礦井提升機電控系統(tǒng)設計

摘 要：提升機電控系統(tǒng)能夠平穩(wěn)運行直接關系到提升機的提升運輸效果。文中在對常用的交流變頻調速、直流可逆變調速方式進行對比分析基礎上，根據(jù)礦井實際，選擇直流可逆變調速方式對提升機電控系統(tǒng)進行設計。并具體闡述了電控系統(tǒng)的結構組成以及運行特點。設計的電控系統(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。

關鍵詞：提升機；電控系統(tǒng)；礦井運輸

隨著煤炭開采的技術的不斷提升，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)生前就做出預警，并自動制動，降低提升機故障給礦井安全生產帶來的不利影響[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，采用直流可逆調速系統(tǒng)對提升機運行進行控制，現(xiàn)場實踐取得較好應用效果。

1 概述

山西某礦設計生產能力為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)常用的技術方法為交流變頻調速以及直流可逆變調速方式，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，提高設備的安全性及穩(wěn)定性。

2.1 交流變頻調速

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

通過上述公式可以看出，主需要改變輸入電流的頻率F就可以改變驅動電機的運轉速度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量信號，改變控制柜內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整的目的。變頻器通常采用的變頻技術為背靠背雙三電平交直交方式。高壓變頻調速柜采用轉子穿電阻方式，在6kV以及10kV交流電設備中具有較好的應用效果，具體的提升機負載結構如圖1所示。

2.2 直流可逆變調速方式

采用這種方式可以結合提升機的功率，將直流調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設備，選擇12脈動回路，確保設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，設備功率，采用直流可逆變調速方式更能保證設備運行穩(wěn)定性。雖然采用直流可逆變調速方式相對于交流變頻方式結構復雜，且電機的維護工作量也更大。但是直流可逆變調速技術方式更為成熟，對提升機速度調整也更為穩(wěn)定。通過分析提升機的經濟以及穩(wěn)定性，并考慮到該礦采用的提升機功率為2240kW，因此，直流可逆變調速對提升機電控系統(tǒng)進行設計時電樞換向采用12脈動回路。

3 直流可逆變調速電控系統(tǒng)組成

設計的電控系統(tǒng)結構如圖2所示。系統(tǒng)結構組成主要有高、低壓供電電路、控制系統(tǒng)、上位機監(jiān)控設備以及整流調速設備組成。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。

調速設備采用西門子生產的6RA70數(shù)字調速設備，配套有大功率的整流柜，主要是用來保持直流調速磁場恒定，更好的實現(xiàn)電樞轉向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。控制系統(tǒng)的低壓供電采用手動切換雙回路進線方式，為提升機的輔助設備供電。變壓設備的主干路采用環(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)改進設計，采用電樞轉向12脈動方式，實現(xiàn)磁場恒定，保持提升設備的平穩(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，應立刻將12脈動方式調整為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。控制系統(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

提升機是礦井重要的運輸設備，其能否安全、平穩(wěn)、高效運行直接關系到礦井能夠安全高效生產。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)領域中應用較為廣泛。采用直流逆變調速對提升機電控系統(tǒng)進行重新設計，現(xiàn)場應用實踐也表明，設計的電控系統(tǒng)穩(wěn)定性較高、可以確保提升機的安全、平穩(wěn)、高效運行，為礦井生產運輸提供良好條件。

參考文獻：

[1]盛超.礦業(yè)企業(yè)礦井提升機電控系統(tǒng)設計方案的研究[J].中國設備工程，2019（06）：185-186.

[2]范瑞波.礦井提升機調速系統(tǒng)設計[J].西部探礦工程，2018，30（10）：159-160+162.

[3]管坤.礦井提升機電控系統(tǒng)設計分析[J].能源與節(jié)能，2018（06）：105-106+152.

[4]孫劍鋒.礦井提升機數(shù)字交流變頻控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].成都：電子科技大學，2016.

[5]祝敏杰.礦井提升機電控系統(tǒng)設計與實踐探究[J].山東工業(yè)技術，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，信息商務學院自動化專業(yè)，本科，現(xiàn)為助理工程師。