礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展探討

摘 要：作為礦井開采最重要的組成部分之一，礦井提升機(jī)的安全性和可靠性直接與礦井的生產(chǎn)質(zhì)量密切相關(guān)，而且會(huì)影響到礦工的人身財(cái)產(chǎn)安全。因此要保證礦井的安全開采就必須提高提升機(jī)的性能，而當(dāng)前制約提升機(jī)性能的主要就是提升機(jī)的電控系統(tǒng)，所以當(dāng)前學(xué)術(shù)界應(yīng)該重視電控系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)，保障礦場(chǎng)開采的穩(wěn)定性，并且促進(jìn)開發(fā)效率的提升。本文在介紹礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，探討了礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的重要組成及其多樣化發(fā)展，并且為進(jìn)一步提高礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化，智能化和高效化提出了解決措施，希望可以帶動(dòng)我國(guó)礦井開采行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：礦井提升機(jī);電控系統(tǒng);變頻調(diào)速

礦井卷?yè)P(yáng)機(jī)礦井提升機(jī)是礦井進(jìn)行上下交流溝通的唯一通道，需要運(yùn)輸人員、貨物、設(shè)備和物料等。礦井提升機(jī)經(jīng)常需要進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，該器械體積較大，自身慣性較強(qiáng)，荷載能力好，除此之外，該器械還具有運(yùn)行速度快、調(diào)速范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)前礦井提升機(jī)已經(jīng)成為礦井生產(chǎn)的重要設(shè)備之一，與礦井生產(chǎn)效率和礦工的生命財(cái)產(chǎn)安全密切相關(guān)。我國(guó)要促進(jìn)礦產(chǎn)行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展首先就應(yīng)該對(duì)礦井提升機(jī)進(jìn)行創(chuàng)新改造，增強(qiáng)該器械的安全性，提高工作效率。當(dāng)前礦井提升機(jī)已經(jīng)成為各國(guó)機(jī)械制造行業(yè)的重點(diǎn)內(nèi)容之一，未來(lái)的礦井提升機(jī)必然會(huì)向高效率、大容量、低能耗的方向進(jìn)一步發(fā)展。

1 礦井提升機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)

礦井提升機(jī)是礦場(chǎng)開采的重要器械之一，而作為礦井提升機(jī)的關(guān)鍵部分，其電力拖動(dòng)系統(tǒng)必須具備可調(diào)速，穩(wěn)定性較強(qiáng)的特點(diǎn)，而且還應(yīng)該設(shè)置完備的保護(hù)裝置，保障礦井提升機(jī)的正常運(yùn)行。當(dāng)前礦井提升機(jī)主要包括直流傳動(dòng)和交流傳動(dòng)這兩種類型，此二者之間的主要區(qū)別就是提升機(jī)對(duì)電控系統(tǒng)的要求。直流傳動(dòng)指的是對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的速度進(jìn)行控制，直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速范圍廣、調(diào)速特性強(qiáng)而且還可以在四象限內(nèi)進(jìn)行運(yùn)行，因此主要被應(yīng)用到需要對(duì)速度進(jìn)行頻繁調(diào)整的環(huán)境當(dāng)中。

2 礦井提升機(jī)電力拖動(dòng)系統(tǒng)現(xiàn)狀

2.1 繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻拖動(dòng)系統(tǒng)

當(dāng)前對(duì)礦井提升機(jī)進(jìn)行調(diào)速的主要是拖動(dòng)系統(tǒng)的附加電阻，串，接轉(zhuǎn)子回路，由此組成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且使用方便，但依舊存在如下問(wèn)題：①觸點(diǎn)控制，工作可靠性差;②當(dāng)前主要依靠有級(jí)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)速，當(dāng)系統(tǒng)保持在低速狀態(tài)時(shí)，機(jī)械特性的檢查率會(huì)隨之拉大，而且電流沖擊力也會(huì)出現(xiàn)明顯提升;③提升機(jī)需要頻繁進(jìn)行啟停，因此該系統(tǒng)功率交叉效率較低的特點(diǎn)會(huì)增大電能浪費(fèi)。

2.2 發(fā)電機(jī)--電動(dòng)機(jī)（G-M）直流拖動(dòng)系統(tǒng)

該系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)主要是直流發(fā)電機(jī)，由原動(dòng)機(jī)進(jìn)行拖動(dòng)，并且可以保持固定轉(zhuǎn)速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，工作人員對(duì)電機(jī)勵(lì)磁電流的大小和方向進(jìn)行調(diào)整，就可以改變電機(jī)的輸出電壓大小和極性，從而調(diào)節(jié)提升機(jī)的具體速度。該系統(tǒng)，工作可靠性高，調(diào)速性能好，但是初期購(gòu)買費(fèi)用高，而且在使用過(guò)程當(dāng)中需要將能量多次進(jìn)行傳遞，工作效率較低，而且在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪聲，因此實(shí)踐過(guò)程當(dāng)中，這種器械使用頻率較小。

2.3 可控硅--電動(dòng)機(jī)（SCR-M）直流拖動(dòng)系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要通過(guò)改變晶閘管的供給電流對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)控，從而調(diào)節(jié)提升機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是效率高，體積小，重量輕，但該系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中會(huì)產(chǎn)生高次諧波污染周邊環(huán)境的電網(wǎng)，而且當(dāng)晶閘管控制角維持在較大范圍時(shí)，交流側(cè)的功率因素會(huì)隨之降低。

2.4 直流脈寬調(diào)制系統(tǒng)

該系統(tǒng)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)控時(shí)，需要改變電機(jī)電樞電壓的極性和大小，從而對(duì)直流斬波電路當(dāng)中功率器件的通道時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)，與前兩種系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，而且運(yùn)行較為穩(wěn)定，電機(jī)發(fā)熱出現(xiàn)次數(shù)較少。

2.5 交流變頻調(diào)速系統(tǒng)

與直流調(diào)速系統(tǒng)相比，交流調(diào)速系統(tǒng)對(duì)速度提升較為明顯，而且，其內(nèi)部缺少換向器和電刷，對(duì)能量損耗程度較小，除此之外該系統(tǒng)的功率因數(shù)可以高達(dá)95%，部分電機(jī)甚至可以達(dá)到100%。四、可實(shí)現(xiàn)電機(jī)在四象限間平滑過(guò)渡運(yùn)行和連續(xù)調(diào)速。變頻供電系統(tǒng)，節(jié)能效果較為顯著，因此未來(lái)大型礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)必然會(huì)采用變頻器作為供電系統(tǒng)，當(dāng)前，應(yīng)用于礦井提升機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)主要包括以下幾類：首先是雙PWM交--直--交勵(lì)磁同步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)的電路圖如圖一所示，圖中的ARU是PWM變流器，它可以將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，也可以將直流電轉(zhuǎn)化成交流電，輸入到電網(wǎng)當(dāng)中，交流側(cè)的電流接近正弦波，因此產(chǎn)生的諧波較小，對(duì)周邊電網(wǎng)幾乎不會(huì)產(chǎn)生影響，因此有利于電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3 礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)發(fā)展方向

3.1 平滑調(diào)速且調(diào)速精度高

礦井提升機(jī)的負(fù)載變化較大，因此調(diào)速范圍應(yīng)該可以隨負(fù)載的變化而產(chǎn)生變化，因此傳動(dòng)系統(tǒng)必須可以進(jìn)行平滑調(diào)速，提升機(jī)對(duì)調(diào)速精度要求較高，靜差率必須較小，系統(tǒng)在不同負(fù)載之下的速度應(yīng)該在給定速度偏差允許范圍之內(nèi)避免提升機(jī)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程當(dāng)中，出現(xiàn)容器下墜的現(xiàn)象，保障工作人員的生命安全另一方面，可以盡量減少能源支出，增強(qiáng)工程的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 提升容器進(jìn)一步改進(jìn)

使用輕型材料制作啟動(dòng)，可以顯著降低箕斗的自重，并且使用外動(dòng)力的側(cè)卸式裝載，可以減少箕斗的下降時(shí)間和上升時(shí)間，縮短循環(huán)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。除此之外，采用附近罐籠的容器，還可以滿足大型器械的要求，當(dāng)前有許多礦井都采用了非對(duì)稱式的分布，有效降低能源消耗。

3.3 完善的故障監(jiān)視裝置

提升機(jī)電控系統(tǒng)將對(duì)提升機(jī)的整體性能產(chǎn)生重要影響，因此礦井對(duì)該系統(tǒng)可靠性要求較高，提升機(jī)出現(xiàn)故障，一方面會(huì)影響到礦井的正常生產(chǎn)過(guò)程，另一方面可能會(huì)威脅礦井工作人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。當(dāng)前判斷電控系統(tǒng)可靠性的因素主要是包括如下兩方面，首先電控系統(tǒng)產(chǎn)品質(zhì)量較好，產(chǎn)生故障較少，另一方面，一旦產(chǎn)生故障之后，可以顯示故障產(chǎn)生的位置及其原因，保障器械的正常運(yùn)行，加速故障排除。當(dāng)前絕大多數(shù)提升機(jī)電控系統(tǒng)當(dāng)中，都有雙性融于措施，以提高提升機(jī)的可靠性和安全性。

3.4 全數(shù)字化控制

隨著科技的不斷發(fā)展，當(dāng)前微機(jī)控制系統(tǒng)已經(jīng)被應(yīng)用到提升機(jī)電控系統(tǒng)當(dāng)中，顯著提高了該系統(tǒng)的工作效率，用一種全新的方式解決了當(dāng)前提升機(jī)電控系統(tǒng)當(dāng)中存在的小型化問(wèn)題，而且當(dāng)前數(shù)字化已經(jīng)成為電機(jī)控制系統(tǒng)的主要發(fā)展方式，提升機(jī)應(yīng)用數(shù)字化調(diào)速系統(tǒng)，可以提高調(diào)速精度和調(diào)速范圍，并且還可以采用多樣化的控制方式，例如，自動(dòng)控制負(fù)荷控制和最優(yōu)控制等，保證控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，提高系統(tǒng)控制性能。

3.5 滿足四象限運(yùn)行

礦井提升機(jī)實(shí)際上屬于周期性工作，礦井提升機(jī)在不同階段的不同周期，都會(huì)在正力和負(fù)力之間產(chǎn)生變化，而且礦井提升機(jī)的爬行加速減速等速反向和停車等操作，都要求控制人員必須保證一定的控制精度，所以電氣傳動(dòng)系統(tǒng)必須可以在四象限當(dāng)中穩(wěn)定進(jìn)行運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，變頻調(diào)節(jié)作為提升機(jī)電控系統(tǒng)當(dāng)中，節(jié)能效率較高，前景最為可觀的電力拖動(dòng)方式，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到提升機(jī)的發(fā)展過(guò)程當(dāng)中。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，當(dāng)前我國(guó)對(duì)變頻技術(shù)的研究尚處于發(fā)展階段，因此未來(lái)學(xué)術(shù)界必須加強(qiáng)對(duì)變頻器結(jié)構(gòu)，智能控制算法，先進(jìn)控制策略的研究提高礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和工作效率，促進(jìn)我國(guó)礦產(chǎn)開發(fā)行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]李瑾，李恩旻.礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].科教導(dǎo)刊（上旬刊），2018（12）：75-76.

[2]劉永亮，時(shí)永玲，孔憲勇.礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].科技傳播，2012，4（17）：54+46.

作者簡(jiǎn)介：

王彥杰（1989- ），男，漢族，籍貫：山西陽(yáng)泉，學(xué)歷：?？?，職稱：電氣助理工程師，現(xiàn)任職務(wù)：機(jī)電部副部長(zhǎng)，研究方向：電氣工程。