對電磁選礦設備勵磁線圈續流電路的改進*

王 臻

(山東華特磁電科技股份有限公司 山東 濰坊 262600)

隨著生活水平的提高,人們的環保意識日益加強,目前礦山機械設備企業越來越注重對高效、節能環保設備的研發和生產;礦產資源在開采利用中,原礦品味不斷降低,越來越多的復合礦需要電磁選礦設備來處理。這些現實對選礦設備提出了高標準、高要求,選礦設備的好壞直接影響著選礦質量,選礦質量水平是選礦設備的最好體現。機電一體化和智能化控制的相互滲透大大促進了選礦工藝的提高,電力電子和軟件控制技術變得與機械工程同等重要。

1 續流電路在電磁選礦設備勵磁線圈的應用

目前大部分電磁選礦設備如電磁漿料磁選機、電磁干粉磁選機等,都是直流電產生強磁場,由于電感儲能大,正常工作時會在兩端產生感應電動勢,存儲大量磁場,斷電時較大能量消耗在直流線圈上,兩端感應電動勢不能立即消失,很容易將電路中的元器件損壞,影響設備的使用壽命。

在線圈兩端并聯一只二極管反向串聯的電路給線圈提供了一個小號能量的通路,通路的電流方向和二極管正向導通,使電路運行可靠,這組電路就叫續流電路。當斷電時線圈產生的感應電動勢通過二極管和線圈構成的回路使電流平穩的變化,保護了電路中其他元器件的安全,提高了設備的使用壽命。

三相橋式整流電路中的續流電路(見圖1)。六只可控硅組成三相橋式整流電路,在可控硅兩端分別并聯RC串聯網絡后,組成三相整流式阻容吸收電路,這在礦山設備大電感性負載中是最常見的電路。對于大多數電感性負載的選礦設備,三相橋式阻容吸收整流電路是應用最為普遍的,在這種電路上接入續流電路,既能保護電路中其他元件不受電流電壓突變而燒毀,又能釋放線圈兩端殘留電動勢。

圖1 三相橋式整流電路中的續流電路

2 續流電路在電磁選礦設備勵磁線圈的改進

選礦設備的技術水平直接影響生產的暢通和應用。目前大部分電磁選礦設備為了提高物料品位都是循環操作,即進料→吸鐵→停止進料→卸鐵→再進料的循環控制模式。當通電的電磁選礦設備勵磁線圈斷電時,斷電瞬間線圈所儲存的磁場能量要經歷從“有至無(或零)”的突變,因磁場能量從有→無的突變會在線圈內產生電動勢,這種或電動勢的大小取決于磁通量變化的速率,自感電壓過高危及回路內電器元件的絕緣,或擊穿回路產生破壞作用。三相橋式整流電路加上續流電路后一方面卸鐵時間長,大大影響了礦物處理量,另一方面,設備現場操作很難實現自動模式下平穩工作。降低了生產效率,減少了選礦處理量。筆者主要介紹對續流電路的改進,縮短放電時間,提高設備使用周期,最大程度地實現礦物資源的綜合回收利用。

改進后的續流電路(見圖2),在續流二極管串聯一組電阻,分流器兩端并聯控制器組成閉環控制系統,運用先進的PID 控制技術,其結構簡單、穩定性好、工作可靠、調整方便,電壓電流可調且恒定。自動化水平的高低已成為衡量電磁選礦設備現代化水平的一個重要標志,采用新電路結構、新技術,使直流線圈斷電時在短時間內快速釋放殘留能量,縮短勵磁線圈的放電時間。

圖2 改進后的續流電路

電磁選礦設備勵磁線圈是一個很大的電感,正常工作啟動時,電流沖擊很大,嚴重影響使用壽命,采用先進的PID 控制方法,可以很好地解決電流不恒定的問題。PID 控制可以很好地解決啟動過程中震蕩和超調的問題,其穩定性比較高。采用PID 控制人機界面(見圖3),通過采樣當前電流值經AD 轉換,經數字濾波器濾波后,將當前電流值送入PID 控制器內,PID控制器按照設定的比例、積分、微分和采樣時間參數,計算出當前輸出給定值,經DA 轉換控制三相全控橋電路導通角;通過不斷地將當前電流值與設定電流值的PID 運算,逐漸消除誤差,從而控制整流電路的直流電流值達到設定電流值,并維持當前電流值在設定電流值附近動態平衡。電源電壓的波動、元器件的老化、現場的環境溫度等因素都將影響磁場的穩定性。為了磁場恒定,采用PID 算法設置比例、積分與微分三個參數實現礦山設備大功率負載輸出電流的恒定不變,加快調節速度,更快達到預期理想值,穩定性比較高。當線圈斷電時,改進后的續流電路,可以使電流平緩的變化,加上電阻器后能使殘余電動勢快速釋放。改進后的續流電路并不僅單純的是一種電器元件,極大的作用將電感中的能量對外傳遞,一方面保證了整個電路電器元件的安全,最大程度的節約了成本;另一方面快速釋放殘余電動勢,加快了設備使用率,大大提高了礦物處理量。PID 控制器的參數整定是改進后續流電路設計的核心內容,PID 控制器參數整定方法分為兩類,即理論計算整定法和工程整定法。

圖3 采用PID 控制人機界面

前者主要通過理論計算來確定控制器參數,這種方式得出來的理論數據一般還需要經過后期現場進行調整修改;后者主要通過現場經驗,直接在試驗中進行,且方法簡單、易于掌握,在電磁選礦設備現場調試中被廣泛采用。無論采用哪一種方法所設置的控制器參數,都需要在實際運行中進行最后的調整與完善。

在實際調試中,只能先大致設定一個經驗值,然后根據調節效果修改。在選礦過程中為了提高原礦品質,增加礦物處理量,提高設備使用率,要求生產過程始終處于最優工作狀態。PID 控制中要求系統能夠根據被測參數的變化而自動對系統進行調節,使系統隨時處于最佳狀態。

3 續流電路使用注意事項

改進后的續流電路在電磁礦山設備應用廣泛,在使用過程中應注意以下幾點:

(1)續流電路是電感性負載斷電時釋放電動勢的主要有效手段。

(2)續流電路中二極管的極性不能接錯,否則會做大量無用功,即續流二極管對直流電壓應反接,二極管的負極應接感性負載的正極。

(3)續流電路中電阻器的選型,根據不同感性負載選擇,有很大的靈活性。

(4)PID 三個參數的設定,要根據現場經驗設定,并通過在現場反復調試來確定最佳值。

(5)大多數情況PID 參數的設定只需取兩個單元,但比例控制單元是必須要設定的。正常情況比例系數不能太大,積分時間不要太小,否則會出現電流不穩定或過大。

4 結語

電磁選礦設備要以節能、低耗、高效、簡化流程為發展方向,利用先進的電力電子技術,對電磁選礦設備工藝進行不斷優化改進,淘汰現有低效高耗的設備,使電磁選礦設備在不斷的滿足市場需求的同時,自身也得到了持續的發展。

未來電磁選礦設備經過進一步的更新和升級,面向經濟建設,以數字化、智能化、生態化為發展目標,一定能夠在更多、更廣闊的領域中體現自身的價值,推動礦山經濟和社會的發展。