矿井提升机电控系统设计

矿井提升机电控系统设计

作者：王维

来源：《中国化工贸易·下旬刊》2019年第05期

摘要：提升机电控系统能够平稳运行直接关系到提升机的提升运输效果。文中在对常用的交流变频调速、直流可逆变调速方式进行对比分析基础上，根据矿井实际，选择直流可逆变调速方式对提升机电控系统进行设计。并具体阐述了电控系统的结构组成以及运行特点。设计的电控系统现场较为稳定，控制效果較好，能够确保提升机安全、平稳、高效运行。

关键词：提升机；电控系统；矿井运输

随着煤炭开采的技术的不断提升，对矿用提升机的有了更高的要求，特别是提升机的电控系统，对保证提升效率以及提升安全具有重要的影响[1-2]。良好的提升机电控系统可以在故障发生前就做出预警，并自动制动，降低提升机故障给矿井安全生产带来的不利影响[3]。提高提升机电控系统稳定性对促进矿井的生产具有明显的现实意义[4-5]。以山西某矿提升机为研究对象，采用直流可逆调速系统对提升机运行进行控制，现场实践取得较好应用效果。

1 概述

山西某矿设计生产能力为300万t/a，采用立井开拓方式。主井作为主要的运输通道，深度为250m，采用的提升机型号为JKMD3.5X4，功率为2240kW。提升机正常工作时，电机的转速在45r/min。提升机的提升速度为3.5m/s。

2 常用电控系统分析

现阶段，我国矿用提升机电控系统常用的技术方法为交流变频调速以及直流可逆变调速方式，具体需要根据现场实际情况进行选择。上述两种方式均可以强化操作人员对提升机的控制，提高设备的安全性及稳定性。

2.1 交流变频调速

在对驱动电机输出功率在600kW～2000kW时，常用的电控系统方式为交流变频调速。在进行方案设计时一般会采用高压变频器，通过异步电机对提升机运行、调速进行控制。主要的设备有变频调速柜（变频器、驱动电机转子以及变频单元等构成），操控台（信号输入及输出单元、操控单元等构成）。该种操控方式操作过程以及设备组成都较为简单。

通过上述公式可以看出，主需要改变输入电流的频率F就可以改变驱动电机的运转速度N。因此，只需要通过主控制台向变频柜发出模拟量信号以及开关量信号，改变控制柜内变频

器输出的电源频率，就可以实现对提升机运行速度调整的目的。变频器通常采用的变频技术为背靠背双三电平交直交方式。高压变频调速柜采用转子穿电阻方式，在6kV以及10kV交流电设备中具有较好的应用效果，具体的提升机负载结构如图1所示。

2.2 直流可逆变调速方式

采用这种方式可以结合提升机的功率，将直流调速磁场保持在恒定状态，电枢换向回路分为6脉动以及12脉动两种。为了提高提升机设备的效率，并降低谐波造成的影响，对于功率小于500kW的提升机采用的电枢换向为6脉动回路；对于功率大于500kW设备，选择12脉动回路，确保设备的安全性以及工作效率。

2.3 方案确定

根据矿井采用的提升机型号，设备功率，采用直流可逆变调速方式更能保证设备运行稳定性。虽然采用直流可逆变调速方式相对于交流变频方式结构复杂，且电机的维护工作量也更大。但是直流可逆变调速技术方式更为成熟，对提升机速度调整也更为稳定。通过分析提升机的经济以及稳定性，并考虑到该矿采用的提升机功率为2240kW，因此，直流可逆变调速对提升机电控系统进行设计时电枢换向采用12脉动回路。

3 直流可逆变调速电控系统组成

设计的电控系统结构如图2所示。系统结构组成主要有高、低压供电电路、控制系统、上位机监控设备以及整流调速设备组成。对提升机进行控制时各个组成单元需要完成数据、信号的互换。

调速设备采用西门子生产的6RA70数字调速设备，配套有大功率的整流柜，主要是用来保持直流调速磁场恒定，更好的实现电枢转向12脉动控制。提升机的操作控制系统采用网格化，PLC采用S7 300系列；高压供电开关柜采用KYN28 12型，实现对10kV进电电源的配电工作，配备馈电柜、进线柜以及3台测量保护柜。对系统的继电保护选真空断路器。控制系统的低压供电采用手动切换双回路进线方式，为提升机的辅助设备供电。变压设备的主干路采用环氧树脂进行浇筑，并在铁芯位置采用传感器对温度进行监测。采用PLC控制器实现对系统运行的控制。

4 控制系统运行特点

通过对提升机电控系统改进设计，采用电枢转向12脉动方式，实现磁场恒定，保持提升设备的平稳运行。在实际运行过程中，若整流装置出现紧急情况或者有意外发生，应立刻将12脉动方式调整为6脉动方式，提升机处于慢速运行状态，并且不需要改变单次运输时的载荷量。12脉动与6脉动方式切换，对供电电网冲击比较小。控制系统在实践运行过程中较为

平稳，可以通过数字显示提升机运行速度、电流大小以及提升机运行状态。采用的PLC控制

器可以实现提升机手动、自动以及半自动等不同控制方式，便于操控人员的控制。

5 总结

提升机是矿井重要的运输设备，其能否安全、平稳、高效运行直接关系到矿井能够安全高效生产。提升机的电控系统作为提升机运行的控制中心，对安全、稳定以及可靠性要求较高。直流逆变调速是现阶段较为成熟的、可靠的方式，安全系数较高，在工业领域中应用较为广泛。采用直流逆变调速对提升机电控系统进行重新设计，现场应用实践也表明，设计的电控系统稳定性较高、可以确保提升机的安全、平稳、高效运行，为矿井生产运输提供良好条件。

参考文献：

[1]盛超.矿业企业矿井提升机电控系统设计方案的研究[J].中国设备工程，2019（06）：185-186.

[2]范瑞波.矿井提升机调速系统设计[J].西部探矿工程，2018，30（10）：159-160+162.

[3]管坤.矿井提升机电控系统设计分析[J].能源与节能，2018（06）：105-106+152.

[4]孙剑锋.矿井提升机数字交流变频控制系统的设计与实现[D].成都：电子科技大学，2016.

[5]祝敏杰.矿井提升机电控系统设计与实践探究[J].山东工业技术，2015（23）：159.

作者简介：

王维（1990- ），男，山西省陵川县人，2012年6月毕业于中北大学，信息商务学院自动化专业，本科，现为助理工程师。