簡述礦井提升機的電氣調速系統

馬慶平

(遼寧東煤基本建設有限責任公司，遼寧 沈陽 110022)

1 礦井提升機的傳統電氣系統

1.1 礦井提升機的提升流程與電氣控制

為了詳細講解礦井提升機的電氣系統，先要明確其工作流程，依其工作方式對現有的氣系統進行評估，方能提出較有意義的電氣控制方案。接下來我們就對其工作流程加以敘述。

礦井提升機在提升的整個過程可分為加速、等速、減速、爬行和停車這5個階段。在這5個階段中加速階段是礦井提升機由靜止到運行到最高速度的過程;等速階段是礦井提升機以最高速度運行的過程，它是提升過程的主要運行階段;減速階段是礦井提升機由最高速度減速到爬行速度的過程;爬行階段是箕斗進行定位、準備進行安全停車的過程;停車階段是礦井提升機由爬行速度到靜止停好車后的過程。

在這一系列過程中，在礦井開始工作時，由操作臺發出加速指令，指令傳輸到井口絞車提升機的控制器中，它控制電機開始加速，并通過減速器帶動卷筒旋轉，進而收、放鋼絲繩帶動箕斗升降達到最高速度，之后在到達距停車位一定距離的時候發出減速指令，電機速度降低，箕斗速度減慢至爬行速度，當準備好停車至停車位時，由停車指令觸發卷筒抱閘制動機制

1.2 老式礦井提升機的電氣系統

老式礦井提升機通常采用傳統的交流異步電機來進行驅動。傳統的交流異步電機是通過由繼電器、接觸器構成的邏輯控制裝置來實現串、切電阻，以達到調速目的。這使得其調速性能較差，同時在串、切電阻的過程中要消耗大量的能量，這也會造成能源的浪費。加之傳統異步電動機在低速運行時的特性曲線較軟，這使得它在次同步狀態下難以產生有效的制動力矩，這對于準確地控制礦井提升機在特定位置停車造成了困難。同時礦井提升機在完成減速、爬行和停車的過程中常采用動力制動、低頻拖動加制動的制動方式來完成，這套控制系統中的晶閘管裝置還存在著調試困難、維護工作量大等問題。[1]

老式礦井提升機的另一個問題是采用了傳統的交流電控系統，這種電控系統均為單線系統，多個控制器使用同一套線路，這不僅會造成各命令之間的相互影響，與控制系統相互混聯，還會對其安全性產生較大的影響。

2 礦井提升機的電氣調速系統

由于傳統的交流電控系統的調速性能較差，其調速性能主要由其控制方案所決定，因此我們為了提升礦井提升機的調速性能我們可以依據不同的工況選擇不同的控制方案。經過了長時間的發展其控制方案種類多樣，可滿足施工作業時的不同需求，接下來本文就以模糊控制和直接轉矩這兩個電氣調速系統作為研究對象進行介紹。

2.1 模糊控制電氣調速系統

模糊控制電氣調速系統是指將特定的被控對象、過程控制策略等總結為一系列以“If、Then……”等為表達式的控制規則，通過處理器的模糊推理處理得到的控制作用集來形成被量化了的模糊語言集，用以對系統進行控制。常用的模糊算法包含以下幾個步驟:對模糊子集進行定義，確立模糊控制規則;將基本論域轉化為模糊集合論域;進行模糊關系的矩陣運算;進行模糊推理合成，運算出用于控制輸出的模糊子集;進行逆模糊運算、模糊判決，從面得到精確控制量進行控制。

在對礦井提升機的轉速進行控制的過程中，實現模糊控制的原理如下圖所示。

模糊控制電氣控制系統原理圖

通過其原理圖我們可以知道，在這個系統中，由PLC對傳感器的采樣計算出被控制量的精確值，并與給定值進行比較以得到誤差信號e和誤差變化率de/dt，然后將誤差模糊化形成模糊量E和Ec，之后對模糊量進行模糊推理運算得到模糊控制量U，然后將模糊控制量U轉化為設備可用的量化控制信號u并將其傳入變頻器進行控制，收到信號的變頻器依照信息指令對礦井提升機進行作用，實現控制過程。這種電氣系統與傳統的電氣控制系統相比，工作范圍寬，適用范圍廣，非常適合對非線性系統的控制。[2]

2.2 直接轉矩電氣調速系統

直接轉矩控制是以轉矩為中心來對磁鏈、轉矩進行綜合控制。它是通過對電機的定子電壓和電流進行檢測，以瞬時空間矢量理論為依托，通過對電機的磁鏈和轉矩進行計算并與給定值的比較，來實現對磁鏈和轉矩的直接控制。其原理如圖所示:

直接轉矩電氣控制系統原理圖

直接轉矩控制系統的控制效果與轉矩的實際狀況相關，它具有控制結構簡單，處理控制信號的物理概念明確，系統響應迅速且無超調等特點，是一種具有高靜、動態性能的交流調速控制方式。

通過以上對礦井提升機電氣調速控制系統的簡述，使初學者們對其知識架構有了初步的了解，希望可以為其深入研究提供參考依據。

[1]盧燕.《礦井提升機電力拖動與控制》.冶金工業出版社.2001

[2]王清靈，龔幼民.《現代礦井提升機電控系統》.北京:機械工業出版社.1996.