简述矿井提升机的电气调速系统

马庆平

(辽宁东煤基本建设有限责任公司，辽宁 沈阳 110022)

1 矿井提升机的传统电气系统

1.1 矿井提升机的提升流程与电气控制

为了详细讲解矿井提升机的电气系统，先要明确其工作流程，依其工作方式对现有的气系统进行评估，方能提出较有意义的电气控制方案。接下来我们就对其工作流程加以叙述。

矿井提升机在提升的整个过程可分为加速、等速、减速、爬行和停车这5个阶段。在这5个阶段中加速阶段是矿井提升机由静止到运行到最高速度的过程;等速阶段是矿井提升机以最高速度运行的过程，它是提升过程的主要运行阶段;减速阶段是矿井提升机由最高速度减速到爬行速度的过程;爬行阶段是箕斗进行定位、准备进行安全停车的过程;停车阶段是矿井提升机由爬行速度到静止停好车后的过程。

在这一系列过程中，在矿井开始工作时，由操作台发出加速指令，指令传输到井口绞车提升机的控制器中，它控制电机开始加速，并通过减速器带动卷筒旋转，进而收、放钢丝绳带动箕斗升降达到最高速度，之后在到达距停车位一定距离的时候发出减速指令，电机速度降低，箕斗速度减慢至爬行速度，当准备好停车至停车位时，由停车指令触发卷筒抱闸制动机制

1.2 老式矿井提升机的电气系统

老式矿井提升机通常采用传统的交流异步电机来进行驱动。传统的交流异步电机是通过由继电器、接触器构成的逻辑控制装置来实现串、切电阻，以达到调速目的。这使得其调速性能较差，同时在串、切电阻的过程中要消耗大量的能量，这也会造成能源的浪费。加之传统异步电动机在低速运行时的特性曲线较软，这使得它在次同步状态下难以产生有效的制动力矩，这对于准确地控制矿井提升机在特定位置停车造成了困难。同时矿井提升机在完成减速、爬行和停车的过程中常采用动力制动、低频拖动加制动的制动方式来完成，这套控制系统中的晶闸管装置还存在着调试困难、维护工作量大等问题。[1]

老式矿井提升机的另一个问题是采用了传统的交流电控系统，这种电控系统均为单线系统，多个控制器使用同一套线路，这不仅会造成各命令之间的相互影响，与控制系统相互混联，还会对其安全性产生较大的影响。

2 矿井提升机的电气调速系统

由于传统的交流电控系统的调速性能较差，其调速性能主要由其控制方案所决定，因此我们为了提升矿井提升机的调速性能我们可以依据不同的工况选择不同的控制方案。经过了长时间的发展其控制方案种类多样，可满足施工作业时的不同需求，接下来本文就以模糊控制和直接转矩这两个电气调速系统作为研究对象进行介绍。

2.1 模糊控制电气调速系统

模糊控制电气调速系统是指将特定的被控对象、过程控制策略等总结为一系列以“If、Then……”等为表达式的控制规则，通过处理器的模糊推理处理得到的控制作用集来形成被量化了的模糊语言集，用以对系统进行控制。常用的模糊算法包含以下几个步骤:对模糊子集进行定义，确立模糊控制规则;将基本论域转化为模糊集合论域;进行模糊关系的矩阵运算;进行模糊推理合成，运算出用于控制输出的模糊子集;进行逆模糊运算、模糊判决，从面得到精确控制量进行控制。

在对矿井提升机的转速进行控制的过程中，实现模糊控制的原理如下图所示。

模糊控制电气控制系统原理图

通过其原理图我们可以知道，在这个系统中，由PLC对传感器的采样计算出被控制量的精确值，并与给定值进行比较以得到误差信号e和误差变化率de/dt，然后将误差模糊化形成模糊量E和Ec，之后对模糊量进行模糊推理运算得到模糊控制量U，然后将模糊控制量U转化为设备可用的量化控制信号u并将其传入变频器进行控制，收到信号的变频器依照信息指令对矿井提升机进行作用，实现控制过程。这种电气系统与传统的电气控制系统相比，工作范围宽，适用范围广，非常适合对非线性系统的控制。[2]

2.2 直接转矩电气调速系统

直接转矩控制是以转矩为中心来对磁链、转矩进行综合控制。它是通过对电机的定子电压和电流进行检测，以瞬时空间矢量理论为依托，通过对电机的磁链和转矩进行计算并与给定值的比较，来实现对磁链和转矩的直接控制。其原理如图所示:

直接转矩电气控制系统原理图

直接转矩控制系统的控制效果与转矩的实际状况相关，它具有控制结构简单，处理控制信号的物理概念明确，系统响应迅速且无超调等特点，是一种具有高静、动态性能的交流调速控制方式。

通过以上对矿井提升机电气调速控制系统的简述，使初学者们对其知识架构有了初步的了解，希望可以为其深入研究提供参考依据。

[1]卢燕.《矿井提升机电力拖动与控制》.冶金工业出版社.2001

[2]王清灵，龚幼民.《现代矿井提升机电控系统》.北京:机械工业出版社.1996.