直流傳動系統在地下礦山提升機調速中的應用

［摘 要］傳統的交流傳動系統技術成熟，但在某些特定場合（如地下礦山）中存在維護成本高、效率低等缺點。文章提出直流傳動系統在地下礦山提升機調速中的應用，介紹了西門子80 系列直流傳統系統的配置，探討了該傳動系統在地下礦山提升調速中的應用。實驗結果表明，直流傳動系統下提升機能夠根據實際負載情況快速且平穩地調節運行速度，證實了直流傳動系統在地下礦山提升機的調速及控制中應用效果良好。

［關鍵詞］直流傳動系統；地下礦山；提升機；系統應用

［中圖分類號］TD633 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）04–0092–03

直流傳動系統作為一種先進的傳動方式，憑借其結構簡單、效率高、響應速度快等優點，在許多工業領域得到廣泛應用。然而，在地下礦山提升機中應用直流傳動系統仍面臨著一系列的挑戰。因此，需要根據礦山的具體情況，對直流傳動系統的控制策略和算法進行定制和優化，以提高提升機的運行效率和安全性。本次研究旨在深入探討直流傳動系統在地下礦山提升機中的應用，并針對其關鍵技術進行深入研究。研究結果將為礦山的生產效率和安全性提供技術支持，并推動直流傳動系統的進一步發展。

1 直流傳動系統配置

直流傳動系統主要包括直流電源、直流電機、連接電纜、控制模塊及保護裝置等關鍵部分，其中，直流電機為該系統的動力源。相較于交流電傳動系統，直流傳動系統具有結構簡單、調速性能優秀、維護簡便等優勢，尤其是以SINAMICS DC MASTER 控制模塊構成的西門子80 系列直流傳動系統，被廣泛應用于現代工業自動化領域。因此，文章以西門子80系列直流傳動系統為研究對象，深入研究其在地下礦山提升機中的應用。

西門子80 系列直流傳動系統的核心在于SINAMICS DC MASTER 控制模塊，其負責接收、處理各類輸入信號，并輸出相應的控制指令?？刂颇K以其精巧的結構和節省空間的設計方案，使各獨立組件之間均易于接近，為維護工作提供了極大的便利。與此同時，在使用啟動裝置進行直流傳動系統的調試作業時，可以通過高級操作面板AOP30 來實時顯示所需的調整、設定及測量值，該面板為直流傳動系統提供了更高性價比的設計方案。SINAMICS DCMASTER 控制模塊的技術指標見表1。

SINAMICS DC MASTER 控制模塊的應用有助于提升地下礦山提升機的直流傳動系統的自動化，且如果直流傳動系統需要更新或升級，其電機、功率單元等均能夠保留，只需要對控制模塊的閉環控制部分進行更換即可，且升級后的新系統可以使用簡單的參數設定適應現有組件的配置。

2 直流傳動系統在地下礦山提升機調速中的應用

2.1 基于直流傳動系統確定提升機控制矢量

基于西門子80 系列直流傳動系統的優勢，將該系統應用于地下礦山提升機的運行速度調節，以實現提升機的高效調速。直流傳動系統作為一種先進的調速方式，主要通過合理調整電壓和電流的幅值、相位，完成對提升機電機轉矩與速度的控制，所以在直流傳動系統應用于地下礦山提升機調速中，需要確定提升機的電壓、電流等矢量作為控制變量。

為了深入了解提升機中直流傳動系統的運行機制，需要建立一個直流電機的數學模型，通過該模型來描述電機的輸入和輸出關系。

式中，E0為直流傳動系統直流電機的反電動勢，U0為直流電機的輸入電壓，I0為直流電機的電流，R0為直流電機的內阻。

直流傳動系統中直流電機的三相定子繞組在空間均對稱分布，即電壓矢量和電流矢量在空間互差120°電角度。根據式（1）所示數學模型，可獲取直流電機的電壓和電流矢量。

U0=[UAUBUCUaUbUc]T（2）

I0=[IAIBICIaIbIc]T（3）

式中，UA、UB、UC分別為地下礦山提升機中直流傳動系統的直流電機的定子相電壓三維矢量，Ua、Ub、Uc分別為地下礦山提升機中直流傳動系統的直流電機的轉子相電壓三維矢量，IA、IB、IC分別為地下礦山提升機中直流傳動系統的直流電機的定子相電流三維矢量，Ia、Ib、Ic分別為地下礦山提升機中直流傳動系統的直流電機的轉子相電流三維矢量，T為轉置。

2.2 矢量控制提升機調速

根據直流傳動系統獲取地下礦山提升機調速中的電壓與電流控制矢量后，采用矢量控制的方式進行提升機調速。在直流傳動系統的直流電機中，磁通由定子和轉子電流或者電壓共同組成，其中轉子矢量和電磁轉矩存在直接關系，而定子矢量則由電機狀態決定。因此，在采用直流傳動系統的矢量控制方式進行地下礦山提升機調速時，可根據所獲取的電流矢量數據，求出電磁轉矩。

Z1=NH[（IAIa+IBIb+ICIc）sinα+（IAIa+IBIb+ICIc）+sin（α+120）+（IAIa+IBIb+ICIc）sin（α-120）]（4）

式中，Z1為地下礦山提升機中直流傳動系統的直流電機的電磁轉矩；N為直流電機的極對數；H為直流電機的定、轉子的互感；α為直流電機的定、轉子空間角位移，（°）。

根據式（4）所示直流電機的電磁轉矩，可進一步得到直流電機的運動方程。

Z1-Z2=（J/N）（dω/dt）（5）

式中，Z2為地下礦山提升機中直流傳動系統的直流電機的負載轉矩，J為直流電機的轉動慣量，ω為直流電機的機械角速度。

利用PLC 控制液壓閘的啟動、停止及調節。通過設定PLC 程序和參數，可以實現提升機液壓閘的預壓力矩控制。根據電流值的變化情況，PLC 可以實時判斷提升機是否存在反溜現象。

3 實驗分析

為驗證直流傳動系統在地下礦山提升機中的實際應用效果，以某JKMD 系列礦用提升機為對象，進行仿真實驗。表2 為實驗地下礦山提升機的標準配置參數。

按照表2 所示地下礦山提升機的標準配置，安裝并調試實驗提升機裝置，確保各組件正常運行后，即可開展礦山提升機的調速實驗。實驗過程中，為評估直流傳動系統的調速性能，采用傳統的調速方式為直流傳動系統的對照組，比較二者調速結果，分析直流傳動系統的性能。具體實驗結果如圖1 所示。

由圖1 可知，地下礦山提升機利用直流傳動系統進行調速，具備速度變化平穩快速、響應迅速、控制精度高等優勢，可提高穩定性和安全性。相比傳統調速方式，更可靠有效。

4 結束語

文章對直流傳動系統在地下礦山提升機調速中的應用進行了深入研究。并通過實驗分析，驗證了直流傳動系統在提升機控制矢量確定和調速方面的優勢。與礦山提升機的傳統調速方式相比，直流傳動系統在穩定性、響應速度及控制精度方面表現出顯著優勢，提高了提升機的運行效率和安全性。

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