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摘要：为了解决传统矿井提升机电控系统中存在的问题，提高提升机节能效果，结合目前实际情况，分析和研究了提升机调速控制系统，对比分析了提升机电控系统节能高效运行效果，得出各种电控系统的优缺点和适用情况，有助于煤矿企业提升机电控系统方案的选择，达到节能高效的目的。
关键词：提升机；节能高效；电控系统；PLC；变频器
0 引言
目前,在我国矿山行业中，很多矿井提升机控制系统使用发电机-直流电动机控制调速、接触器-继电器逻辑控制或由行程开关指示罐笼位置等传统的控制方式，这些控制方式已很难适应当前矿山高效节能发展的需要。笔者对提升机控制系统的现状与国内外控制技术发展趋势进行分析和比较，对矿井提升机的电控系统进行了研究。
1 调速控制系统分析
大多数中小型煤矿提升机电控系统采用交流电机串电阻来进行调速，使用继电器-接触器逻辑控制来调节电阻的大小。该类电控系统存在接触器动作频繁，主触头易氧化，设备运维时间长，易引发设备故障等缺点。另外，该类电控系统在提升机的爬行和减速阶段，难以控制速度，不能产生平滑的速度；外电路串电阻上产生较大的损耗，节能效果比较差。因此，需要对提升机的控制形式及调速方式进行进一步的分析和研讨。
1.1 提升机直流调速
直流拖动的调速系统主要有：闭环调速系统（G-M系统）、直流可逆调速系统（V-M系统）和直流脉宽调制（PWM）系统等。各系统的比较如表1.1.1所示。
1.2 提升机交流调速
矿井提升机调速系统使用的是交流异步电动机，其转速由f（供电频率）、p(电动机的极对数)和s(转差率)等决定，通常通过改变f、p和s来调节提升机电机的转速。各种调速方法的优缺点如表2。
2 调速控制方案研究
矿井提升机控制方案的应根据矿井实际情况和生产规模等来确定，以达到节能高效的目的。转子回路串电阻调速、模糊控制和直接转矩调速系统是目前比较常用的控制方式。
.1转子回路串电阻调速系统
转子回路串电阻调速的主电路结构如图2-1所示
在提升机实现加速过程中，调速系统中KM1,KM2,KM3,KM4四个交流接触器开关逐级闭合，转子回路电阻会依次变小，以此来保持提升机加速和减速过程中力矩的平均值恒定不变。在提升机减速过程，一般使用动力系统来制动，施加低频电源于电机定子绕组，或者将定子侧的高压电源改变为直流电压，使电动机在提升机减速过程中工作在发电状态。这种调速系统控制方式比较简单、初期设备投资较少，许多中小矿井中采用这种调速方案，但是此调速方案存在运行效率低下、技术性能差等问题。
2.2模糊控制调速系统
模糊控制调速系统是使用二维输入变量（误差和误差的变化率）通过转速控制来实现对提升机的转速调节和控制。实现模糊控制的原理框图如图2-2所示。
模糊控制系统是一种非线性的控制方式，主要适用于非线性系统的控制。
2.3直接转矩控制系统
直接转矩控制(Direct Torque Control)是应用瞬时空间矢量理论，利用检测到的电动机电流和电压，通过把计算得出电机转矩和磁链，与给定值比较，得出差值，然后直接对电动机转矩和磁链进行控制。直接转矩控制系统结构图如图2-3和2-4所示。
控制结构简单、无级调速、系统转矩响应迅速等特点是该系统的特点，系统是一种具有高静态和动态性能的交流调速控制方式。目前，该技术不论是在理论上还是在技术上都还需要进一步的完善，低速性能差，转矩脉动比较严重，是阻碍系统的快速进步和发展的重要因素。
2.4矢量控制变频调速系统
矢量控制就是产生相同的旋转磁场，通过控制由坐标变换产生的直流电流，实现对磁通和转矩两个变量的解耦控制，达到控制直流电机的目的。
3/2—三相-两相变换 VR—矢量旋转变换
φ—M轴与α轴的夹角
无速度传感器的矢量控制变频调速控制具有可靠性高、性价比高、操作方便、结构简单等优点，适合生产要求不高的情况。无速度传感器的矢量控制如图2-6所示。
有速度传感器的矢量控制变频调速具有低转速下亦能可靠运行、调速范围很宽广、控制精确、动态响应速度快、加速度特性好等优点。有速度传感器的矢量控制如图2—8所示：
VVVF-矢量变频器；M-异步电动机；
G-速度缓冲发生器
3 节能运行技术比较
从能耗方面，绕线转子串电阻调速在提升机运行阶段（包含加速阶段、减速阶段和爬行阶段等区间）都会产生不同程度的功能和能量损耗，如果长期运行，这种调速方式性价比不高、经济性能低；交流变频调速系统通常采用能量回馈技术将电动机在发电运行期间产生的电能通过变频器反馈到电网，储存电能，使提升机能够在四个象限内运行，实现提升机在不同的运行速度输出不同的电功率。提升机的变频调速、直流调速和绕线转子电动机串电阻等不同调速方案的对比如表3所示。
4 结论
通过对提升机电控系统的分析和研究，将对煤矿企业提升机电控系统方案的选择提供一定帮助；电控系统应用了PLC、变频器等，使提升机整体性能得到较大改观，提高了煤矿企业的经济和社会效益。
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论文作者:牛学军1,张逢雪2,牛学洲2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第3期
论文发表时间:2017/4/26
标签：提升机论文; 系统论文; 矿井论文; 电控论文; 转矩论文; 矢量论文; 电阻论文; 《电力设备》2017年第3期论文;