)，對保證提升效率以及提升安全具有重要的影響[1-2]。良好的提升機電控系統(tǒng)可以在故障發(fā)生前就做出預(yù)警，并自動制動，降低提升機故障給礦井安全生產(chǎn)帶來的不利影響[3]。提高提升機電控系統(tǒng)穩(wěn)定性對促進礦井的生產(chǎn)具有明顯的現(xiàn)實意義[4-5]。以山西某礦提升機為研究對象，采用直流可逆調(diào)速系統(tǒng)對提升機運行進行控制，現(xiàn)場實踐取得較好應(yīng)用效果。

1 概述

山西某礦設(shè)計生產(chǎn)能力為300萬t/a，采用立井開拓方式。主井作為主要的運輸通道，深度為250m，采用的提升機型號為JKMD3.5X4，功率為2240kW。提升機正常工作時，電機的轉(zhuǎn)速在45r/min。提升機的提升速度為3.5m/s。

2 常用電控系統(tǒng)分析

現(xiàn)階段，我國礦用提升機電控系統(tǒng)常用的技術(shù)方法為交流變頻調(diào)速以及直流可逆變調(diào)速方式，具體需要根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行選擇。上述兩種方式均可以強化操作人員對提升機的控制，提高設(shè)備的安全性及穩(wěn)定性。

2.1 交流變頻調(diào)速

在對驅(qū)動電機輸出功率在600kW～2000kW時，常用的電控系統(tǒng)方式為交流變頻調(diào)速。在進行方案設(shè)計時一般會采用高壓變頻器，通過異步電機對提升機運行、調(diào)速進行控制。主要的設(shè)備有變頻調(diào)速柜（變頻器、驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子以及變頻單元等構(gòu)成），操控臺（信號輸入及輸出單元、操控單元等構(gòu)成）。該種操控方式操作過程以及設(shè)備組成都較為簡單。

通過上述公式可以看出，主需要改變輸入電流的頻率F就可以改變驅(qū)動電機的運轉(zhuǎn)速度N。因此，只需要通過主控制臺向變頻柜發(fā)出模擬量信號以及開關(guān)量信號，改變控制柜內(nèi)變頻器輸出的電源頻率，就可以實現(xiàn)對提升機運行速度調(diào)整的目的。變頻器通常采用的變頻技術(shù)為背靠背雙三電平交直交方式。高壓變頻調(diào)速柜采用轉(zhuǎn)子穿電阻方式，在6kV以及10kV交流電設(shè)備中具有較好的應(yīng)用效果，具體的提升機負載結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 直流可逆變調(diào)速方式

采用這種方式可以結(jié)合提升機的功率，將直流調(diào)速磁場保持在恒定狀態(tài)，電樞換向回路分為6脈動以及12脈動兩種。為了提高提升機設(shè)備的效率，并降低諧波造成的影響，對于功率小于500kW的提升機采用的電樞換向為6脈動回路；對于功率大于500kW設(shè)備，選擇12脈動回路，確保設(shè)備的安全性以及工作效率。

2.3 方案確定

根據(jù)礦井采用的提升機型號，設(shè)備功率，采用直流可逆變調(diào)速方式更能保證設(shè)備運行穩(wěn)定性。雖然采用直流可逆變調(diào)速方式相對于交流變頻方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且電機的維護工作量也更大。但是直流可逆變調(diào)速技術(shù)方式更為成熟，對提升機速度調(diào)整也更為穩(wěn)定。通過分析提升機的經(jīng)濟以及穩(wěn)定性，并考慮到該礦采用的提升機功率為2240kW，因此，直流可逆變調(diào)速對提升機電控系統(tǒng)進行設(shè)計時電樞換向采用12脈動回路。

3 直流可逆變調(diào)速電控系統(tǒng)組成

設(shè)計的電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成主要有高、低壓供電電路、控制系統(tǒng)、上位機監(jiān)控設(shè)備以及整流調(diào)速設(shè)備組成。對提升機進行控制時各個組成單元需要完成數(shù)據(jù)、信號的互換。

調(diào)速設(shè)備采用西門子生產(chǎn)的6RA70數(shù)字調(diào)速設(shè)備，配套有大功率的整流柜，主要是用來保持直流調(diào)速磁場恒定，更好的實現(xiàn)電樞轉(zhuǎn)向12脈動控制。提升機的操作控制系統(tǒng)采用網(wǎng)格化，PLC采用S7 300系列；高壓供電開關(guān)柜采用KYN28 12型，實現(xiàn)對10kV進電電源的配電工作，配備饋電柜、進線柜以及3臺測量保護柜。對系統(tǒng)的繼電保護選真空斷路器?？刂葡到y(tǒng)的低壓供電采用手動切換雙回路進線方式，為提升機的輔助設(shè)備供電。變壓設(shè)備的主干路采用環(huán)氧樹脂進行澆筑，并在鐵芯位置采用傳感器對溫度進行監(jiān)測。采用PLC控制器實現(xiàn)對系統(tǒng)運行的控制。

4 控制系統(tǒng)運行特點

通過對提升機電控系統(tǒng)改進設(shè)計，采用電樞轉(zhuǎn)向12脈動方式，實現(xiàn)磁場恒定，保持提升設(shè)備的平穩(wěn)運行。在實際運行過程中，若整流裝置出現(xiàn)緊急情況或者有意外發(fā)生，應(yīng)立刻將12脈動方式調(diào)整為6脈動方式，提升機處于慢速運行狀態(tài)，并且不需要改變單次運輸時的載荷量。12脈動與6脈動方式切換，對供電電網(wǎng)沖擊比較小?？刂葡到y(tǒng)在實踐運行過程中較為平穩(wěn)，可以通過數(shù)字顯示提升機運行速度、電流大小以及提升機運行狀態(tài)。采用的PLC控制器可以實現(xiàn)提升機手動、自動以及半自動等不同控制方式，便于操控人員的控制。

5 總結(jié)

提升機是礦井重要的運輸設(shè)備，其能否安全、平穩(wěn)、高效運行直接關(guān)系到礦井能夠安全高效生產(chǎn)。提升機的電控系統(tǒng)作為提升機運行的控制中心，對安全、穩(wěn)定以及可靠性要求較高。直流逆變調(diào)速是現(xiàn)階段較為成熟的、可靠的方式，安全系數(shù)較高，在工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用較為廣泛。采用直流逆變調(diào)速對提升機電控系統(tǒng)進行重新設(shè)計，現(xiàn)場應(yīng)用實踐也表明，設(shè)計的電控系統(tǒng)穩(wěn)定性較高、可以確保提升機的安全、平穩(wěn)、高效運行，為礦井生產(chǎn)運輸提供良好條件。

參考文獻：

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[5]祝敏杰.礦井提升機電控系統(tǒng)設(shè)計與實踐探究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015（23）：159.

作者簡介：

王維（1990- ），男，山西省陵川縣人，2012年6月畢業(yè)于中北大學，信息商務(wù)學院自動化專業(yè)，本科，現(xiàn)為助理工程師。