石瑜萍

（西安煤矿机械有限公司）

变频器作为具有节能调速、动态控制等优越性能的现代化电力电子产品，在各行各业中作为节能经济技术升级改造的核心设备，在工程实践应用中发挥良好的作用。

变频器采煤机动态调控

一、变频器在采煤机中的应用优点

采煤机、掘进机、运输机等机电设备是煤矿的主要电力用户，受到采取空间限制、机械结构尺寸布置紧张等因素影响，加上其在实际运行过程中能耗较大，如何采取结构紧凑、体积小、调控节能经济的变频器，对原电控系统进行节能升级改造，就显得尤为重要。变频器在采煤机上合理改造应用，具有以下多方面的优点。

一是变频器集成自动化程度较高，体积较小，便于对采煤机变压器的更换。当采用变频器对采煤机原电控制系统进行升级改造后，采煤机结构空间的利用更趋于合理，结构布置更加紧凑，便于在狭小空间环境中使用；二是高转矩启动平稳。变频器主要通过采集信号形成对应的调控策略，来达到对采煤系统动态节能控制。采用无速度传感器的控制模式，可以根据电机运行工况参数，按照一定关系对采煤机系统的励磁电流和转矩电流进行动态监测，通过控制电动机定子绕组的电源频率来确保采煤机系统励磁电流和转矩电流的实际值和检测值间的匹配一致；三是采用一体化的IGBT逆变桥功率调节模块。变频器内部采用一体化的IGBT逆变桥功率调节模块，其在实际优化设计过程中，不仅减少功率器件在变频调速系统中所占用的空间位置，同时可以确保IGBT模块的工作温度在100℃依然能够正常温度工作；四是检修维护便捷、缩短维护周期、降低了养护成本。当变频器发生故障时，工作人员能够通过变频器自动诊断提示信息，快速查处存在故障的电路单元，并对其进行更换处理，则可以快速处理故障，既方便迅速，又减少了故障排除时间，具有较好的使用经济效益。

二、变频器在采煤机调控过程中的问题及解决方案

（一）冷却方式

变频器的发热是由于内部的损耗而产生的，以主电路为主，约占98%，控制电路占2%，而且温度对变频器内含大功率的电子元件电解电容等寿命影响也较大，为保证变频器正常可靠运行，必须对变频器进行散热。根据煤矿井下的实际工矿和防爆规程的要求，变频器经过改造后安装在隔爆电控箱内，其整流模块与逆变模块均安装在专用的散热铝板做成的底板上，底板与隔爆腔体底面密切接触，正常使用时，变频器产生的热量能及时由隔爆腔体底面散掉。

（二）主从控制功能

用具有领先的ABB主从控制功能的变频器使两台牵引电机的负荷平衡。ABB800系列是采用DTC直接转矩控制的新一代变频器，可在0.5Hz时产生150%Me转矩，只需输入电机铭牌数据，系统通过自动建立精确的电机模型，在得到准确的转子速度信号后作为速度环的反馈信号，能够精确控制鼠笼电机的速度和转矩。ABB800系列变频器程序具有独特的主从控制，从变频器通过光纤模块与主变频器通信，实时跟踪主变频器的速度、转矩和其他故障信息，保证了两电机负载均衡和安全运行。

（三）四象限运行

ABB800系列的变频器不仅具有主从控制功能而且具有四象限运行功能。当工作面倾角较大，采煤机在没有外力制动时，往往会由于自重而产生下滑。在此种工况下作为牵引机用的变频器，必须具备制动能力，即必须具备使受控牵引电机产生反向转矩的能力。当采煤机下行時，牵引电机基本处于制动运行状态，回馈制动能够提供足够的制动功率，使采煤机能安全匀速地运行，工作在回馈制动状态下，有较大的制动转矩。其电机侧硬件与电源侧硬件完全对称，两组桥工作无论在整流状态还是逆变状态，其功能切换是由中央处理器通过软件来实现。当牵引电机工作在电动状态时，变频器工作在正常输出状态，输入侧电源经整流桥在电容两端建立直流电压，然后经IGBT管组成的逆变电路输出变频交流电；当牵引电机工作在制动状态时，变频器则工作在能量回馈状态，牵引电机因制动而产生的电能反送到变频器的直流回路，当直流电压达到规定值时，使电源侧逆变器工作于逆变状态，电能经输入侧的回馈逆变桥回馈电网。

三、变频器在采煤机调控中的实施与应用

（一）电机控制方式

1.“一拖一”双电机控制方式。即用两台变频器分别驱动2台交流牵引电机，由两台牵引电机共同完成采煤机的行走。～380V/50Hz供电电源经6个快速熔断器分两路进入两台变频器，通过变频器整流、逆变输出频率电压可变的交流电作为牵引电机的供电电源。其中一台变频器为主变频器，实施速度给定控制，其所驱动的电机为主电机，另一台变频器为从变频器，实施转矩给定控制，其所驱动的电机为从电机，实施转矩控制。从变频器通过光纤模块与主变频器通信，实时跟踪主变频器的速度、转矩和其他故障信息，保证了两电机负载均衡和安全运行。既变频器接受上位机的速度给定信号，根据电机反馈的转速、电流信号计算当期电机的转矩和上位机的速度、电流控制信号对比，当采煤机在采煤的过程中遇到好煤层时就加快采煤速度，当遇到不好的煤层或者石头的时候就减慢采煤的速度。此外，选用可编程控制器（PLC）作为采煤机的控制中心与两台变频器通信，具有良好的人机界面，能实时反映采煤机的运行状态。

2.“一拖一”单电机控制方式。采煤机电气控制系统为“一拖一”单电机方式。即用一台变频器分别驱动1台交流牵引电机，由一台牵引电机共同完成采煤机的行走。～380V/50Hz供电电源经3个快速熔断器分两路进入一台变频器，通过变频器整流、逆变输出频率电压可变的交流电作为牵引电机的供电电源。既变频器接受上位机的转矩控制信号，根据电机反馈的转速信号计算当期电机的转矩和上位机的转矩控制信号对比，当采煤机在采煤的过程中遇到好煤层时就加快采煤速度，当遇到不好的煤层或者石头的时候就减慢采煤的速度。

（二）交流变频器与机械制动闸的配合

采煤机在大倾角工作面运行时，关键是要保持电机启动与机械制动器释放同步。电机启动必须与机械制动器释放同时进行，机械制动器释放过早，电机启动力矩不足，采煤机下滑；机械制动器释放过晚，造成电机堵转，缩短电机和制动器的寿命。变频器可以在电机启动之前进行恒定直流励磁，当预励磁时间足够后，可以保证最大的启动力矩。预励磁时间根据不同的电机在变频器的参数内进行设定，而靠PLC的强大的逻辑功能以软件编程的方式，调节机械制动器释放的时间，使之达到电机启动与机械制动同时进行。回馈制动的变频器由于其特殊用途，一般都设有一套对机器制动器的控制功能，这一功能对采煤机在大倾角工作面上，由静止转往上行，或由下行转向上行是十分重要的。