对电磁选矿设备励磁线圈续流电路的改进*

王 臻

(山东华特磁电科技股份有限公司 山东 潍坊 262600)

随着生活水平的提高,人们的环保意识日益加强,目前矿山机械设备企业越来越注重对高效、节能环保设备的研发和生产;矿产资源在开采利用中,原矿品味不断降低,越来越多的复合矿需要电磁选矿设备来处理。这些现实对选矿设备提出了高标准、高要求,选矿设备的好坏直接影响着选矿质量,选矿质量水平是选矿设备的最好体现。机电一体化和智能化控制的相互渗透大大促进了选矿工艺的提高,电力电子和软件控制技术变得与机械工程同等重要。

1 续流电路在电磁选矿设备励磁线圈的应用

目前大部分电磁选矿设备如电磁浆料磁选机、电磁干粉磁选机等,都是直流电产生强磁场,由于电感储能大,正常工作时会在两端产生感应电动势,存储大量磁场,断电时较大能量消耗在直流线圈上,两端感应电动势不能立即消失,很容易将电路中的元器件损坏,影响设备的使用寿命。

在线圈两端并联一只二极管反向串联的电路给线圈提供了一个小号能量的通路,通路的电流方向和二极管正向导通,使电路运行可靠,这组电路就叫续流电路。当断电时线圈产生的感应电动势通过二极管和线圈构成的回路使电流平稳的变化,保护了电路中其他元器件的安全,提高了设备的使用寿命。

三相桥式整流电路中的续流电路(见图1)。六只可控硅组成三相桥式整流电路,在可控硅两端分别并联RC串联网络后,组成三相整流式阻容吸收电路,这在矿山设备大电感性负载中是最常见的电路。对于大多数电感性负载的选矿设备,三相桥式阻容吸收整流电路是应用最为普遍的,在这种电路上接入续流电路,既能保护电路中其他元件不受电流电压突变而烧毁,又能释放线圈两端残留电动势。

图1 三相桥式整流电路中的续流电路

2 续流电路在电磁选矿设备励磁线圈的改进

选矿设备的技术水平直接影响生产的畅通和应用。目前大部分电磁选矿设备为了提高物料品位都是循环操作,即进料→吸铁→停止进料→卸铁→再进料的循环控制模式。当通电的电磁选矿设备励磁线圈断电时,断电瞬间线圈所储存的磁场能量要经历从“有至无(或零)”的突变,因磁场能量从有→无的突变会在线圈内产生电动势,这种或电动势的大小取决于磁通量变化的速率,自感电压过高危及回路内电器元件的绝缘,或击穿回路产生破坏作用。三相桥式整流电路加上续流电路后一方面卸铁时间长,大大影响了矿物处理量,另一方面,设备现场操作很难实现自动模式下平稳工作。降低了生产效率,减少了选矿处理量。笔者主要介绍对续流电路的改进,缩短放电时间,提高设备使用周期,最大程度地实现矿物资源的综合回收利用。

改进后的续流电路(见图2),在续流二极管串联一组电阻,分流器两端并联控制器组成闭环控制系统,运用先进的PID 控制技术,其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便,电压电流可调且恒定。自动化水平的高低已成为衡量电磁选矿设备现代化水平的一个重要标志,采用新电路结构、新技术,使直流线圈断电时在短时间内快速释放残留能量,缩短励磁线圈的放电时间。

图2 改进后的续流电路

电磁选矿设备励磁线圈是一个很大的电感,正常工作启动时,电流冲击很大,严重影响使用寿命,采用先进的PID 控制方法,可以很好地解决电流不恒定的问题。PID 控制可以很好地解决启动过程中震荡和超调的问题,其稳定性比较高。采用PID 控制人机界面(见图3),通过采样当前电流值经AD 转换,经数字滤波器滤波后,将当前电流值送入PID 控制器内,PID控制器按照设定的比例、积分、微分和采样时间参数,计算出当前输出给定值,经DA 转换控制三相全控桥电路导通角;通过不断地将当前电流值与设定电流值的PID 运算,逐渐消除误差,从而控制整流电路的直流电流值达到设定电流值,并维持当前电流值在设定电流值附近动态平衡。电源电压的波动、元器件的老化、现场的环境温度等因素都将影响磁场的稳定性。为了磁场恒定,采用PID 算法设置比例、积分与微分三个参数实现矿山设备大功率负载输出电流的恒定不变,加快调节速度,更快达到预期理想值,稳定性比较高。当线圈断电时,改进后的续流电路,可以使电流平缓的变化,加上电阻器后能使残余电动势快速释放。改进后的续流电路并不仅单纯的是一种电器元件,极大的作用将电感中的能量对外传递,一方面保证了整个电路电器元件的安全,最大程度的节约了成本;另一方面快速释放残余电动势,加快了设备使用率,大大提高了矿物处理量。PID 控制器的参数整定是改进后续流电路设计的核心内容,PID 控制器参数整定方法分为两类,即理论计算整定法和工程整定法。

图3 采用PID 控制人机界面

前者主要通过理论计算来确定控制器参数,这种方式得出来的理论数据一般还需要经过后期现场进行调整修改;后者主要通过现场经验,直接在试验中进行,且方法简单、易于掌握,在电磁选矿设备现场调试中被广泛采用。无论采用哪一种方法所设置的控制器参数,都需要在实际运行中进行最后的调整与完善。

在实际调试中,只能先大致设定一个经验值,然后根据调节效果修改。在选矿过程中为了提高原矿品质,增加矿物处理量,提高设备使用率,要求生产过程始终处于最优工作状态。PID 控制中要求系统能够根据被测参数的变化而自动对系统进行调节,使系统随时处于最佳状态。

3 续流电路使用注意事项

改进后的续流电路在电磁矿山设备应用广泛,在使用过程中应注意以下几点:

(1)续流电路是电感性负载断电时释放电动势的主要有效手段。

(2)续流电路中二极管的极性不能接错,否则会做大量无用功,即续流二极管对直流电压应反接,二极管的负极应接感性负载的正极。

(3)续流电路中电阻器的选型,根据不同感性负载选择,有很大的灵活性。

(4)PID 三个参数的设定,要根据现场经验设定,并通过在现场反复调试来确定最佳值。

(5)大多数情况PID 参数的设定只需取两个单元,但比例控制单元是必须要设定的。正常情况比例系数不能太大,积分时间不要太小,否则会出现电流不稳定或过大。

4 结语

电磁选矿设备要以节能、低耗、高效、简化流程为发展方向,利用先进的电力电子技术,对电磁选矿设备工艺进行不断优化改进,淘汰现有低效高耗的设备,使电磁选矿设备在不断的满足市场需求的同时,自身也得到了持续的发展。

未来电磁选矿设备经过进一步的更新和升级,面向经济建设,以数字化、智能化、生态化为发展目标,一定能够在更多、更广阔的领域中体现自身的价值,推动矿山经济和社会的发展。