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竖井提升机电气自动化控制系统优化与应用

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  摘  要:在矿山企业中提升机是其中非常关键的设备,在井下矿石提升中起到最主要的运输作用,提升机是否能够正常运行,直接影响了矿山的生产和企业生产效益。传统竖井提升机的电气自动化控制系统存在自身弊端,从精度、加减速过程和电阻等均存在不同程度的问题,笔者对此进行思考后,提出改造方案,将绕线式电机进行串电阻调速,这样电控系统改造后可实现电气自动化控制,这种改造直接将原电气控制系统存在的问题和其中的不足进行优化,实际应用上获得了较好的经济效益。
  关键词:竖井提升机  电气自动化  控制系统  优化  应用
  中图分类号:TP273                                 文献标识码:A                         文章编号:1672-3791(2019)04(a)-0064-02
  铜矿开采机械化和自动化的程度逐渐提高,竖井提升机在矿井内是非常重要的运输工具,在使用需求上也呈快速增长模式,但提升机的用电量较大,提升机如何节能减排,为企业和国家做出自己的贡献显得越来越重要。企业想要长期盈利,提升机一般是长期处在电动状态,频繁的正反转启动和减速制动使得提升机的自动化控制系统起到非常重要的作用。传统的交流绕线式电机在串电阻调速系统存在一定的缺陷,基于此,笔者对竖井提升机的电气自动化控制系统进行优化,并在实际中应用。
  1  主竖井提升系统当前现状分析和旧式提升机电气控制系统介绍
  竖井提升机从型号上选择,以2JK-3X1.5较多,这种提升机的平衡锤是800mm×350mm,功率是630kW。井口需要标高1200m,井筒直径为3.5mm,罐道会选择木罐道,钢丝绳的半径是18mm,天轮半径是1.5m。一般来说,这种竖井提升机单次可以提升5.5t的矿,每天可循环提升240次,双滚筒缠绕完成提升。
  传统的竖井提升机使用的控制系统是绕线式电机电阻串联的模式,这样进行调速时主要是在接触器和继电器之间,二者通过互相配合完成整个提升过程。这种提升模式相对表现出一定的复杂性,且会有自身存在的不足。具体来说,最大的问题就是控制精度比较低。控制精度上,停车时设定的位置和实际停车位偏差较大,中途停车更是直接出现停车不准确的情况。表现出的第二个大问题就是自动化程度低、安全性能差。这种竖井提升机有明显的加减速阶段,这个阶段中接触器需要频繁做功,表现出来最直观的就是噪音很大,随之而来的不足就是接触器寿命有限,出现故障概率较高,加上这种提升机是非自动化控制,需要人为操作,这样接触器的故障很可能造成安全隐患,对人员产生伤害概率更高。第三个明显的不足就是这种提升机使用的是电阻能耗控制模式,这种模式之下耗电量非常高,这对能源消耗很高,而且在提升和减速的阶段时,电流的冲击也很大,整体来说耗能严重。对于企业耗能严重会影响经济效益,对于地球节能减排是我们永远不变的观念。
  2  竖井提升机电气自动化控制在系统上的优化和实际应用
  在传统竖井提升机存在的待改进的基础上,笔者结合自身实际使用,将提升机进行重新调试更换,最终找到合适提升机的四象限高压变频器,具体规格为:GBP-D10-10-630,使用这种高压变频器能够对竖井提升机起到很好的改造作用。从结构上分析,高压变频器主要包括了控制器、移相变压器以及功率单元。具体来说,功率单元中24个10kV的高压变频器经过串联后,经过叠波升压变成三相,从Y接口输出,在中性点悬浮着,从而获得了可以使电机更好驱动的可变频的高压三相电源。
  功率单元作为整套变频系统中最核心的部分,结构上以有源前端、直流环节、逆流变路作为核心的结构完成能量回馈。整流侧与逆变侧均可使用可控器件。改装过后,相当于每一个功率单元都是一台交直变电压的低压变频器,这样之后,整流侧和逆变侧也呈现出相对独立的状态,二者分工合作,互不影响。这样统一保护但是又单独控制的模式,能够使功率单元在确保安全的状态下更好地完成合作。
  此次优化后的移相变压器选择的是干式的变压器,最高承受温度可达到180℃,从绝缘等级上分类属于H级。移相变压器在系統中主要是可以将网侧的高压进行转换,获得多组低压,这些低压能够使得各个功率单元获得独立的电源。一般来说移相变压器可分为3组,电机等级不同,单元之间的串联级数不同,移相叠加的整流方式随之调整,使得网侧一端电流的波形得到很好的改善;负载下网侧的功率因素大多数情况下可达到1或是无限接近1,实际上不需要任何功率因素补偿,也不需要谐波来抑制,变压器的副边绕组本身也非常独立,这就使得功能单元主回路相对而言也是独立的。另一方面变压器的温控设备使得内部的温度能够从外面得到监控,温度达到预定值之后报警信号可很好地提示工作人员,预定值在一定时间内会出现跳闸,这对提升安全有了很好的帮助。
  实际上,改良后的系统是高性能的DSP微处理,能够很好地实现自动检测,对电机的参数能够监测到,并以此建立模型,以电机的电流和电压进行实时的解耦控制,使得电机转矩能够从外部很好地进行限制,可有效避免因为负荷波动引起的电流故障。
  改良后的电气自动化控制系统在实际应用中也有很好的优势。一是系统的安全性得到很好的提高,工作人员的安全有更好的保障。转子和电阻串联的方式,减速阶段或是下放重物阶段都需要直流制动或是机械抱闸制动,但前者产生制动力较小,后者若不能给予帮助,不能及时获得制动的效果。优化后的变频调速可以很好地解决这种情况。变频器可输出大约3倍的制动力矩,能够很好地满足自身制动需求,抱闸失效、机械制动不足时也能够有足够制动力,这有效地提升了系统的安全性。加速控制阶段也能够很好地避免罐道或高速冲击曲轨等问题,系统安全性有了很好的提升,工作人员的安全性也有很好的保障。二是从企业获得的经济效益分析,变频调速这种电气自动化控制系统,实际上电机的转子是完全处于短接状态,相对传统的转子和电阻串联需要提供过高的电压,优化后的系统不需要消耗更多的功率,节能减耗效果非常明显,平均节能可降低20%左右。若按照5毛的电价进行计算,每年大约可节约30万元电费。
  3  结语
  传统的竖井提升机选择绕线式电机和电阻串联的调控方式完成控制,电阻需要消耗大量的电量,但有用功占比相对却比较小。对这类提升机进行变频优化,从实际上分析,传统电气控制系统存在的部分问题和缺陷都有了明显的改善,从经济效益上分析也更为理想,在市场上应用价值相当可观。另一方面,这种变频优化后的自动化控制系统在运行时稳定性、安全性也有明显的提高,在运行故障、停工工时上有了很好的避免,可节约人力和物力,这对整个矿井开采能力的提升做到了很好的后勤保障,从这一方面来说,也能够获得很高的间接经济效益。
  参考文献
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  [2] 陈召磊.基于内装式摩擦提升机变频矢量控制系统编码器改造的研究与应用[J].铜矿机械,2018,363(5):55-57.
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