矿山机电学

矿山机电学

在现代化的矿井建设中，凡是要求较高的场合，都离不开自动控制。矿山机械的自动控制主要包括其电力拖动电动机的启动、调速、制动、停止、反转等过程的控制。不同分类不同类型的矿山机械设备（图1）对自动控制要求不一，同时兼顾设备的经济性，可维修性及工作安全性等。

矿山机械

固定机械移动机械

通风、压气、排水、提升设备等电机车、综采机组、链板及胶带

输送机、装载机等

图1 矿山机械分类

一. 矿井提升设备电气控制

从电力拖动及其控制系统的复杂性来说，提升设备的要求最高。其提升机的启动、停止及稳定运行需要严格按照提升速度图运行，需要应用自动控制原理的各种原则和方法。

提升设备的拖动电机大多采用交流绕线式异步电动机或直流他励电动机。故此，矿井提升设备又有交流拖动电气控制和直流拖动电气控制之分。而对矿井提升设备来说，最好的自动控制系统应考虑限制加速度和初加速度，其行程调节系统应保证实现需要的速度，而不受负载变化影响，同时速度偏差不应达到使保护装置动作的数值。

1.矿井提升设备的交流拖动电气控制

1)以时间为函数进行加速的控制电路

以小型绞车控制来说，以时间为函数进行加速控制是指绞车电动机通电开始，按照预先设计的规律，每隔某一特定时限切除转子回路某段对应的电阻，使电动机逐渐加速，直至将转子各段电阻切除完毕。

2）TKD电气控制系统

TKD电气控制系统即交流绕线式电动机拖动的单绳交流提升机电气控制系统，该系统主要组成部分——高压开关柜、高压换向接触器、电磁控制站、制动电源装置、磁放大器和自整角机等。国产用于单绳交流提升机电控系统主要有：TKD-A、TKDG、JTKD-PC系列

等，多绳系统主要有：JKMK/J-A、JKMK/J-NT等系列。

TKD-A型提升机控制线路是一种典型的半自动控制系统提升过程灵活，可由提升司机随时参与控制或退出控制，简单、方便、安全等优点。该系统按照给定的提升工作图可实现正力加速——等速运行——负力减速、正力加速——等速运行——正力减速、正力加速——发电制动运行——负力减速、脚踏动力制动、低速电动运行（验绳）等几种运行方式，控制功能较为完善的电控系统，实现提升机的加速、减速、爬行等工作过程。

3）JTKD-PC型单绳提升电气控制系统

JTKD-PC型单绳提升电气控制系统是由PLC控制的全自动控制系统。目前可编程控制器（PLC）技术广泛应用于矿山设备中，在该系统中，利用PLC技术代替了有触点电器的逻辑控制功能，使得电路简化，自动化程度得到较大提升，用软件功能实现速度检测、安全保护、操作控制。由于PC机得应用软件较多，编程方式灵活，因而与TKD系统相比较，整体控制功能更加完善。

4）JKMK/J-A型多绳提升电气控制系统

JKMK/J-A电控系统是多绳摩擦式提升机的典型控制线路，由于多绳提升在机械传动与单绳的传动原理不同，因此电控系统实现的功能也有所不同。

多绳摩擦提升机除了要满足缠绕式提升机对电控系统的要求外，还应满足摩擦提升的防滑要求，为此，提升机在加速过程中，除了要保证平均加速度不能超过允许值外，还应保证瞬时加速度不能太大。因此在提升机启动过程中一般采用时间电流平行控制原则，同时还应增加启动过程的加速级数，以便使提升机在重载时由电流继电器控制，防止切换转矩过大产生滑动，轻载时改由时间继电器控制，防止加速太快引起打滑。

多绳摩擦提升机有单电动机拖动和双电动机拖动两种。控制系统也由主回路、测速回路、安全回路及辅助回路组成。

2.矿井提升设备的直流拖动电气控制

1）V-M直流提升机电气控制系统

V-M直流提升机电气控制系统传动调速平稳，调速范围宽，容易实现提升自动化。能较好按照预定的力图和速度图在四象限实现平稳启动、等速运行、减速运行、爬行和停车，而且在运行过程中有较高的可靠性。

V-M矿井提升机直流电力拖动系统通常有两种方案：电枢换向的可逆直流调速系统和磁场换向的可逆直流调速系统。

磁场换向系统较之电枢换向系统快速性稍差。但对于矿井提升机的运行特点来说，并不

要求转矩变化太快，同时由于磁场换向系统在经济上有优越性，所以目前这种方案在大容量的矿井提升机直流电力拖动中得到广泛应用。但电枢换向系统具有控制简单和快速性好的等优点，但多用一套大功率变流装置，导致成本高，今后随着电力半导体器件的容量增大，质量提高，成本的下降，这种方案有广阔的前途。

2）全数字直流提升机电气控制系统

当前，全数字直流提升机电气控制系统在我国矿井提升机V-M系统中应用很广，全数字控制技术彻底改变了模拟控制的不足。而以全数字电气控制技术来代替模拟控制已经成为一种趋势。

矿井直流提升机全数字调速电控系统相对模拟系统有如下特点：

●硬件结构简单，故障点少，可靠性高

●可控精度高，工作稳定性好

●容易实现先进的控制算法

●故障自诊断能力强，大大降低使用维护成本

●具有较高的可构置性，扩展方便，运行灵活性高

●可与其他系统联网，实现现代化管理

●性能价格比高

全数字直流提升机电气控制系统从原理上主要由供电主回路、全数字调速系统、系统操作保护、上位机监控、装、卸载控制系统和操作台和监视器等六部分组成。

二.采、掘、运机械电器控制

井下直接启动的生产机械电动机控制常采用矿用隔爆型电磁启动器，这种电磁启动器是一种低压组合电器，主要由隔离开关、接触器、熔断器、过热过流保护继电器、按钮等元件组成。这些元件安装在隔爆外壳中来控制和保护鼠笼电机。如BQZ-200（315、400）/1140（660）型矿用隔爆型智能化真空电磁启动器，适用于含有爆炸性气体（甲烷）和煤尘的矿井中，直接或远距离控制矿用隔爆型三相鼠笼式感应电动机。该启动器充分发挥了PC767单片机的优势，利用门前的醒目数码显示窗，能够显示启动器的工作状态与多种工作参数。

1.井下电牵引采煤机的拖动控制

电牵引直接采用电动机完成采煤机的牵引，具有很高的传动效率，同时省去了复杂的液压传动系统，具有良好的调速性能，电牵引采煤机以其优良的性能和广泛的适用性现已成为采煤机的主流。

SL系列采煤机为德国艾克夫公司研制生产的大功率交流电牵引系列采煤机。