礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐探究

祝敏杰

摘 要：本文通過(guò)對(duì)榮泰礦某礦區(qū)提升機(jī)電控系統(tǒng)的分析，結(jié)合交流電控系統(tǒng)和直流電控系統(tǒng)的特點(diǎn)，對(duì)礦井提升機(jī)交直流電控系統(tǒng)的選擇提出了一些建議和方案。

關(guān)鍵詞：礦井提升機(jī)；直流可逆調(diào)速；轉(zhuǎn)子雙饋?zhàn)冾l調(diào)速

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.23.137

1 礦井情況

本文研究對(duì)象選取榮泰礦某礦區(qū)提升機(jī)電控系統(tǒng)，該提升機(jī)的電機(jī)功率為800kW，定子額定電壓10KV，定子額定電流61.9A，轉(zhuǎn)子額定電壓1011V ，轉(zhuǎn)子額定電流487.2A。工作時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)591r/min。現(xiàn)就該提升機(jī)的硬件條件和各類型電控系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)來(lái)選擇相應(yīng)的電控系統(tǒng)方案。

2 礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的方案分析

對(duì)于礦井800KW的功率要求，在沒(méi)有確定電機(jī)的情況下，可選用我國(guó)技術(shù)較為成熟的ASCS-3直流全數(shù)字調(diào)速方案或先進(jìn)的ASCS-6轉(zhuǎn)子雙饋交流變頻調(diào)速方案。結(jié)合該提升機(jī)的實(shí)際情況，下面對(duì)兩種方案進(jìn)行介紹。

（1）直流全數(shù)字調(diào)速方案介紹。ASCS-3直流全數(shù)字調(diào)速提升機(jī)電控系統(tǒng)，使用晶閘管變流，廣泛應(yīng)用于大功率電力拖動(dòng)系統(tǒng)調(diào)速控制。可以根據(jù)提升機(jī)功率的不同，分為磁場(chǎng)換向和電樞換向兩種方式，系統(tǒng)由兩臺(tái)ASCS-3-T型整流裝置，可構(gòu)成串聯(lián)12脈動(dòng)整流方式，實(shí)現(xiàn)全載全速運(yùn)行。當(dāng)一臺(tái)ASCS-3-T型整流裝置故障時(shí)可操作切換柜中的刀閘，切換為6脈動(dòng)整流方式，實(shí)現(xiàn)全載半速運(yùn)行。此調(diào)速方案適用于電機(jī)電壓為440V-1000V，功率為600KW-3000KW的直流電機(jī)。

（2）轉(zhuǎn)子雙饋?zhàn)冾l調(diào)速方案介紹。ASCS-6型調(diào)速系統(tǒng)采用IGBT背靠背雙三電平變頻器。變頻器包括三電平整流器、三電平逆變器和全數(shù)字調(diào)節(jié)柜（內(nèi)置矢量控制器）。在雙饋調(diào)速工作時(shí)，除了電機(jī)定子側(cè)與交流電網(wǎng)直接連接外，轉(zhuǎn)子側(cè)也要與交流電網(wǎng)或外接電動(dòng)勢(shì)相連，從電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上看，可認(rèn)為是在轉(zhuǎn)子繞組回路中附加一個(gè)交流電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)這個(gè)電動(dòng)勢(shì)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。此調(diào)速方案適用電機(jī)功率為400KW-2000kW的交流繞線電動(dòng)機(jī)。

（3）方案的選擇。直流電機(jī)具有電刷和換相器，因而必須經(jīng)常檢查更換碳刷換向器，使直流電機(jī)的應(yīng)用環(huán)境受到限制。交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、成本低廉、效率高。直流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比交流系統(tǒng)要復(fù)雜的多，維護(hù)費(fèi)用也比交流系統(tǒng)高很多。一般來(lái)說(shuō)直流電機(jī)的效率85%左右，而交流異步電機(jī)效率可以達(dá)到90%以上。

直流調(diào)速一般采用晶閘管整流，其諧波是無(wú)法避免的，需要治理。而交流變頻系統(tǒng)一般都使用PWM（脈寬調(diào)制）方式，其諧波含量很小，根本不需要諧波治理。交流變頻采用的智能型全控器件（IGBT），可以實(shí)現(xiàn)自保護(hù)，對(duì)于器件故障的保護(hù)功能更完善，并且能防止故障的進(jìn)一步擴(kuò)大，維護(hù)人員可以通過(guò)上位機(jī)系統(tǒng)得到故障信息。

3 ASCS-6轉(zhuǎn)子雙饋?zhàn)冾l調(diào)速系統(tǒng)的具體設(shè)置

ASCS-6轉(zhuǎn)子雙饋?zhàn)冾l調(diào)速系統(tǒng)包括定子側(cè)控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)子側(cè)控制系統(tǒng)，包括：高壓進(jìn)線柜、高壓換向柜、變壓器、雙饋轉(zhuǎn)子變頻器（變流柜、調(diào)節(jié)柜）、PLC柜、低壓柜、操作臺(tái)、上位機(jī)等組成。其具體組成情況由圖1可知。

高壓柜采用KYN28A-12型開(kāi)關(guān)柜組成，具有電流、電壓、電度測(cè)量，失壓、過(guò)流、進(jìn)線連鎖，以及電動(dòng)操作結(jié)構(gòu)；高壓柜的狀態(tài)可經(jīng)過(guò)PLC傳輸?shù)缴衔粰C(jī)顯示。低壓柜為手動(dòng)切換的雙回路進(jìn)線，能滿足整個(gè)提升機(jī)電控系統(tǒng)和相應(yīng)輔助設(shè)備的供電，包括絞車(chē)風(fēng)機(jī)、信號(hào)系統(tǒng)、井筒開(kāi)關(guān)、液壓站等的供電。提升機(jī)中的網(wǎng)絡(luò)化操作系統(tǒng)選用西門(mén)子S7-300雙PLC進(jìn)行控制，自動(dòng)生成S型速度曲線，行程跟蹤精度高，停車(chē)準(zhǔn)確。同時(shí)采用基于Windows-CC系統(tǒng)下的人機(jī)接口對(duì)提升機(jī)的控制過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控。三電平變頻器包括變流柜、調(diào)節(jié)柜。一套完整的變流柜，IGBT數(shù)量為24只，二極管12只，元器件總數(shù)36只。變頻器的的核心部分為調(diào)節(jié)柜中的矢量控制器，其采用多板卡單總線結(jié)構(gòu)，主要包括：電源板、CPU板、脈沖板。對(duì)于功率器件IGBT，全部采用光纖觸發(fā)。電源板：為整個(gè)機(jī)籠的控制板供電；CPU板 ：負(fù)責(zé)與外界PLC的通信，預(yù)留Profibus、RS485、Can三種通信接口；脈沖板：負(fù)責(zé)三電平整流器或逆變器的控制，主要完成矢量控制算法。

操作臺(tái)采用操作方便的分體式結(jié)構(gòu)，包括左操作臺(tái)、右操作臺(tái)、指示臺(tái)。左操作臺(tái)、右操作臺(tái)裝有制動(dòng)手柄、主令手柄，各種控制提升機(jī)的按鈕、開(kāi)關(guān)。指示臺(tái)上裝有儀表、深度指示器、指示燈和西門(mén)子S7-300等，并通過(guò)指示燈、儀表及時(shí)了解提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)、重要的操作信號(hào)、報(bào)警信號(hào)等，保證在沒(méi)有上位機(jī)圖形顯示的情況下，仍然可以安全操作。上位機(jī)具有監(jiān)控功能，具有提升信號(hào)顯示、提升保護(hù)、故障自診斷、行程、速度圖、開(kāi)車(chē)準(zhǔn)備狀態(tài)、控制系統(tǒng)狀態(tài)、高低壓電源回路、主回路、安全回路等連續(xù)實(shí)時(shí)顯示及報(bào)表打印功能，便于事故的預(yù)測(cè)和分析處理，保證提升機(jī)安全可靠運(yùn)行。

4 設(shè)計(jì)后系統(tǒng)的特點(diǎn)與功能

ASCS-6提升機(jī)轉(zhuǎn)子雙饋?zhàn)冾l調(diào)速系統(tǒng)，使繞線機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻全范圍調(diào)速，轉(zhuǎn)子回路用雙三電平變頻器供電，定轉(zhuǎn)子雙饋調(diào)速，四象限運(yùn)行，完全消除了轉(zhuǎn)子能量。實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)側(cè)電流單位功率因數(shù)正弦波控制，主動(dòng)消除變頻器裝置對(duì)電網(wǎng)的污染，提高了調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)，節(jié)約了電能。對(duì)直流母線電壓的控制具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，為三電平逆變器提供平穩(wěn)的電平，提升了變頻器的調(diào)速性能。通過(guò)我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用，雙饋系統(tǒng)不但能達(dá)到很好的調(diào)速性能，其功率因數(shù)為1且可調(diào)，網(wǎng)側(cè)諧波在2%以下，大大低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。其低速調(diào)速平穩(wěn)、能重載啟動(dòng)、有較強(qiáng)的過(guò)載能力，性能優(yōu)良。上位機(jī)和調(diào)節(jié)柜中IGBT故障報(bào)警燈會(huì)自動(dòng)報(bào)出變流柜中IGBT的故障，工人只要根據(jù)燈的位置就可以判斷對(duì)應(yīng)的故障IGBT，及時(shí)更換，維修方便快捷，提高了生產(chǎn)效率。該調(diào)速系統(tǒng)為轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速，設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，速度連續(xù)可調(diào)，人員乘坐舒適。

5 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)轉(zhuǎn)子雙饋?zhàn)冾l調(diào)速系統(tǒng)是一個(gè)國(guó)際較領(lǐng)先的技術(shù)，其組成的電控系統(tǒng)操作性強(qiáng)、安全性高，已被運(yùn)用到各種升降機(jī)械的操作中。本文主要對(duì)該系統(tǒng)在礦井提升機(jī)中的運(yùn)用，及其組成部分進(jìn)行了闡述，并講述了相應(yīng)的實(shí)踐方案，展現(xiàn)了其當(dāng)前所具有的優(yōu)勢(shì)，充分顯示出其使用價(jià)值。endprint