礦井提升機電控系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展探討

摘 要：作為礦井開采最重要的組成部分之一，礦井提升機的安全性和可靠性直接與礦井的生產(chǎn)質(zhì)量密切相關(guān)，而且會影響到礦工的人身財產(chǎn)安全。因此要保證礦井的安全開采就必須提高提升機的性能，而當前制約提升機性能的主要就是提升機的電控系統(tǒng)，所以當前學術(shù)界應(yīng)該重視電控系統(tǒng)的安全設(shè)計，保障礦場開采的穩(wěn)定性，并且促進開發(fā)效率的提升。本文在介紹礦井提升機電控系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，探討了礦井提升機電控系統(tǒng)的重要組成及其多樣化發(fā)展，并且為進一步提高礦井提升機電控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化，智能化和高效化提出了解決措施，希望可以帶動我國礦井開采行業(yè)的進一步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：礦井提升機;電控系統(tǒng);變頻調(diào)速

礦井卷揚機礦井提升機是礦井進行上下交流溝通的唯一通道，需要運輸人員、貨物、設(shè)備和物料等。礦井提升機經(jīng)常需要進行往復運動，該器械體積較大，自身慣性較強，荷載能力好，除此之外，該器械還具有運行速度快、調(diào)速范圍廣等優(yōu)點。當前礦井提升機已經(jīng)成為礦井生產(chǎn)的重要設(shè)備之一，與礦井生產(chǎn)效率和礦工的生命財產(chǎn)安全密切相關(guān)。我國要促進礦產(chǎn)行業(yè)的進一步發(fā)展首先就應(yīng)該對礦井提升機進行創(chuàng)新改造，增強該器械的安全性，提高工作效率。當前礦井提升機已經(jīng)成為各國機械制造行業(yè)的重點內(nèi)容之一，未來的礦井提升機必然會向高效率、大容量、低能耗的方向進一步發(fā)展。

1 礦井提升機的運行特點

礦井提升機是礦場開采的重要器械之一，而作為礦井提升機的關(guān)鍵部分，其電力拖動系統(tǒng)必須具備可調(diào)速，穩(wěn)定性較強的特點，而且還應(yīng)該設(shè)置完備的保護裝置，保障礦井提升機的正常運行。當前礦井提升機主要包括直流傳動和交流傳動這兩種類型，此二者之間的主要區(qū)別就是提升機對電控系統(tǒng)的要求。直流傳動指的是對直流電動機的速度進行控制，直流電動機調(diào)速范圍廣、調(diào)速特性強而且還可以在四象限內(nèi)進行運行，因此主要被應(yīng)用到需要對速度進行頻繁調(diào)整的環(huán)境當中。

2 礦井提升機電力拖動系統(tǒng)現(xiàn)狀

2.1 繞線電機轉(zhuǎn)子串電阻拖動系統(tǒng)

當前對礦井提升機進行調(diào)速的主要是拖動系統(tǒng)的附加電阻，串，接轉(zhuǎn)子回路，由此組成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，而且使用方便，但依舊存在如下問題：①觸點控制，工作可靠性差;②當前主要依靠有級調(diào)速系統(tǒng)進行調(diào)速，當系統(tǒng)保持在低速狀態(tài)時，機械特性的檢查率會隨之拉大，而且電流沖擊力也會出現(xiàn)明顯提升;③提升機需要頻繁進行啟停，因此該系統(tǒng)功率交叉效率較低的特點會增大電能浪費。

2.2 發(fā)電機--電動機（G-M）直流拖動系統(tǒng)

該系統(tǒng)的發(fā)電機主要是直流發(fā)電機，由原動機進行拖動，并且可以保持固定轉(zhuǎn)速進行旋轉(zhuǎn)，工作人員對電機勵磁電流的大小和方向進行調(diào)整，就可以改變電機的輸出電壓大小和極性，從而調(diào)節(jié)提升機的具體速度。該系統(tǒng)，工作可靠性高，調(diào)速性能好，但是初期購買費用高，而且在使用過程當中需要將能量多次進行傳遞，工作效率較低，而且在工作時會產(chǎn)生噪聲，因此實踐過程當中，這種器械使用頻率較小。

2.3 可控硅--電動機（SCR-M）直流拖動系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要通過改變晶閘管的供給電流對電機轉(zhuǎn)速進行調(diào)控，從而調(diào)節(jié)提升機的運轉(zhuǎn)速度，該系統(tǒng)的優(yōu)點是效率高，體積小，重量輕，但該系統(tǒng)運行過程當中會產(chǎn)生高次諧波污染周邊環(huán)境的電網(wǎng)，而且當晶閘管控制角維持在較大范圍時，交流側(cè)的功率因素會隨之降低。

2.4 直流脈寬調(diào)制系統(tǒng)

該系統(tǒng)電機轉(zhuǎn)速進行調(diào)控時，需要改變電機電樞電壓的極性和大小，從而對直流斬波電路當中功率器件的通道時間進行調(diào)節(jié)，與前兩種系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)抗干擾能力強，而且運行較為穩(wěn)定，電機發(fā)熱出現(xiàn)次數(shù)較少。

2.5 交流變頻調(diào)速系統(tǒng)

與直流調(diào)速系統(tǒng)相比，交流調(diào)速系統(tǒng)對速度提升較為明顯，而且，其內(nèi)部缺少換向器和電刷，對能量損耗程度較小，除此之外該系統(tǒng)的功率因數(shù)可以高達95%，部分電機甚至可以達到100%。四、可實現(xiàn)電機在四象限間平滑過渡運行和連續(xù)調(diào)速。變頻供電系統(tǒng)，節(jié)能效果較為顯著，因此未來大型礦井提升機電控系統(tǒng)必然會采用變頻器作為供電系統(tǒng)，當前，應(yīng)用于礦井提升機的變頻調(diào)速系統(tǒng)主要包括以下幾類：首先是雙PWM交--直--交勵磁同步電機變頻調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)的電路圖如圖一所示，圖中的ARU是PWM變流器，它可以將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姡部梢詫⒅绷麟娹D(zhuǎn)化成交流電，輸入到電網(wǎng)當中，交流側(cè)的電流接近正弦波，因此產(chǎn)生的諧波較小，對周邊電網(wǎng)幾乎不會產(chǎn)生影響，因此有利于電機的穩(wěn)定運行。

3 礦井提升機電控系統(tǒng)發(fā)展方向

3.1 平滑調(diào)速且調(diào)速精度高

礦井提升機的負載變化較大，因此調(diào)速范圍應(yīng)該可以隨負載的變化而產(chǎn)生變化，因此傳動系統(tǒng)必須可以進行平滑調(diào)速，提升機對調(diào)速精度要求較高，靜差率必須較小，系統(tǒng)在不同負載之下的速度應(yīng)該在給定速度偏差允許范圍之內(nèi)避免提升機在運動過程當中，出現(xiàn)容器下墜的現(xiàn)象，保障工作人員的生命安全另一方面，可以盡量減少能源支出，增強工程的經(jīng)濟效益。

3.2 提升容器進一步改進

使用輕型材料制作啟動，可以顯著降低箕斗的自重，并且使用外動力的側(cè)卸式裝載，可以減少箕斗的下降時間和上升時間，縮短循環(huán)時間，提高生產(chǎn)效率。除此之外，采用附近罐籠的容器，還可以滿足大型器械的要求，當前有許多礦井都采用了非對稱式的分布，有效降低能源消耗。

3.3 完善的故障監(jiān)視裝置

提升機電控系統(tǒng)將對提升機的整體性能產(chǎn)生重要影響，因此礦井對該系統(tǒng)可靠性要求較高，提升機出現(xiàn)故障，一方面會影響到礦井的正常生產(chǎn)過程，另一方面可能會威脅礦井工作人員的生命財產(chǎn)安全。當前判斷電控系統(tǒng)可靠性的因素主要是包括如下兩方面，首先電控系統(tǒng)產(chǎn)品質(zhì)量較好，產(chǎn)生故障較少，另一方面，一旦產(chǎn)生故障之后，可以顯示故障產(chǎn)生的位置及其原因，保障器械的正常運行，加速故障排除。當前絕大多數(shù)提升機電控系統(tǒng)當中，都有雙性融于措施，以提高提升機的可靠性和安全性。

3.4 全數(shù)字化控制

隨著科技的不斷發(fā)展，當前微機控制系統(tǒng)已經(jīng)被應(yīng)用到提升機電控系統(tǒng)當中，顯著提高了該系統(tǒng)的工作效率，用一種全新的方式解決了當前提升機電控系統(tǒng)當中存在的小型化問題，而且當前數(shù)字化已經(jīng)成為電機控制系統(tǒng)的主要發(fā)展方式，提升機應(yīng)用數(shù)字化調(diào)速系統(tǒng)，可以提高調(diào)速精度和調(diào)速范圍，并且還可以采用多樣化的控制方式，例如，自動控制負荷控制和最優(yōu)控制等，保證控制系統(tǒng)的正常運行，提高系統(tǒng)控制性能。

3.5 滿足四象限運行

礦井提升機實際上屬于周期性工作，礦井提升機在不同階段的不同周期，都會在正力和負力之間產(chǎn)生變化，而且礦井提升機的爬行加速減速等速反向和停車等操作，都要求控制人員必須保證一定的控制精度，所以電氣傳動系統(tǒng)必須可以在四象限當中穩(wěn)定進行運行。

4 結(jié)語

綜上所述，變頻調(diào)節(jié)作為提升機電控系統(tǒng)當中，節(jié)能效率較高，前景最為可觀的電力拖動方式，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到提升機的發(fā)展過程當中。與發(fā)達國家相比，當前我國對變頻技術(shù)的研究尚處于發(fā)展階段，因此未來學術(shù)界必須加強對變頻器結(jié)構(gòu)，智能控制算法，先進控制策略的研究提高礦井提升機控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和工作效率，促進我國礦產(chǎn)開發(fā)行業(yè)的進一步發(fā)展。

參考文獻：

[1]李瑾，李恩旻.礦井提升機電控系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].科教導刊（上旬刊），2018（12）：75-76.

[2]劉永亮，時永玲，孔憲勇.礦井提升機電控系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].科技傳播，2012，4（17）：54+46.

作者簡介：

王彥杰（1989- ），男，漢族，籍貫：山西陽泉，學歷：專科，職稱：電氣助理工程師，現(xiàn)任職務(wù)：機電部副部長，研究方向：電氣工程。