浅谈煤矿副井提升中的调速系统

【摘要】矿山中的矿井提升机有很重要的作用，可谓矿山的咽喉，它承担着矿山的矿石、人员、物料等的运输责任。我国现有的中容量的矿井提升机的传动系统采用晶闸管-电动机方案进行供电，采用模拟电子线路构成其控制回路，这样使得提升机控制回路的硬件设备较为复杂，故障率较高，且可控性较差。随着微处理机的问世及应用，控制系统采用新的技术，调速系统变得更加适合要求。

【关键词】煤矿；副井提升；调速系统

0.前言

矿井提升机也称为矿井卷扬机，它是有色金属矿石、煤炭矿石等生产过程中不可或缺的关键设备，也是矿井上下的唯一输送通道。矿井提升机主要用于矿山工作人员、矿石、煤炭等的升降，其性能及安全可靠性同矿山作业人员的生命安全、煤炭和矿石的生产问题等密切相关，一旦出现事故，必然导致人员的伤亡与设备的损毁，导致矿山生产的中断，带来重大经济损失，因此，矿井提升机素有“矿山咽喉”的称号。目前现有的矿井提升机种类繁多，根据不同的划分方式可将提升机分为不同的种类。根据井道结构可分为斜井和立井两种；根据传动电机分为直流传动提升机和交流传动提升机；根据容器功能分为罐笼和箕斗；根据钢丝绳结构方式可分为多绳摩擦轮提升机和单绳提升机；根据矿井功能可分为副井与主井；根据提车点的多少可分为多水平提升机与单水平提升机。从电气传动系统的发展历程中可以了解到，其经历了恒速到调速、低性能到高性能、单机独立运行到多机系统控制的发展历程。随着科学技术的不断进步，对电气传动的制动、调速精度、调速范围、动态响应、静态特性等方面都提出来更高的要求，这便使得调速系统大量应用于矿机提升机的设计中。

1.矿井提升机的速度控制

可靠性、安全性、高效性是对矿井提升机运行的三个基本要求。由于传统运行方式中的速度曲线在加减速以及启停车方面存在严重的突变，从而产生大电流冲击，这导致罐笼震动或造成设备故障，对设备的安全运行有极为严重的影响，还会影响设备的使用寿命，从某些方面而言会加重设备的维护成本。除此之外，设备也无法在舒适度方面满足人体要求。要控制提升机的运行速度，一个根据速度要求而确定的可靠地控制参考信号是不可缺少的，也就是调节系统中的“速度控制信号”，这样能确保提升任务可以安全准确的完成。目前通常采用时间给定和行程给定两种方法：时间给定，即以给定参考时间为函数；行程给定，即以给定参考值以行程作为函数。

就时间给定方式而言，在静态误差存在于实际调速系统中时，经实践证实会存在下面几个问题：其一是，当下放重物时，提升容器在井口处速度加大，安全度不够；其二是减速时间受负载影响较大，效率与安全性无法保障。经过进一步分析，可以得出，即便调速系统不存在静态误差，也会因为调速系统的误差致使提升机使用过程中的安全性与效率受到影响。若加上速度改变过程中造成的跟随误差，影响将更加不利。在提升机处于等速运行或者减速运行过程中，当实际速度、加速度同设计值之间出现微小误差时，会影响提升机的最终位置，导致偏差。偏差值同停车精度的要求与过卷高度要求相比，相当可观，这对于提升机的安全及效率有着十分不利的影响。时间给定控制的方法，在提升机减速段可能由于积分作用产生较大的偏差造成安全隐患。因此这种控制方法不适宜在煤矿提升机控制中推广应用。

在煤矿副井提升控制中，行程控制是一项关键技术，实现行程控制的方法多种多样。行程控制技术是由计算机实现的、以行程为自变量、全参数可调，按照行程自动生成设计速度图的速度给定值，从而控制提升机的运行。当被控参量速度、加速度出现误差偏差之后，能很快的被调节纠正，防止其通过积分进一步扩大，从而防止最终出现不允许的偏差。行程控制的控制精度较高，比较适合在煤矿矿井提升机中推广应用，满足安全性要求。

除了满足可靠、高效、安全的要求以外，矿井提升机还应当满足矿井上下人员的舒适感。我国提升机运行中使用最为广泛的速度图是梯形速度图，它基本满足控制要求。在梯形速度图中，根据加减特性，将提升机运行过程分为启动加速段、匀速段、减速段、匀速爬行段、制动段五个阶段，这构成了提升机运行的一个完整周期。

2.煤矿副井提升中的调速系统

双闭环直流调速系统采用电流环、速度环双闭环控制系统，这样可以实现电流与转速两种反馈能够分别起作用，在调速系统中设置两个调节器，二者之间以串联方式连接，分别对电流和转速进行调节。换言之，将转速调节器的输出作为电流调节器的输入，然后以电流调节器的输出对晶闸管整流器的触发装置进行控制。从这个闭环结构而言，位于里面的电流调节环称为内环，位于外面的转速调节环称为外环。双闭环直流调速系统是最典型的一种直流调速系统，其原理图如下所示：

（其中，ASR是转速调节器，ACR是电流调节器，GT是脉冲触发器，TA是电流互感器，TG是测速电机）

双闭环控制直流调速系统的特点是：两个独立的调节器分别控制电动机的转速与电流，而且速度调节器的输出作为电流调节器的输入，所以，电流环可以随着转速的偏差对电动机电枢电流进行调节，具体调节过程如下：当实际转速低于给定转速时，则速度调节器的积分作用将增加输出，即给定电流上升，经由电流环的作用增加电动机的电流，从而使电动机加速，速度上升；当实际转速高于给定转速时，速度调节器会减少输出，也就是减小给定电流，经由电流环调节使得电动机的电流变小，从而使电动机减速。的那个转速调节器达到最大限幅值时，电流环会以最大的电流限制实现提升调速系统中电动机的加速，使其在最短的时间里起动。

电流调节器的作用是确保起动时需要的最大电流；对电压的波动起抗干扰作用；随着转速调节过程而变化电流大小；当电机超载或者堵转时，对电枢电流的最大值进行限制，进而对整个调速系统起保护作用，当故障消失后系统可自动恢复正常。转速调节器的作用是使电动机的转速跟随给定变化，确保稳态无静差；其输出的限幅值决定最大电流的允许值；它对负载变化有抗干扰作用。　[科]

【参考文献】

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［２］张化乾,杨相柏.新桥煤矿副井提升能力研究[J].煤矿机械,2008,(6).

［３］张国旺.高压变频调速技术在煤矿副井提升中的应用[J].煤矿机械,2007,(9).

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