豎井提升機電氣自動化控制系統優化與應用

陳官遠

摘? 要：在礦山企業中提升機是其中非常關鍵的設備，在井下礦石提升中起到最主要的運輸作用，提升機是否能夠正常運行，直接影響了礦山的生產和企業生產效益。傳統豎井提升機的電氣自動化控制系統存在自身弊端，從精度、加減速過程和電阻等均存在不同程度的問題，筆者對此進行思考后，提出改造方案，將繞線式電機進行串電阻調速，這樣電控系統改造后可實現電氣自動化控制，這種改造直接將原電氣控制系統存在的問題和其中的不足進行優化，實際應用上獲得了較好的經濟效益。

關鍵詞：豎井提升機? 電氣自動化? 控制系統? 優化? 應用

中圖分類號：TP273? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2019）04（a）-0064-02

銅礦開采機械化和自動化的程度逐漸提高，豎井提升機在礦井內是非常重要的運輸工具，在使用需求上也呈快速增長模式，但提升機的用電量較大，提升機如何節能減排，為企業和國家做出自己的貢獻顯得越來越重要。企業想要長期盈利，提升機一般是長期處在電動狀態，頻繁的正反轉啟動和減速制動使得提升機的自動化控制系統起到非常重要的作用。傳統的交流繞線式電機在串電阻調速系統存在一定的缺陷，基于此，筆者對豎井提升機的電氣自動化控制系統進行優化，并在實際中應用。

1? 主豎井提升系統當前現狀分析和舊式提升機電氣控制系統介紹

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

傳統的豎井提升機使用的控制系統是繞線式電機電阻串聯的模式，這樣進行調速時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提升過程。這種提升模式相對表現出一定的復雜性，且會有自身存在的不足。具體來說，最大的問題就是控制精度比較低。控制精度上，停車時設定的位置和實際停車位偏差較大，中途停車更是直接出現停車不準確的情況。表現出的第二個大問題就是自動化程度低、安全性能差。這種豎井提升機有明顯的加減速階段，這個階段中接觸器需要頻繁做功，表現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，出現故障概率較高，加上這種提升機是非自動化控制，需要人為操作，這樣接觸器的故障很可能造成安全隱患，對人員產生傷害概率更高。第三個明顯的不足就是這種提升機使用的是電阻能耗控制模式，這種模式之下耗電量非常高，這對能源消耗很高，而且在提升和減速的階段時，電流的沖擊也很大，整體來說耗能嚴重。對于企業耗能嚴重會影響經濟效益，對于地球節能減排是我們永遠不變的觀念。

2? 豎井提升機電氣自動化控制在系統上的優化和實際應用

在傳統豎井提升機存在的待改進的基礎上，筆者結合自身實際使用，將提升機進行重新調試更換，最終找到合適提升機的四象限高壓變頻器，具體規格為：GBP-D10-10-630，使用這種高壓變頻器能夠對豎井提升機起到很好的改造作用。從結構上分析，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10kV的高壓變頻器經過串聯后，經過疊波升壓變成三相，從Y接口輸出，在中性點懸浮著，從而獲得了可以使電機更好驅動的可變頻的高壓三相電源。

功率單元作為整套變頻系統中最核心的部分，結構上以有源前端、直流環節、逆流變路作為核心的結構完成能量回饋。整流側與逆變側均可使用可控器件。改裝過后，相當于每一個功率單元都是一臺交直變電壓的低壓變頻器，這樣之后，整流側和逆變側也呈現出相對獨立的狀態，二者分工合作，互不影響。這樣統一保護但是又單獨控制的模式，能夠使功率單元在確保安全的狀態下更好地完成合作。

此次優化后的移相變壓器選擇的是干式的變壓器，最高承受溫度可達到180℃，從絕緣等級上分類屬于H級。移相變壓器在系統中主要是可以將網側的高壓進行轉換，獲得多組低壓，這些低壓能夠使得各個功率單元獲得獨立的電源。一般來說移相變壓器可分為3組，電機等級不同，單元之間的串聯級數不同，移相疊加的整流方式隨之調整，使得網側一端電流的波形得到很好的改善;負載下網側的功率因素大多數情況下可達到1或是無限接近1，實際上不需要任何功率因素補償，也不需要諧波來抑制，變壓器的副邊繞組本身也非常獨立，這就使得功能單元主回路相對而言也是獨立的。另一方面變壓器的溫控設備使得內部的溫度能夠從外面得到監控，溫度達到預定值之后報警信號可很好地提示工作人員，預定值在一定時間內會出現跳閘，這對提升安全有了很好的幫助。

實際上，改良后的系統是高性能的DSP微處理，能夠很好地實現自動檢測，對電機的參數能夠監測到，并以此建立模型，以電機的電流和電壓進行實時的解耦控制，使得電機轉矩能夠從外部很好地進行限制，可有效避免因為負荷波動引起的電流故障。

改良后的電氣自動化控制系統在實際應用中也有很好的優勢。一是系統的安全性得到很好的提高，工作人員的安全有更好的保障。轉子和電阻串聯的方式，減速階段或是下放重物階段都需要直流制動或是機械抱閘制動，但前者產生制動力較小，后者若不能給予幫助，不能及時獲得制動的效果。優化后的變頻調速可以很好地解決這種情況。變頻器可輸出大約3倍的制動力矩，能夠很好地滿足自身制動需求，抱閘失效、機械制動不足時也能夠有足夠制動力，這有效地提升了系統的安全性。加速控制階段也能夠很好地避免罐道或高速沖擊曲軌等問題，系統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。二是從企業獲得的經濟效益分析，變頻調速這種電氣自動化控制系統，實際上電機的轉子是完全處于短接狀態，相對傳統的轉子和電阻串聯需要提供過高的電壓，優化后的系統不需要消耗更多的功率，節能減耗效果非常明顯，平均節能可降低20%左右。若按照5毛的電價進行計算，每年大約可節約30萬元電費。

3? 結語

傳統的豎井提升機選擇繞線式電機和電阻串聯的調控方式完成控制，電阻需要消耗大量的電量，但有用功占比相對卻比較小。對這類提升機進行變頻優化，從實際上分析，傳統電氣控制系統存在的部分問題和缺陷都有了明顯的改善，從經濟效益上分析也更為理想，在市場上應用價值相當可觀。另一方面，這種變頻優化后的自動化控制系統在運行時穩定性、安全性也有明顯的提高，在運行故障、停工工時上有了很好的避免，可節約人力和物力，這對整個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濟效益。

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