對(duì)電磁選礦設(shè)備勵(lì)磁線圈續(xù)流電路的改進(jìn)*

王 臻

(山東華特磁電科技股份有限公司 山東 濰坊 262600)

隨著生活水平的提高,人們的環(huán)保意識(shí)日益加強(qiáng),目前礦山機(jī)械設(shè)備企業(yè)越來(lái)越注重對(duì)高效、節(jié)能環(huán)保設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn);礦產(chǎn)資源在開采利用中,原礦品味不斷降低,越來(lái)越多的復(fù)合礦需要電磁選礦設(shè)備來(lái)處理。這些現(xiàn)實(shí)對(duì)選礦設(shè)備提出了高標(biāo)準(zhǔn)、高要求,選礦設(shè)備的好壞直接影響著選礦質(zhì)量,選礦質(zhì)量水平是選礦設(shè)備的最好體現(xiàn)。機(jī)電一體化和智能化控制的相互滲透大大促進(jìn)了選礦工藝的提高,電力電子和軟件控制技術(shù)變得與機(jī)械工程同等重要。

1 續(xù)流電路在電磁選礦設(shè)備勵(lì)磁線圈的應(yīng)用

目前大部分電磁選礦設(shè)備如電磁漿料磁選機(jī)、電磁干粉磁選機(jī)等,都是直流電產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng),由于電感儲(chǔ)能大,正常工作時(shí)會(huì)在兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),存儲(chǔ)大量磁場(chǎng),斷電時(shí)較大能量消耗在直流線圈上,兩端感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不能立即消失,很容易將電路中的元器件損壞,影響設(shè)備的使用壽命。

在線圈兩端并聯(lián)一只二極管反向串聯(lián)的電路給線圈提供了一個(gè)小號(hào)能量的通路,通路的電流方向和二極管正向?qū)?使電路運(yùn)行可靠,這組電路就叫續(xù)流電路。當(dāng)斷電時(shí)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)通過(guò)二極管和線圈構(gòu)成的回路使電流平穩(wěn)的變化,保護(hù)了電路中其他元器件的安全,提高了設(shè)備的使用壽命。

三相橋式整流電路中的續(xù)流電路(見圖1)。六只可控硅組成三相橋式整流電路,在可控硅兩端分別并聯(lián)RC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)后,組成三相整流式阻容吸收電路,這在礦山設(shè)備大電感性負(fù)載中是最常見的電路。對(duì)于大多數(shù)電感性負(fù)載的選礦設(shè)備,三相橋式阻容吸收整流電路是應(yīng)用最為普遍的,在這種電路上接入續(xù)流電路,既能保護(hù)電路中其他元件不受電流電壓突變而燒毀,又能釋放線圈兩端殘留電動(dòng)勢(shì)。

圖1 三相橋式整流電路中的續(xù)流電路

2 續(xù)流電路在電磁選礦設(shè)備勵(lì)磁線圈的改進(jìn)

選礦設(shè)備的技術(shù)水平直接影響生產(chǎn)的暢通和應(yīng)用。目前大部分電磁選礦設(shè)備為了提高物料品位都是循環(huán)操作,即進(jìn)料→吸鐵→停止進(jìn)料→卸鐵→再進(jìn)料的循環(huán)控制模式。當(dāng)通電的電磁選礦設(shè)備勵(lì)磁線圈斷電時(shí),斷電瞬間線圈所儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量要經(jīng)歷從“有至無(wú)(或零)”的突變,因磁場(chǎng)能量從有→無(wú)的突變會(huì)在線圈內(nèi)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),這種或電動(dòng)勢(shì)的大小取決于磁通量變化的速率,自感電壓過(guò)高危及回路內(nèi)電器元件的絕緣,或擊穿回路產(chǎn)生破壞作用。三相橋式整流電路加上續(xù)流電路后一方面卸鐵時(shí)間長(zhǎng),大大影響了礦物處理量,另一方面,設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)操作很難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)模式下平穩(wěn)工作。降低了生產(chǎn)效率,減少了選礦處理量。筆者主要介紹對(duì)續(xù)流電路的改進(jìn),縮短放電時(shí)間,提高設(shè)備使用周期,最大程度地實(shí)現(xiàn)礦物資源的綜合回收利用。

改進(jìn)后的續(xù)流電路(見圖2),在續(xù)流二極管串聯(lián)一組電阻,分流器兩端并聯(lián)控制器組成閉環(huán)控制系統(tǒng),運(yùn)用先進(jìn)的PID 控制技術(shù),其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便,電壓電流可調(diào)且恒定。自動(dòng)化水平的高低已成為衡量電磁選礦設(shè)備現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志,采用新電路結(jié)構(gòu)、新技術(shù),使直流線圈斷電時(shí)在短時(shí)間內(nèi)快速釋放殘留能量,縮短勵(lì)磁線圈的放電時(shí)間。

圖2 改進(jìn)后的續(xù)流電路

電磁選礦設(shè)備勵(lì)磁線圈是一個(gè)很大的電感,正常工作啟動(dòng)時(shí),電流沖擊很大,嚴(yán)重影響使用壽命,采用先進(jìn)的PID 控制方法,可以很好地解決電流不恒定的問(wèn)題。PID 控制可以很好地解決啟動(dòng)過(guò)程中震蕩和超調(diào)的問(wèn)題,其穩(wěn)定性比較高。采用PID 控制人機(jī)界面(見圖3),通過(guò)采樣當(dāng)前電流值經(jīng)AD 轉(zhuǎn)換,經(jīng)數(shù)字濾波器濾波后,將當(dāng)前電流值送入PID 控制器內(nèi),PID控制器按照設(shè)定的比例、積分、微分和采樣時(shí)間參數(shù),計(jì)算出當(dāng)前輸出給定值,經(jīng)DA 轉(zhuǎn)換控制三相全控橋電路導(dǎo)通角;通過(guò)不斷地將當(dāng)前電流值與設(shè)定電流值的PID 運(yùn)算,逐漸消除誤差,從而控制整流電路的直流電流值達(dá)到設(shè)定電流值,并維持當(dāng)前電流值在設(shè)定電流值附近動(dòng)態(tài)平衡。電源電壓的波動(dòng)、元器件的老化、現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境溫度等因素都將影響磁場(chǎng)的穩(wěn)定性。為了磁場(chǎng)恒定,采用PID 算法設(shè)置比例、積分與微分三個(gè)參數(shù)實(shí)現(xiàn)礦山設(shè)備大功率負(fù)載輸出電流的恒定不變,加快調(diào)節(jié)速度,更快達(dá)到預(yù)期理想值,穩(wěn)定性比較高。當(dāng)線圈斷電時(shí),改進(jìn)后的續(xù)流電路,可以使電流平緩的變化,加上電阻器后能使殘余電動(dòng)勢(shì)快速釋放。改進(jìn)后的續(xù)流電路并不僅單純的是一種電器元件,極大的作用將電感中的能量對(duì)外傳遞,一方面保證了整個(gè)電路電器元件的安全,最大程度的節(jié)約了成本;另一方面快速釋放殘余電動(dòng)勢(shì),加快了設(shè)備使用率,大大提高了礦物處理量。PID 控制器的參數(shù)整定是改進(jìn)后續(xù)流電路設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容,PID 控制器參數(shù)整定方法分為兩類,即理論計(jì)算整定法和工程整定法。

圖3 采用PID 控制人機(jī)界面

前者主要通過(guò)理論計(jì)算來(lái)確定控制器參數(shù),這種方式得出來(lái)的理論數(shù)據(jù)一般還需要經(jīng)過(guò)后期現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)整修改;后者主要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn),直接在試驗(yàn)中進(jìn)行,且方法簡(jiǎn)單、易于掌握,在電磁選礦設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中被廣泛采用。無(wú)論采用哪一種方法所設(shè)置的控制器參數(shù),都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后的調(diào)整與完善。

在實(shí)際調(diào)試中,只能先大致設(shè)定一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值,然后根據(jù)調(diào)節(jié)效果修改。在選礦過(guò)程中為了提高原礦品質(zhì),增加礦物處理量,提高設(shè)備使用率,要求生產(chǎn)過(guò)程始終處于最優(yōu)工作狀態(tài)。PID 控制中要求系統(tǒng)能夠根據(jù)被測(cè)參數(shù)的變化而自動(dòng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié),使系統(tǒng)隨時(shí)處于最佳狀態(tài)。

3 續(xù)流電路使用注意事項(xiàng)

改進(jìn)后的續(xù)流電路在電磁礦山設(shè)備應(yīng)用廣泛,在使用過(guò)程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

(1)續(xù)流電路是電感性負(fù)載斷電時(shí)釋放電動(dòng)勢(shì)的主要有效手段。

(2)續(xù)流電路中二極管的極性不能接錯(cuò),否則會(huì)做大量無(wú)用功,即續(xù)流二極管對(duì)直流電壓應(yīng)反接,二極管的負(fù)極應(yīng)接感性負(fù)載的正極。

(3)續(xù)流電路中電阻器的選型,根據(jù)不同感性負(fù)載選擇,有很大的靈活性。

(4)PID 三個(gè)參數(shù)的設(shè)定,要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定,并通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)調(diào)試來(lái)確定最佳值。

(5)大多數(shù)情況PID 參數(shù)的設(shè)定只需取兩個(gè)單元,但比例控制單元是必須要設(shè)定的。正常情況比例系數(shù)不能太大,積分時(shí)間不要太小,否則會(huì)出現(xiàn)電流不穩(wěn)定或過(guò)大。

4 結(jié)語(yǔ)

電磁選礦設(shè)備要以節(jié)能、低耗、高效、簡(jiǎn)化流程為發(fā)展方向,利用先進(jìn)的電力電子技術(shù),對(duì)電磁選礦設(shè)備工藝進(jìn)行不斷優(yōu)化改進(jìn),淘汰現(xiàn)有低效高耗的設(shè)備,使電磁選礦設(shè)備在不斷的滿足市場(chǎng)需求的同時(shí),自身也得到了持續(xù)的發(fā)展。

未來(lái)電磁選礦設(shè)備經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的更新和升級(jí),面向經(jīng)濟(jì)建設(shè),以數(shù)字化、智能化、生態(tài)化為發(fā)展目標(biāo),一定能夠在更多、更廣闊的領(lǐng)域中體現(xiàn)自身的價(jià)值,推動(dòng)礦山經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展。