礦井提升電控系統的技術改造

張俊峰

摘 要：本文對傳統的礦井提升系統進行了改造，改造后的礦井提升電控系統提高了提升系統的自動化水平，在ASCS電控系統雙饋變頻和調速結構的作用下，減少了運行過程中的諧波對系統的影響，實現了對功率因數的調節和補償，同時提升機的運行速度得到有效的調節，保證了設備運行的可靠性，提高了礦井的管理化水平。

關鍵詞：ASCS電控系統;雙饋變頻;功率因數

隨著礦井機械自動化水平的不斷發展，礦井提升系統的自動化水平也得到改善，但是提升系統的故障率依舊很高，拒統計，我國礦井提升系統故障的平均時間達到97個小時，嚴重影響了礦井的經濟效益。在故障中，因為人工操作導致的提升系統故障概率極低，多數是因為電控系統故障導致，一旦故障發生，就需要大量的人工長時間的維修，嚴重影響了工作面的正常掘進，為此，對礦井提升系統進行改造就顯得十分重要[1-2]。本文主要針對副井電控提升系統的現狀，對提升系統進行了改造，通過對提升系統的改造，使得系統的穩定性得到提高，減少了原有提升系統中工人的操作步驟，使得提升機在運行過程中的速度可以實時調控且處于穩定值，使得提升效率提高。

1 ASCS 電控系統概述

目前，礦井提升系統較為單一，在機電系統的控制下，提升機必須在所設定的速度下工作，因為提升物質量的波動使得提升機的運行速度經常有偏差，因此造成設備的使用年限縮短，當提升機的運行速度波動較大時，容易造成設備脫軌，對生產造成巨大的影響。因此，對礦井提升系統的改造就顯得尤為重要，通過改造礦井提升系統，提高設備運行的穩定性，滿足生產的需要。

ASCS電控系統是調速控制系統，系統主要包括人機交互、線路配電、保護調節、整流以及勵磁等。ASCS電控系統采用高性能的數值控制技術控制逆變器，通過變頻矢量控制電機轉子的方式實現了雙三電平的交直網絡拓撲結構，此外，利用PLC進行調速可以實現電控系統的全自動化，為了方便對電控系統進行管理，系統還需對設備運行過程中的參數進行監測顯示，采用整流控制的方式降低電網的諧波污染，從而提高功率因數實現能量的雙向流動。ASCS電控系統有以下特點：

①ASCS電控系統中的提升機采用變頻矢量控制的方式進行轉子的調速;②對于系統的調速則通過安裝在電機轉子的功率變換單元，從而實現轉差率的變換控制，系統中的全控整流單元保證了轉子與電源的電壓處于同一頻率，減少了電網的影響，實現了對功率因數的調節和補償;③對于設備速度的控制采用可編程控制程序實現，使得系統具有高性能的特點;④PLC控制系統與監測系統、液壓控制系統、裝卸載系統等互相連通，實現了數據間的傳遞，便于對設備運行中各個參數進行管理;⑤對于設備運行過程中參數的顯示則通過計算機界面顯示，可以實時了解設備運行的狀況且實現對參數的改變。

2 ASCS電控系統變頻器

目前礦井主要采用晶閘管整流的直流調速方法，直流調速下，大量諧波的產生影響了系統的穩定性，礦井在諧波問題上投入大量的人力、財力，浪費時間的同時諧波影響并沒有很好的改善，為此采用交流變頻的調控方式，直接減少了諧波的產生，實現了對控制器件的保護作用，大大提高了工作的穩定性。在ASCS電控系統中，為了最大限度的減少諧波的影響，將電機的定子和脈沖變流器并聯或脈沖變流器通過獨立的定子進行供電，提高了驅動性能。

本文中三電平的交直網絡拓撲結構，半導體器件是結構的核心，這種拓撲結構中，系統簡單且可靠，較高的功率因數使得頻率的調控范圍廣泛，在4個功率器件的作用下，系統可以輸出三個電平，使得在相同的電壓作用下，器件受承受的電壓降低，減少了功率器件的承壓。

為了實現提升系統的高精度的目的，礦井提升電控系統采用雙饋轉子變頻，雙饋轉子就是采用雙饋電機，定子、轉子的兩個繞組與電源相連接實現了功率的逐個輸出輸入功能。雙饋指的是轉子繞組和電路相連，定子繞組和交流電路相連。

圖1為雙饋變頻構造圖，全控逆變單元CU可以為系統提供穩定的電流電壓，通過補償功率因素減少諧波的產生，使得系統穩定性提高。

雙饋變頻具有以下優點：

①在傳統的變頻調節下，電機在啟動停止甚至低速運行的過程中，轉矩增加明顯，甚至會達到額定轉速的2倍多，長時間運行轉矩沖擊力大，容易損壞，采用雙饋變頻調節時，可以對系統內電壓的實時調控，使得輸出功率穩定，因此轉矩處所受的沖擊力減小，縮短了設備爬行的時間;②雙饋變頻調節時，可以實現對提升機的無機調速功能，通過矢量控制使得提升機速度的調控精度更加精確，除去了傳統施閘進行提升機速度調節的步驟，減少了工作人員的工作量和操作難度，在電氣系統的控制下，避免了提升機速度的波動情況;③雙饋變頻調節時，系統內諧波減少，對系統的影響可以忽略不計，減少了諧波處理時投入的時間以及財力，同時功率因數的調節使得系統的整體性更加流暢;④雙饋變頻調節可以實現對電機和定子功率的同時調節，同時調節的過程中提高了功率因數，使得系統的能耗減少。

3 ASCS電控系統調速構造及故障診斷

ASCS電控系統調速構造主要由硬件和外圍電路構成。對于調速系統的硬件部分，主回路負責系統的供電，同時提供短路以及過流保護，主回路又是由轉子和定子的回路構成，因此還對提升機有轉向的控制作用。主回路的主要模塊有供電模塊、觸發脈沖模塊、控制模塊等，各個模塊之間用總線相連，實現數據的互相傳遞。其中電源模塊負責給其他模塊充電，控制模塊則負責各模塊間數據的傳遞，同時對系統進行監測，觸發脈沖模塊主要負責觸發系統回路中的整流橋。

對于外圍電路而言，系統則采用電流互感器進行回路電壓的測量，實現了小量程大范圍的電流測量目的。電流互感器結構示意圖如圖2所示，從圖中可以看出，若干匝較長的導線均制成單相形成電流互感器的一次繞組，通過串聯的方式連接在電路中，二次繞組與一次繞組形式相近。電路中通過霍爾原理對傳感器的電流進行檢測，通過安裝電纜的方式對電流進行過流保護，使其不參與控制。

通過對礦井提升系統的改造，在礦井進行應用，通過對系統的故障診斷判斷提升系統性能的優良。故障診斷的判斷主要通過計算機顯示界面實現，顯示界面上可以對提升機的運行速度、故障診斷以及供電等信息進行顯示，運行過程中，著重觀察了提升機的速度變化曲線，從應用效果來看，提升機實際的提升速度與額定速度基本一致，雖然有一定程度的波動，但是波動范圍很小，可以忽略不計。

4 結論

本文針對傳統礦井提升系統下提升機速度波動大的現狀，提出了ASCS電控系統，通過對ASCS電控系統變頻器和調速構造的優化，完善了ASCS電控系統，通過對系統的試運行，發現提升機速度與額定速度高度吻合，減少了脫軌等事故的發生，提高了系統的穩定性。

參考文獻：

[1]王天中.繞線電機雙饋轉子變頻調速系統在礦井提升機中的應用[J].科技情報開發與經濟，2010（8）：36-39.

[2]韋娟，熊樹，何廣明.直流礦井提升機的計算機控制系統設計[J].煤炭工程，2008（12）：87-89.