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篇1

關(guān)鍵詞：礦山機(jī)械;機(jī)械安全

1礦山機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀

經(jīng)過幾十年的努力,我國礦山機(jī)械行業(yè)得到大力發(fā)展,但與國外同行業(yè)產(chǎn)品的發(fā)展水平相比,有相當(dāng)大的差距,尤其是在露天挖掘設(shè)備和井下運(yùn)設(shè)備等方面差距尤其明顯，對礦山機(jī)械產(chǎn)品而言,在制造質(zhì)量、外觀形狀可靠性、壽命、設(shè)計(jì)水平和試驗(yàn)手段等方面與先進(jìn)工業(yè)國家相比尚有一定的差距;我國加入WTO后,為了加快基礎(chǔ)工業(yè)的發(fā)展,必須加快礦山機(jī)械的開發(fā)與研究速度。

近年來,我國礦山機(jī)械行業(yè)通過對產(chǎn)品和技術(shù)的引進(jìn),或者與國外著名廠商的合作、合資,加速了產(chǎn)品的更新?lián)Q代,礦山機(jī)械行業(yè)有了長足的進(jìn)步,傳統(tǒng)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、性能和外觀有了提高和改進(jìn),制造工藝技術(shù)水平有了提升。

但是隨著社會的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,生命的安全與財(cái)產(chǎn)安全問題越來越受到人們的重視,機(jī)械安全也逐漸形成了一門獨(dú)立的學(xué)科,并得到了社會的認(rèn)同。首先,處在重載、高速等環(huán)境下工作的礦山機(jī)械如果存在隱患而不能及時發(fā)現(xiàn),就可能導(dǎo)致如絞車損壞、鋼絲繩斷裂、跑車、皮帶機(jī)著火等惡性事故的發(fā)生;其次,隨著采礦工業(yè)機(jī)械化程度的提高,特別是大型和重型機(jī)械進(jìn)入采礦場所,安全隱患對其操作和周圍人員傷害的可能性也在增大。

尤為重要的是,煤礦都不同程度地存在瓦斯、煤塵突出的危險(xiǎn),一旦遇到明火就會爆炸,引發(fā)重、特大安全事故,造成嚴(yán)重的人身傷害和財(cái)產(chǎn)損失,為了堅(jiān)決消滅引爆火源,井下設(shè)備必須具有良好的防爆性能“每年由礦山機(jī)械設(shè)備隱患導(dǎo)致的安全事故都給煤炭企業(yè)造成巨大損失,也給煤炭從業(yè)人員的人身安全造成嚴(yán)重威脅,礦山機(jī)的安全問題越來越引起了人們的高度重視。

2礦山機(jī)械安全技術(shù)的現(xiàn)狀

2.1礦山機(jī)械設(shè)備的裝備水平參差不齊

我國礦山機(jī)械設(shè)備的裝備水平參差不齊，現(xiàn)役煤炭生產(chǎn)礦井大體可以分為4類:老礦及改擴(kuò)建礦；現(xiàn)代化礦井;大型(超大型)現(xiàn)代礦井；鄉(xiāng)鎮(zhèn)中小型礦井。

(1)老礦及改擴(kuò)建礦多建于解放初期,有的甚至是解放前期,由于資金和企業(yè)觀念上的問題,仍然保留著建井初期的裝備,設(shè)備非常落后,安全設(shè)計(jì)欠缺,雖然進(jìn)行過一些技術(shù)改造仍無法滿足安全生產(chǎn)的要求；

(2)現(xiàn)代化礦井大多建于20世紀(jì)80年代中、后期,廣泛采用了當(dāng)時較為先進(jìn)的綜采機(jī)械,其中國產(chǎn)設(shè)備占了主導(dǎo)地位,完全采用國產(chǎn)裝備的高產(chǎn)高效工作面不斷涌現(xiàn),機(jī)電一體化在礦山機(jī)械設(shè)備上逐步實(shí)現(xiàn)；

(3)大型、超大型礦井是近年來出現(xiàn)的,普遍引進(jìn)了國外先進(jìn)的綜采設(shè)備；

(4)在我國現(xiàn)有的2.5萬個煤礦中有2.3萬個是鄉(xiāng)鎮(zhèn)中，小型礦井,幾乎都由個人承包經(jīng)營,生產(chǎn)條件簡陋,生產(chǎn)方式原始,普遍沒有綜采機(jī)械。

2.2礦山機(jī)械的研發(fā)和生產(chǎn)能力不斷增強(qiáng)

經(jīng)過二十幾年的研究、開發(fā),我國的交流電牽引采煤機(jī)已逐步走向成熟,掘進(jìn)機(jī)從輕型發(fā)展到了中、重型,切割對象從煤拓展到了巖石,長距離的帶式輸送機(jī)的質(zhì)量也有了很大的提高，多數(shù)國產(chǎn)設(shè)備也已經(jīng)有了在線檢測和實(shí)時監(jiān)控,安全性大為提高。

3存在的主要問題

3.1我國礦山機(jī)械的安全狀況不容樂觀

我國的現(xiàn)代化礦井裝備水平雖然有了很大提高,但同發(fā)達(dá)國家相比還有相當(dāng)大的差距;現(xiàn)代化的綜采設(shè)備普及率還較低,有些礦井雖采用了引進(jìn)的先進(jìn)設(shè)備,但由于對其他國家技術(shù)的消化還不徹底,仍不能進(jìn)行正常使用和維護(hù),一些先進(jìn)的功能沒有充分發(fā)揮出來,更有甚者,由于盲目追求生產(chǎn),忽視安全,把安全監(jiān)測裝置當(dāng)成影響生產(chǎn)的累贅而拆除,造成很大安全隱患,設(shè)備故障不能及時發(fā)現(xiàn)和處理。為了追求利益的最大化,原有設(shè)備沒有淘汰,到了設(shè)計(jì)壽命仍在超期服役，大部分設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn),帶來很多安全隱患。井下惡劣的工作環(huán)境也是造成設(shè)備安全性降低的重要因素,潮濕、粉塵、輻射等因素的影響,導(dǎo)致安全監(jiān)測設(shè)備的可靠性下降；部分管理人員盲目追求生產(chǎn),存在僥幸心理,致使出現(xiàn)故障的安全監(jiān)測系統(tǒng)得不到及時維護(hù)和更換,也是造成設(shè)備安全性降低,也是安全事故屢發(fā)的原因之一。3.2礦山機(jī)械安全檢測技術(shù)需要完善

礦山機(jī)械設(shè)備長期處于重載和交變載荷狀態(tài)下工作,容易產(chǎn)生各種安全隱患,如果沒有及時發(fā)現(xiàn),設(shè)備仍然處在重載、高速等環(huán)境下工作,就有可能導(dǎo)致惡性事故的發(fā)生。雖然現(xiàn)代化的測試技術(shù)與設(shè)備在不斷更新,但由于礦山機(jī)械設(shè)備本身的復(fù)雜性及其工作環(huán)境的復(fù)雜性和大量不可預(yù)測的偶發(fā)事件的存在,礦山機(jī)械安全檢測技術(shù)仍然需要不斷完善和提高,特別是在靈敏度和可靠性方面,許多復(fù)雜的難題有待進(jìn)一步研究。

3.3機(jī)械安全設(shè)計(jì)方法不夠成熟

雖然目前許多機(jī)械在安全設(shè)計(jì)方面已有比較成熟的理論與方法,但是對于有些大型、復(fù)雜的關(guān)鍵礦山機(jī)械設(shè)備,目前安全設(shè)計(jì)只有理論,還沒有成熟的、理想的安全設(shè)計(jì)方法。如:迄今為止,我國的輸送機(jī)動特性研究僅停留于理論分析階段,急需相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究和驗(yàn)證;在掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)方面,現(xiàn)在還沒有適合我國地質(zhì)條件的完整的截割、裝運(yùn)及行走的載荷譜,這些都對安全設(shè)計(jì)產(chǎn)生了一定的制約。與國外的機(jī)械安全設(shè)計(jì)相比有較大的差距。

3.4礦山機(jī)械安全標(biāo)準(zhǔn)急需完善和嚴(yán)格執(zhí)行

已經(jīng)制定的礦山機(jī)械安全標(biāo)準(zhǔn)涉及礦用絞車、礦井提升機(jī)、礦用提升絞車、窄軌運(yùn)輸車輛、地下鏟運(yùn)機(jī)、礦用炮孔鉆機(jī)、礦用人車、液壓防爆提升機(jī)和液壓防爆提升絞車等,為設(shè)計(jì)、制造和使用部門提供了一個總體框架和指導(dǎo)原則,并使產(chǎn)品在預(yù)定使用范圍內(nèi)得到安全保證。但礦山機(jī)械產(chǎn)品的品種達(dá)數(shù)百種,現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)僅涉及了礦山機(jī)械產(chǎn)品的一部分,遠(yuǎn)不能滿足礦山機(jī)械產(chǎn)品的安全要求。雖然大家都知道安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化是煤礦安全的基本保證,但是在煤炭需求旺盛的情況下,人們?nèi)菀讓|(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化工作產(chǎn)生松懈思想和厭倦情緒,加上不菲的投入,更會促使煤礦管理者在產(chǎn)量、進(jìn)尺與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化面前,忽視質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化,導(dǎo)致安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化的滑坡,埋下事故隱患。

3.5從業(yè)人員素質(zhì)亟待提高

統(tǒng)計(jì)資料表明,80%以上的礦山傷亡事故是人為因素造成的,由于礦山工作的艱苦和危險(xiǎn)性,礦山機(jī)械的從業(yè)人員的組成復(fù)雜,部分機(jī)械設(shè)備操作人員文化素質(zhì)低,對設(shè)備的安全性能了解不夠,自我保護(hù)意識淡薄,習(xí)慣性野蠻操作等是造成礦山機(jī)械安全事故的重要因素。必須通過培訓(xùn)、教育等手段,不斷強(qiáng)化操作人員的責(zé)任心和安全意識,掌握設(shè)備的安全操作要領(lǐng),才能提高駕馭設(shè)備的能力;必須嚴(yán)格按規(guī)程操作,杜絕麻痹心理,才能減少或杜絕設(shè)備傷害事故的發(fā)生。另外,煤炭企業(yè)的管理人員過多地強(qiáng)調(diào)產(chǎn)量,追求經(jīng)濟(jì)利益的最大化,安全觀念不強(qiáng),對從業(yè)人員的上崗培訓(xùn)不到位,致使部分操作人員不能很好地掌握先進(jìn)設(shè)備的使用方法,導(dǎo)致現(xiàn)有的設(shè)備也不能發(fā)揮應(yīng)有的技術(shù)優(yōu)勢。

4解決措施

4.1建立礦山機(jī)械安全設(shè)計(jì)體系

礦山機(jī)械和大多數(shù)現(xiàn)代機(jī)械的發(fā)展方向一樣,趨向于大型、重載和高速化、智能化與微型化。由于涉及安全的問題很多,單一學(xué)科的理論與方法已經(jīng)不能解決問題,要盡快建立一個適應(yīng)我國國情的礦山機(jī)械安全設(shè)計(jì)體系,包括理論、原理和方法,為礦山機(jī)械安全設(shè)計(jì)提供方法論的指導(dǎo);對礦山機(jī)械安全設(shè)計(jì)的共性、基礎(chǔ)性問題進(jìn)行研究,特別是針對井下可燃性氣體的礦山機(jī)械本質(zhì)安全性設(shè)計(jì)方面加大研究力度,并建立礦山機(jī)械安全行業(yè)數(shù)據(jù)庫;建立低成本、適用性強(qiáng)的礦山機(jī)械安全設(shè)計(jì)體系,通過設(shè)計(jì)消除已判定的危害或減少有關(guān)的風(fēng)險(xiǎn),提高本質(zhì)安全水平。

4.2轉(zhuǎn)變企業(yè)觀念

由于礦山機(jī)械安全問題的依附性、隱性和安全事故致因的復(fù)雜性,需要企業(yè)技術(shù)和管理人員轉(zhuǎn)變企業(yè)觀念,共同承擔(dān)安全責(zé)任,增強(qiáng)安全意識。

4.3加大安全資金投入,改善機(jī)械設(shè)備現(xiàn)狀

針對目前在礦山機(jī)械安全方面欠賬嚴(yán)重的狀況,國家應(yīng)該在政策方面加強(qiáng)引導(dǎo),在法規(guī)方面加大控制力度,在資金方面積極扶持國有重點(diǎn)煤礦和地方煤礦進(jìn)行安全技術(shù)改造,企業(yè)在利用國家政策技改資金的同時,自身也應(yīng)下大力氣,多方籌措資金,補(bǔ)足安全欠賬缺口,下決心報(bào)廢一切超期服役的設(shè)備,或進(jìn)行必要的裝備技術(shù)改造,從而切實(shí)改善礦山機(jī)械設(shè)備安全現(xiàn)狀。

4.4進(jìn)一步制定和完善礦山機(jī)械安全的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)

我國礦山機(jī)械行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化工作者應(yīng)密切關(guān)注國際機(jī)械安全標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展動向,及時跟蹤各先進(jìn)工業(yè)化國家的重型礦山機(jī)械及相關(guān)行業(yè)的安全技術(shù)法規(guī)與安全標(biāo)準(zhǔn)情況,加大安全標(biāo)準(zhǔn)的制定力度,積極制定與國際接軌的安全標(biāo)準(zhǔn),使安全標(biāo)準(zhǔn)能覆蓋絕大多數(shù)礦山機(jī)械產(chǎn)品,監(jiān)察機(jī)關(guān)也應(yīng)加大執(zhí)法力度,保證法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格執(zhí)行。

4.5加強(qiáng)對礦山機(jī)械安全技術(shù)人才的培養(yǎng)和從業(yè)人員培訓(xùn)

隨著我國礦山機(jī)械設(shè)備和科學(xué)技術(shù)的不斷改進(jìn)和發(fā)展,由機(jī)械化向半自動化和自動化的方向邁進(jìn),對人的智力和技術(shù)水平的要求也更高、更嚴(yán)格。為了在生產(chǎn)工作中做到安全、高效,促進(jìn)我國機(jī)械安全體系的建立和貫徹落實(shí),就必須從現(xiàn)在起加快對從事設(shè)計(jì)、科研等工作的礦山機(jī)械安全技術(shù)人才的培養(yǎng),加強(qiáng)對作業(yè)人員和技術(shù)工人的選擇和培訓(xùn),全面提高礦山機(jī)械從業(yè)人員的技術(shù)水平和安全意識,繼續(xù)推進(jìn)煤礦安全培訓(xùn)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè),更好地提高安全意識和安全設(shè)計(jì)的技術(shù)水平。

參考文獻(xiàn)

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篇2

【關(guān)鍵詞】礦山機(jī)械;情感化設(shè)計(jì);研究與應(yīng)用

一、概述

1.1情感化設(shè)計(jì)的含義

根據(jù)本文總結(jié)，得出情感化設(shè)計(jì)的大概含義。本文認(rèn)為情感化設(shè)計(jì)是一種人性化的設(shè)計(jì)，其改變了傳統(tǒng)的器械設(shè)計(jì)過程中只關(guān)注產(chǎn)品實(shí)用性的特點(diǎn)，將著眼點(diǎn)放于產(chǎn)品外形特征對于使用者的情感慰藉方面的作用，通過對產(chǎn)品外觀的設(shè)計(jì)，使得使用者對器械進(jìn)行更加有效的使用。

1.2對實(shí)現(xiàn)礦山機(jī)械情感化的作用的研究

本文認(rèn)為，實(shí)現(xiàn)礦山機(jī)械情感化設(shè)計(jì)的作用表現(xiàn)在兩個方面。首先是對于礦山作業(yè)者工作效率的影響。前文也有所提及，礦山作業(yè)相較于其他的工作來說其工作量是較為巨大的，因此，在礦山工作者工作時易產(chǎn)生疲勞的情緒，對工作提不起精神。而這時情感化設(shè)計(jì)就可以起到一定的作用，通過對顏色、外形等方面的改造，使得礦山工作者在進(jìn)行機(jī)械使用時更具有精力。第二個影響即是對于安全性的影響。結(jié)合以往的對于礦山安全事故的報(bào)道可以得知，礦山作業(yè)的安全性雖然在近年得到了很大的提升，但是仍然具有一定的危險(xiǎn)性，尤其是在警示不夠且操作者疲乏的時候，更容易發(fā)生安全事故。情感化設(shè)計(jì)可以通過機(jī)械外形的刺激使得使用者具有警覺，從而減少事故的發(fā)生。

二、礦山機(jī)械情感化的實(shí)際應(yīng)用

1、機(jī)械色彩應(yīng)當(dāng)保持明亮。在礦山機(jī)械的使用過程中，其外形對人產(chǎn)生最直接的沖擊作用的就是機(jī)械的色彩。本文認(rèn)為，在進(jìn)行礦山機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中，為了突出情感化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，其色彩應(yīng)當(dāng)從這兩個方面加以注意。首先是從對使用者精神和視覺神經(jīng)的刺激方面出發(fā)。據(jù)實(shí)驗(yàn)表明，深沉灰暗的色彩更容易使人出現(xiàn)疲乏的現(xiàn)象，而明亮的色彩可以振奮人的精神，因此，在進(jìn)行礦山機(jī)械設(shè)計(jì)的時候，應(yīng)當(dāng)采用紅、橙等明亮的顏色。但是，顏色整體應(yīng)當(dāng)趨于簡單，不應(yīng)當(dāng)制造色彩斑斕的外形，尤其是儀表盤的應(yīng)當(dāng)盡量簡單，以防使用者因?yàn)檠刍潄y而產(chǎn)生操作失誤的現(xiàn)象。另一個方面是對于安全警示方面的作用。其實(shí)為了刺激人的視覺而選擇的明亮色彩同時也具有個人提供警示的作用，但是本文認(rèn)為，除了整體的顏色之外，為了機(jī)械操作的安全，機(jī)械上的關(guān)注部位應(yīng)當(dāng)用重點(diǎn)色彩進(jìn)行標(biāo)記，使得機(jī)械的使用者對其進(jìn)行高度的關(guān)注，減少事故的發(fā)生。2、機(jī)械外形應(yīng)當(dāng)穩(wěn)重可靠。除了礦山機(jī)械的色彩之外，其外形同樣能給使用者起到心理暗示的作用。在我們傳統(tǒng)的認(rèn)知當(dāng)中，普遍認(rèn)為棱角分明的結(jié)構(gòu)較之彎彎曲曲的結(jié)構(gòu)更加具有安全感。而礦山機(jī)械由于其作業(yè)地點(diǎn)的特殊性以及其工作人員心理的特殊性，對其外表的穩(wěn)重程度的要求比其他機(jī)械更高。因此，根據(jù)對礦山機(jī)械使用者情感的分析得出，其希望在較為不穩(wěn)定工作環(huán)境中尋找一個穩(wěn)定的依靠，因此，礦山機(jī)械的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)較多地利用直角和直線，以突出其穩(wěn)定感。但是，從另一個方面而言，棱角分明的機(jī)械雖然看起來穩(wěn)固可靠，但是也給人一種重機(jī)械的壓抑感，影響礦山工作者的工作熱情，因此，在進(jìn)行礦山機(jī)械設(shè)計(jì)的時候，應(yīng)當(dāng)做到在保障整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定可靠性的基礎(chǔ)上融入較為柔和的線條，減緩重型機(jī)械給人心理帶來的壓抑感和嚴(yán)肅感。3、機(jī)械的操作應(yīng)當(dāng)具有規(guī)整性。至于礦山機(jī)械操作的規(guī)整性，可能是一個較為難于理解的概念。本文想突出的是，在礦山機(jī)械的操作過程中，其作用的效果應(yīng)當(dāng)具有一定的規(guī)律。例如，在運(yùn)用挖煤機(jī)器的時候，挖煤機(jī)器挖出的煤最好是具有統(tǒng)一的大小和形狀，這樣的機(jī)械工作，不僅可以使得工作者心理因?yàn)槊簤K的整齊而感到舒心而且可以生出一種對這種機(jī)械操作的成就感。因此，要想實(shí)現(xiàn)礦山機(jī)械的情感化設(shè)計(jì)不僅需要對其外形進(jìn)行改造，使其的作業(yè)方式變得更規(guī)整也是對增進(jìn)工作者的工作效率具有重大影響的舉措之一。

總的來說，要想實(shí)現(xiàn)礦山機(jī)械情感化設(shè)計(jì)的成功應(yīng)用，就應(yīng)把握住礦山工作則在工作的時候與其他工作者心理的不同，再通過研究，將能對其心理產(chǎn)生積極影響的元素融入到礦山機(jī)械的設(shè)計(jì)中去，以實(shí)現(xiàn)更安全高效的礦山工作。

作者:孔德博 張莉婷 單位:1.五礦邯邢礦業(yè)邯鄲地質(zhì)勘查有限公司 2.五礦邯邢礦業(yè)邯鄲中冶建設(shè)有限公司

參考文獻(xiàn)

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篇3

關(guān)鍵詞：4象限運(yùn)行 DTC控制技術(shù) 整流和逆變 無功功率 諧波

Application of Variable Frequency Control in the Mine Incline Hoist

Zhang Ansheng

Abstract: The paper describes the superior performance of variable-frequency control , quite fit for the mine hoist driving system in respect of speed control characteristics and special stroke control property. For the 4-quadrant operation required by hoist position load , DTC frequency converter is selected, as can not only perform 4-quadrant operation , but also offer high power factor without characteristic harmonic in spite of higher cost for the frequency converter .It can save the cost for dynamic reactive compensator and filter, and less space is required for the whole system.

Keywords: 4-quadrant operation DTC control technology rectification and reverse conversion reative power harmonic

1 引言

礦井提升機(jī)是有色金屬礦山生產(chǎn)過程中的重要設(shè)備。提升機(jī)的安全、可靠運(yùn)行，直接關(guān)系到企業(yè)的生產(chǎn)狀況和經(jīng)濟(jì)效益。提升機(jī)屬于往復(fù)運(yùn)動的生產(chǎn)機(jī)械。它的運(yùn)行方式是反復(fù)的啟動加速—等速—加速—勻速—減速—爬行—停車，是典型的位勢負(fù)載。在選擇提升機(jī)的拖動裝置時，應(yīng)滿足提升機(jī)對電控系統(tǒng)的一些要求。

1）滿足4象限運(yùn)行。

2）調(diào)速平滑，調(diào)速精度高。

3）要設(shè)置準(zhǔn)確可靠的速度給定裝置。

4）設(shè)置行程顯示和行程控制器。

5）完善的故障監(jiān)視裝置。

6）可靠的閘控裝置。

根據(jù)提升機(jī)對電控系統(tǒng)的要求，提升機(jī)的電氣傳動方案現(xiàn)在大約有：繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路串金屬電阻調(diào)速、可控硅直流調(diào)速、變頻調(diào)速。

繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路串金屬電阻調(diào)速：普遍采用交流繞線式電動機(jī)串金屬電阻調(diào)速系統(tǒng)，金屬電阻的投切用繼電器—交流接觸器控制。這種控制系統(tǒng)由于調(diào)速過程中交流接觸器動作頻繁，設(shè)備運(yùn)行一段時間后，交流接觸器主觸頭易氧化，引發(fā)設(shè)備故障。另外，提升機(jī)在減速和爬行階段的速度控制性能較差，經(jīng)常會造成停車位置不準(zhǔn)確。提升機(jī)頻繁的起動﹑調(diào)速和制動，在轉(zhuǎn)子電路上所串的金屬電阻將消耗相當(dāng)大的能量。這種交流繞線式電動機(jī)串金屬電阻調(diào)速系統(tǒng)屬于有級調(diào)速，調(diào)速的平滑性差；低速時機(jī)械特性較軟，靜差率較大；金屬電阻上消耗的轉(zhuǎn)差功率大，節(jié)能較差；起動過程和調(diào)速換擋過程中電流沖擊大；中高速運(yùn)行震動大，安全性較差。

可控硅直流調(diào)速：直流電機(jī)的調(diào)速性能良好，調(diào)速方法簡便、調(diào)速范圍寬廣平滑?？煽毓柚绷髡{(diào)速在低速時功率因數(shù)很低，產(chǎn)生諧波對供電電網(wǎng)有影響。由于可控硅整流電路交流側(cè)電流波形為方塊形波形，它由與電源頻率相同的基波及5，7，11，13等次的高次偕波電流組成；還由于換相時兩相電壓的瞬時短路造成交流電壓波形的缺口，它使電壓具有高頻的分量；因此整流電路可以被看成是一個高次諧波電源。高次諧波電流在供電電網(wǎng)上會造成諧波壓降，引起電網(wǎng)電壓波形的畸變，它將影響供電電網(wǎng)向其它設(shè)備的供電。

變頻調(diào)速：隨著變頻的控制技術(shù)的日益成熟和變頻功率元件的加大，變頻調(diào)速已廣泛的應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。變頻調(diào)速節(jié)能特點(diǎn)顯著，調(diào)試方便。

現(xiàn)將變頻調(diào)速在礦井提升上的應(yīng)用及其功能、特性、控制方式介紹如下。

2 應(yīng)用事例 2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

提升機(jī)電控系統(tǒng)分為以下幾部分：電源柜、變頻器、PLC控制臺、操作控制臺和各種傳感器等幾部分組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

2.1.1 電源柜

電源柜主要通過斷路器向變頻器、提升電動機(jī)供電，同時為PLC控制臺、操作控制臺提供工作電源。 本提升機(jī)系統(tǒng)采用PLC進(jìn)行控制，PLC監(jiān)視運(yùn)行狀況，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，捕捉到第一故障信號,并在操作臺的觸摸屏上有醒目的故障顯示，提醒維修人員對其進(jìn)行針對性維護(hù)，將維護(hù)時間大大縮短，為盡快恢復(fù)生產(chǎn)提供了有力保障。

2.1.3 變頻器設(shè)備的選型

該斜井提升機(jī)是單卷筒提升機(jī)。它采用貨物串車重車上行輕（重）車下行、載人上下行的方式。在下行時電動機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)。上行時處于電動狀態(tài)。這種拖動系統(tǒng)要求電動機(jī)頻繁的正、反轉(zhuǎn)起動，減速制動，而且電動機(jī)的轉(zhuǎn)速按一定規(guī)律變化。

對于處于發(fā)電狀態(tài)的電動機(jī)用變頻器驅(qū)動可采用2種方式。

1）選用標(biāo)準(zhǔn)的變頻器+制動單元+剎車電阻,將再生能量通過電阻發(fā)熱消耗掉。這種調(diào)速方式雖然一次投資較小，但是不能達(dá)到良好的節(jié)能效果。而且制動單元和制動電阻功率的選擇要根據(jù)制動容量來選擇。制動電阻還要占用本來就很狹小的坑內(nèi)硐室面積。制動電阻的散熱問題較難解決。所以在方案論證時就被否定掉了。

2）采用整流/回饋單元,將再生能量通過一整流橋回饋到電網(wǎng)。

這種方式的整流單元有兩種電路：一種是以可控硅整流電流做整流/回饋單元。因?yàn)槭遣捎玫目煽毓桦娐肪陀兄C波產(chǎn)生（上面已經(jīng)論述的）。

另一種調(diào)速方案是采用可調(diào)整的整流輸入單元（回饋單元，IGBT元件）后經(jīng)傳動單元（正常逆變單元，IG

BT元件）送電給提升電動機(jī)。當(dāng)電動機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)時將能量通過整流單元回饋到電網(wǎng)。本方案就采用的是這種調(diào)速方案。

目前許多國外品牌的變頻器都能夠?qū)崿F(xiàn)這一功能。其中水平較高的產(chǎn)品是ABB公司的ACS800多傳動系列和西門子公司6SE70帶AFE整流/回饋單元的產(chǎn)品。

ABB公司ACS800-17系列先進(jìn)的變頻器，是第一代采用直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)（DTC）的變頻器。它能控制提升交流電動機(jī)達(dá)到完美的極限。經(jīng)過論證選擇了ABB公司的ACS800-17-0390-3全數(shù)字交流變頻調(diào)速裝置。它的一些功能在下面敘述。

2.1.4 三體式控制臺

控制臺上設(shè)有自動、手動、檢修轉(zhuǎn)換開關(guān)，前方操作臺上設(shè)有液晶觸摸屏及各種儀表、信號燈，左側(cè)操作臺設(shè)有液壓站工作閘控制手柄、右側(cè)操作臺設(shè)有正反向速度給定手柄。

1）在控制臺上的液晶觸摸屏上采用翻頁的方式做有多幅組態(tài)界面：監(jiān)控主界面、閘控液壓站界面、后備保護(hù)界面、故障查詢界面、電源監(jiān)控界面、變頻器運(yùn)行界面、提升信號狀態(tài)界面。

2）每個界面上均有返回主界面的按鈕，主界面上主要監(jiān)視礦車的實(shí)際運(yùn)行位置、提升時每個時刻的速度、液壓站的運(yùn)行狀況、較嚴(yán)重的故障報(bào)警。主界面上還有相應(yīng)的提升信號顯示。

3）閘控液壓站界面主要顯示液壓站的油壓、油溫、液位、液壓站的電動機(jī)工作狀態(tài)、液壓工作閘指示、油壓力等。

4）后備保護(hù)界面主要顯示：深度指示器監(jiān)視、松繩保護(hù)、冷卻風(fēng)機(jī)、電機(jī)溫度保護(hù)、減速器溫度保護(hù)、減速點(diǎn)保護(hù)、減速點(diǎn)失效保護(hù)、上2 m開關(guān)故障、下2 m開關(guān)故障、上同步開關(guān)故障、下同步開關(guān)故障、上過卷、下過卷、上減速開關(guān)故障、下減速開關(guān)故障、錯向保護(hù)、減速過速、等速過速、一級制動、二級制動、電流過載等。

5）故障查詢界面主要用于對各種故障情況進(jìn)行查詢、追憶，便于對設(shè)備的維護(hù)和管理。

6）電源監(jiān)控界面主要顯示系統(tǒng)的電源原理圖及主回路電流和電壓。

7）變頻器運(yùn)行界面可以顯示變頻器運(yùn)行時的各種參數(shù)：散熱器的溫度、電流、頻率、轉(zhuǎn)矩及各種故障。

2.2 電動機(jī)的工作過程

提升機(jī)無論正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)其工作過程是相同的，都有起動加速、穩(wěn)定運(yùn)行、減速制動停車等3個階段。每提升一次運(yùn)行的時間，與系統(tǒng)的運(yùn)行速度，加速度及斜井的深度有關(guān)，各段加速度的大小，根據(jù)工藝情況確定。不論它工作在何種速段，電動機(jī)只是處于電動機(jī)狀態(tài)和發(fā)電機(jī)狀態(tài)。圖2中將6號人車上提和人車下放的各個速段的工作情況說明如下：由于人車是在斜井中運(yùn)行，可以省去中速運(yùn)行和低速爬行的2個階段，因此本系統(tǒng)由7階段速度圖改為3階段速度圖。載人的力圖如圖3所示。

圖2 速度圖

2.2.1 人車提升工作狀態(tài)

1）第1階段t0～t1：人車初始位置于靠近井下提升中段以上的斜井卷揚(yáng)道上，待人員上滿后，

圖3 載人的力圖

發(fā)一個聯(lián)絡(luò)信號給井口PLC，PLC回復(fù)一個信號到井底，然后開機(jī)加速提升。重車從井下開始上行，變頻器拖動交流電動機(jī)上行。這時的電動機(jī)處于電動狀態(tài)，變頻器輸出功率給電動機(jī)。在啟動的瞬間的力矩較大，隨著人車的上升變頻器的出力有所減少。 3）第3階段t2～t3：當(dāng)重車快到井口時PLC發(fā)出減速信號，人車開始減速，變頻器減少輸出功率，重車的速度逐漸下降，直到速度為零。達(dá)到停車位置后，在工作制動閘起作用之前，由于車廂還載有重物，雖然電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為零，但是變頻器依然可以提供滿力矩拉住重車。一旦PLC發(fā)出機(jī)械抱閘信號，在下工作閘的同時，變頻器也停止工作。整個提升過程結(jié)束。

經(jīng)過t3～t4：20 s的休止時間間隙開始人車下放工作狀態(tài)

2.2.2 人車下放工作狀態(tài)

1）第1階段t4～t5：重車從井口下放。PLC給變頻器輸出給定信號，松工作閘，人車下滑。由于此時的工作狀態(tài)是下行，電動機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，變頻器處于能量回饋到電網(wǎng)狀態(tài)。在啟動瞬間以后隨著人車的下放，重力增加，變頻器的能量回饋有所增加。

2）第2階段t5～t6：重車以最大速度穩(wěn)定運(yùn)行，電動機(jī)始終處于發(fā)電狀態(tài)，這段過程時間最長。隨著人車不斷下放，系統(tǒng)重力不斷增加，變頻器能量回饋隨之增加。

3）第3階段t6～t7：當(dāng)重車快到停車位置時PLC發(fā)出減速信號，人車減速，變頻器能量回饋再次增加，重車的速度逐漸下降。直到速度為零。 達(dá)到停車位置后，在工作制動閘起作用之前，由于車廂還載有重物，雖然電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為零，但是變頻器依然可以提供滿力矩拉住重車。一旦PLC發(fā)出機(jī)械抱閘信號，在下工作閘的同時，變頻器也停止工作。整個提升過程結(jié)束。

3 先進(jìn)的控制方式

本系統(tǒng)采用ABB的ACS800-17變頻器是ABB公司先進(jìn)的變頻器，它是第一代采用直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)（DTC）的交流變頻器，作為提升專用變頻器它還具有特殊的提升功能：特殊的應(yīng)用程序，包括標(biāo)準(zhǔn)提升機(jī)系統(tǒng)的功能；轉(zhuǎn)矩記憶，功率優(yōu)化，限幅開關(guān)監(jiān)控，機(jī)械制動器控制，轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證等。

它的功率部分（見圖4）有LCL濾波器，供電模塊（回饋模塊），逆變器（傳動單元）組成。

圖4 功率部分框圖 圖5 IGBT供電單元原理圖

電機(jī)的控制采用直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)（DTC）的方法。為了實(shí)現(xiàn)這一功能，需要測量二相電流和中間直流回路的電壓。第三相的控制測量用于接地（對地）故障保護(hù)。

從提升和下放兩個工作狀態(tài)上看，該系統(tǒng)的運(yùn)行過程主要分為兩個過程：

1）提升電動機(jī)在提升過程中始終是電動機(jī)拖動人車上行，電動機(jī)始終處于電動狀態(tài)，即變頻器始終向電動機(jī)提供能量的過程。該過程主要由整流、濾波和正常逆變?nèi)蟛糠纸M成。如圖6所示。其中正常逆變過程是其核心部分，它改變電機(jī)定子的供電頻率，從而改變輸出電壓，起到調(diào)速作用。

圖6 傳動單元原理圖

2）提升電動機(jī)在下放過程中始終是人車拖動電動機(jī)下行，電動機(jī)始終處于發(fā)電狀態(tài)，即變頻器始終向電網(wǎng)回饋能量的過程。該過程主要由整流、回饋逆變 和輸出濾波三部分組成。其中該部分的整流是由正常逆變部分中IGBT的續(xù)流二極管完成。二極管為隔離二極管，其主要作用是隔離正常逆變部分和回饋逆變部分。電容的主要作用是為回饋逆變部分提供一個穩(wěn)定的電壓源，保證逆變部分運(yùn)行更可靠。回饋逆變部分是整個回饋過程的核心部分，該部分實(shí)現(xiàn)回饋逆變輸出電壓相位與電網(wǎng)電壓相位的一致。

ABB的ACS800多傳動采用了先進(jìn)的直接轉(zhuǎn)矩控制方式（DTC）。

3.1 直接轉(zhuǎn)矩控制

直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)是ABB公司開發(fā)研制的。逆變器的通斷直接控制電動機(jī)關(guān)鍵的變量：磁通和轉(zhuǎn)矩。

傳動單元初次啟動時自動進(jìn)入勵磁識別模式，傳動單元帶動電動機(jī)運(yùn)行一段時間后傳動單元建立并優(yōu)化電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型。

測量電動機(jī)電流和電壓作為自適應(yīng)電動機(jī)模型的輸入，這個模型每隔25 μs產(chǎn)生一組精確的轉(zhuǎn)矩和磁通的實(shí)際值。直接轉(zhuǎn)矩控制的性能就是基于準(zhǔn)確的電動機(jī)模型。

3.2 零轉(zhuǎn)速滿轉(zhuǎn)矩

在電動機(jī)獲得解除封鎖信號后，電動機(jī)的速度設(shè)定值還未給定時，由于人車的重力作用有一個向下的力。這時變頻器雖然沒有輸出電壓但已經(jīng)有電流輸出，它使電動機(jī)有一個和重力相反的力矩使人車不下滑。而且可以使電動機(jī)輸出滿轉(zhuǎn)矩。

ABB變頻器帶動的電動機(jī)能夠獲得在零速時電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩。

3.3 直流勵磁

當(dāng)選擇了直流勵磁功能后，變頻器在啟動前可自動給電動機(jī)定子繞組加一個直流電流勵磁，這個特性保證有足夠高的啟動轉(zhuǎn)矩，甚至200％的電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩。電動機(jī)建立磁場的時間可以根據(jù)情況進(jìn)行調(diào)整，也可以通過變頻器根據(jù)電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型來決定。在機(jī)械抱閘釋放的時候已經(jīng)建立起轉(zhuǎn)矩，以保持電動機(jī)不會被重車拖動而發(fā)生轉(zhuǎn)動。

3.4 加速/減速斜波 因?yàn)榈V井提升是需要平穩(wěn)的、圓滑的、特別是人車還要乘坐的人盡量在無知覺的行進(jìn)中改變速度。對于礦井提升選用S曲線比較好。

3.5 磁通制動

在電動機(jī)制動過程中變頻器根據(jù)在啟動開始獲得的電動機(jī)數(shù)學(xué)模型提高電動機(jī)的磁場以達(dá)到快速制動的目的。

變頻器能通過提高電動機(jī)的磁場來提供足夠快的減速。當(dāng)增加電動機(jī)磁通后，電動機(jī)在制動過程中產(chǎn)生的能量能夠被轉(zhuǎn)化為電動機(jī)的發(fā)熱能量。變頻器持續(xù)監(jiān)視電動機(jī)的狀態(tài)，在磁通制動時也不停止監(jiān)視。因此，磁通制動也能用于停止電動機(jī)和從一個轉(zhuǎn)速變換到另一個轉(zhuǎn)速。從一個轉(zhuǎn)速變換到另一個轉(zhuǎn)速用直流注入制動是不可能實(shí)現(xiàn)的。磁通制動與直流注入制動相比還有其它一些優(yōu)點(diǎn)。

1）在停止命令給出后，制動迅速啟動。在直流注入制動中，在停止命令給出后通常有一段時間的延時，制動才能啟動。

2）電動機(jī)冷卻的速率更高。在磁通制動過程中電動機(jī)定子的電流增加。在直流注入制動過程中電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電流增加。定子的散熱比轉(zhuǎn)子散熱的速度更快。

3.6 磁通優(yōu)化

ABB變頻器的磁通優(yōu)化減少了總能耗，并且減小了當(dāng)傳動運(yùn)行在低于額定負(fù)載時的電動機(jī)噪音?？傂剩妱訖C(jī)和傳動）能提高1% ~ 10%，大小取決于負(fù)載轉(zhuǎn)矩和速度。

4 系統(tǒng)中變頻器部分先進(jìn)功能簡述

1）速度監(jiān)視。本功能用于監(jiān)測電動機(jī)速度：確定電動機(jī)零速旋轉(zhuǎn)、在電動機(jī)超速時給出跳閘信號。

2）轉(zhuǎn)矩監(jiān)視。監(jiān)測電動機(jī)在加速和減速時是否能夠跟隨速度給定，在正常運(yùn)行和加/減速期間是否產(chǎn)生過度的速度偏差

3）快速停車?？稍O(shè)定不同的停車類型：

①僅帶有轉(zhuǎn)矩限制；

②帶有轉(zhuǎn)矩限制和機(jī)械制動；

③僅帶有機(jī)械制動。

4）其他還有：轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證、功率優(yōu)化、位置測量等等很多專門用于提升應(yīng)用的功能,變頻器本身具有松繩及過載保護(hù)功能。

5 系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

1）軟啟動軟停車。減小了機(jī)械沖擊, 啟動及加速換檔時對電網(wǎng)沖擊電流很小,使提升系統(tǒng)和電網(wǎng)運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠. 變頻器本身提供的功能使機(jī)械制動與電制動有機(jī)的結(jié)合起來，保證系統(tǒng)的絕對安全。

2）外圍控制采用PLC。其與各部傳感器,構(gòu)成閉環(huán)控制(也可采用開環(huán)控制)，友好的人機(jī)界面時時監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行情況,簡化了系統(tǒng)構(gòu)成,減小了人工勞動強(qiáng)度。

3）實(shí)現(xiàn)了無級調(diào)速。調(diào)速范圍寬,運(yùn)行曲線呈S型,使加/減速平滑,無沖擊感。

4）安全保護(hù)功能齊全。外殼IP54防護(hù)等級,變頻器除一般過流、直流過壓、直流欠壓、變頻器過溫、短路、輸入缺相、環(huán)境溫度、過頻、I/O控制板內(nèi)部故障外, 還具可編程故障保護(hù)功能、 AI 5）系統(tǒng)4象限運(yùn)行。能量直接回饋電網(wǎng),且不受回饋能量大小的限制,則保證了提升機(jī)運(yùn)行時可頻繁的停車,啟動及換向，節(jié)約大量電能。

6）控制精度高、動態(tài)性能好。采用全數(shù)字、IGBT逆變器變頻單元向負(fù)載提供變頻電源，使所有控制功能均由參數(shù)設(shè)定完成。直接轉(zhuǎn)矩控制，可實(shí)現(xiàn)高動態(tài)性能的轉(zhuǎn)速控制、轉(zhuǎn)矩控制。旋轉(zhuǎn)脈沖編碼器的使用，可實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的精確定位。

1 ABB-ACS800硬件手冊

2 ABB-ACS800多傳動模塊手冊

3 ABB-ACS800-104逆變器模塊硬件手冊

4 ABB-ACS800標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序

5 采礦手冊(5). 冶金工業(yè)出版社

6 洪曉華，陳軍. 礦井運(yùn)輸提升.中國礦業(yè)大學(xué)出版社