林松（冀中能源机械装备集团邢台机械厂，河北邢台 054000）

变频技术在采煤机中的应用

林松
（冀中能源机械装备集团邢台机械厂，河北邢台 054000）

随着科学技术的不断进步，采煤装备不断更新，为顺应市场我们对电牵引采煤机的调速控制也进行了技术改进。针对不同地质条件生产的需求，为了实现节能高效生产，这就要对采煤机的性能提出了更高的要求，为此我们把变频技术应用到采煤机的调速上，使电牵引采煤机在性能上取得质的飞跃。

变频调速 滑差调速 PLC 变频器

1　前言

随着科学技术的不断进步，采煤装备不断更新，为顺应市场我们对电牵引采煤机的调速控制也进行了技术改进。针对不同地质条件生产的需求，为了实现节能高效生产，这就要对采煤机的性能提出了更高的要求，为此我们把变频技术应用到采煤机的调速上，使电牵引采煤机在性能上取得质的飞跃。

2　变频技术的发展

通过改变交流电频率的方式实现交流电控制的技术叫变频技术。变频技术是为了实现交流电机无级调速的需要而诞生的。20世纪60年代后期开始，电力电子器件的更新促使电力变频技术的不断发展。20世纪70年代开始脉宽调制变压变频调速研究引起了人们的高度重视。20世纪80年代，作为变频技术核心的PWM模式优化问题引起人们的浓厚兴趣，并得出鞍形波PWM模式效果最佳。20世纪80年代后半期开始，美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器已投入市场并广泛使用。

3　现用滑差电磁调速采煤机的缺点

3.1滑差电磁调速原理

滑差电磁调速异步电动机是由普通鼠笼式异步电机、电磁滑差离合器和电气控制部分组成。异步电动机作为原动机使用，当它旋转时带动离合器的电枢一起旋转，电气控制装置是为滑差离合器中的励磁线圈提供励磁电流的装置。

原动机开始旋转后，当电磁滑差离合器的磁场强度增加时，输出转速随之增加；当电磁滑差离合器的磁场强度减小时，输出转速随之减小。电磁滑差离合器的磁场是由励磁线圈产生的，励磁线圈中直流电的大小控制着磁场的强弱。在滑差调速采煤机中，励磁电流的大小由PLC控制，如图1所示。

当PLC接收到给定速度信号后，会产生0-10V的模拟量。PLC通过对模拟量大小的调节，来控制晶闸管模块的导通。由于晶闸管模块导通角的改变，使励磁电流的大小也随之改变，从而实现电机速度的控制。当原动机开始运转并且有励磁电流通过后电机开始输出转速，采煤机开始运行。采煤机运行时会产生一个速度反馈信号给PLC，PLC将根据反馈速度与给定速度进行比较后自动调节电机转速，使采煤机稳定在给定速度上。

图1　滑差电磁调速控

图2　变频调速采煤机控制原理

3.2滑差电磁调速的缺点

这种调速方式可以实现无级调速，但存在着难以克服的缺点。其中主要有以下缺点：（1）在空载或者轻载时，由于反馈不足，会造成失控现象。（2）在调速时，随着转速的降低，离合器的输出功率和效率也相应地下降。（3）滑差电磁调速电机故障率高、维修量大。

在采煤机的售后服务工作中，使用滑差电磁调速采煤机遇到过两种情况，这两种情况虽然不会经常发生，但是一旦出现会影响至少一个班的生产，这两种情况是滑差电磁调速方式特有的，第一种是电磁离合器部分与电机壳体由于锈蚀而粘连，这时由于滑差电磁调速方式特性较软无法将其冲击开，只有将电机换掉；第二种情况是，由于某种原因电磁离合器与原动机电枢咬在一起，使采煤机以最大速度误动作，易因冲击造成机械损坏。而在变频调速中所采用的三相异步电机是没有电磁离合器的，因此能够很好的避免这些问题的发生，所以采用变频调速较好地解决了以上问题。

4　变频调速采煤机

4.1变频调速原理

我们知道，交流电机的同步转速表达式为：

n=60 f（1－s）/p （1）

式中：

n——异步电机的转速；

f——异步电机的频率；

s——电机转差率；

p——电机极对数。

由式（1）可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电机的转速，当频率f在0-50Hz的范围内变化时，电机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。

4.2变频调速采煤机控制原理

在变频调速采煤机中，变频调速控制部分是由PLC、变频器、电量互感器、三相异步电机等组成。控制原理图如图2所示。

在变频器的选型上，采用的是ABB公司生产的ASC800型变频器。ASC800变频器的核心是直接转矩控制——DTC技术，基于DTC原理的控制技术可以提供优异的性能和显著的优点。它不仅具有精确的静态和动态速度控制及转矩控制、高启动力矩和更长的电机电缆连接，而且内置的传动可选件使安装工作更迅速更简单。

为了使变频采煤机适应大负载的情况，在变频采煤机设计中，使用了ASC800变频器的主/从功能。ASC800变频器的主/从功能是为了多传动应用而设计的，其中系统是由两台ASC800变频器驱动的，同时电机轴是通过齿轮、齿条等相互耦合在一起的。ASC800的主/从功能可以使负载均匀的分布在两台变频器之间，使得采煤机带负载能力得到提高。

在系统中，主变频器的控制信号是由PLC提供的。PLC只控制主变频器，而从变频器是由主变频器通过光纤串行通讯链路来控制。并且主变频器和从变频器是通过齿轮、齿条等进行的刚性连接。因此，为了使主变频器和从变频器之间均匀的分布负载，主变频器采用速度控制，而从变频器采用转矩控制。

当PLC接收到给定速度信号后，PLC会控制主变频器使电机加速到相应速度，从变频器会跟随主变频器的转矩给定，并且主/从变频器能够根据负载自行调节速度大小，使采煤机稳定运行。PLC还可以接收到一些运行状态的反馈信号，如截割电机反馈的温度信号、电流信号和变频器反馈的牵引电机电流信号等，根据这些反馈信号PLC识别采煤机运行状况从而由程序自动转到适当的运行状态，比如当任一截割电机温度达到135℃时，则控制截割电机降低容量30%运行；温度达到155℃时，PLC输出信号使采煤机控制回路切断，整机停电。

4.3能耗低维护方便

变频采煤机不仅具有良好的调速性能，而且还有非常好的节能效果。滑差电磁调速采煤机在调速过程中，原动机始终保持着高速旋转，消耗电能大，在低速运行时输出功率和效率低。而变频采煤机因采用普通的三相异步电机，从根本上消除了滑差电磁调速电机原有的弊端。ASC800变频器还可以连接显示屏，提供了非常良好的人机界面。当采煤机运行时ASC800变频器不仅能提供运行时的电流、转矩、转速等运行状态信息，而且变频器出现故障时可以提供故障代码显示，方便查找故障，缩短维修时间。

5　结语

综上所述，变频调速采煤机不仅可以实现普通异步电机的无级调速，而且它的调速范围大，静态稳定性好，还具有显著的节能效果，并且它还对电机具有多种保护功能，降低了电机的故障发生。随着采煤技术的不断提高，为了适应不同地质条件，变频调速采煤机比滑差电磁调速采煤机有着更好的性能优势，变频调速采煤机必将取代滑差电磁调速采煤机，更好的为煤炭生产服务。