变频器在采煤机调控中的优势分析

　　【摘要】采煤机是煤炭生产一线的核心设备，其工作效率的高低直接关系到煤炭企业的经济效益。近年来，随着变频器在采煤机上的应用，通过变频器对采煤机牵引电机进行控制，能够实现在额定转速以下的恒扭矩调速，额定转速以上的恒功率调速，满足了采煤机的实际工况要求，体现出其良好的调控、节能、降耗性能。

　　【关键词】采煤机；变频器；调速；优势分析

　　当前，由于迅速发展的变频调速技术，加之变频器的很多调控优势，在煤矿井下采煤机上的应用越来越多，尤其从“十二五”开始，一系列环保政策及约束性考核指标的持续驱动下，变频器在煤矿采煤机系统中，作为机电设备节能降耗的核心设备，其良好的调控、节能性能得到煤矿机电设备技术升级改造工作人员的青睐，它作为具有节能、调速等性能优势的现代化产品，取得了非常大的进展，成为机电设备发展的核心支柱。在生产过程中，不用改变电动机及负载的参数，变频器本身就能根据生产工艺要求来调整输出的转速及转矩，直接减少电机的损耗，节能减排效果非常好。

　　1 采煤机牵引电机控制方式

　　通过交流变频器对采煤机牵引电机进行控制，能够实现在额定转速以下的恒扭矩调速，额定转速以上的恒功率调速，满足了采煤机的实际工况要求。采煤机牵引部变频调速主要有以下两种方式：

　　1．1 “一对一”拖动方式。

　　“一对一”拖动方式：即用于采煤机的两台行走牵引电动机分别由两台变频器驱动，然后由上级控制器或两台变频器设置主从机实现同步。

　　两台变频器分别接受交流380V、50HZ的供电电源。经过变频器的整流环节、逆变环节后，变频器输出电压和频率连续可调的交流电作为采煤机行走牵引电动机的供电电源。这两台变频器中，可以假定其中一台变频器为主控变频器，那么它所拖动的电机就为主电动机，实施速度限幅、转矩控制；那其余一台变频器即为从变频器，它所拖动的电机为从电动机。主从变频器间是通过接口来实现通信联系的，从变频器实时跟踪主变频器的速度、转矩及其他信息，确保被拖动的两台电动机负载均衡，实现其安全、高效运行。

　　在调控中，变频器同时接受上级控制器转矩控制信号和所拖动电机反馈的转速信号，进行计算后输出适合负载实际情况的转矩。这就可以保证在采煤的过程中，当采煤机遇到好煤层时就加快采煤速度，否则就减慢采煤的速度。此外，PLC作为采煤机的控制中心，能很好地与两台变频器实时通信，能实时反映采煤机的运行状态，以便作到高效生产。

　　1．2 “一对二”拖动方式。

　　“一对二”拖动方式：即用于采煤机的两台行走牵引电动机由同一台变频器驱动，由两台牵引电动动机共同完成采煤机的行走。这台变频器引入交流380V、50赫芝供电电源，经过变频器整流环节、逆变环节后，变频器输出频率和电压连续可调的交流电作为采煤机牵引电机的供电电源。在调控中，该变频器接受上级控制器的转矩控制信号，再根据电机反馈的转速信号进行比较、计算后输出适合负载实际情况的转矩，这同样就可以保证在采煤的过程中，开采时，如遇到矸石少的煤层时就加快采煤速度，否则就减慢采煤的速度，这就是变频调控的最大优势。

　　2 变频器调控采煤机运行的优势分析

　　采煤机是煤炭生产一线的核心设备，采煤机工作的效率如何直接关系到煤炭企业的经济效益。由于变频器具有独特的性能，在煤矿生产中起到了重要的作用，尤其是在采煤机上的应用，其优势就更加突出，主要表现在以下诸多方面。

　　2．1 减小电压波动。

　　我们知道，由于某种原因的电压下降，将会导致同一供电网络中的电压敏感设备故障、跳闸或工作异常。在交流电动机工频启动时，就将直接导致启动电流剧增，造成电网电压大幅波动。当然，电压下降幅度的大小将取决于启动电机功率的大小和配电网的容量。而当我们采用变频器调速后，由于变频器能在零频零压时逐步启动，起动电流可比原来减小几倍以上，能最大程度的消除电压下降，减小电网的波动，实现了真正的软启动，同时也收到了很好的节能效果。在同样的电网容量下，并可增加装机台数。

　　2．2 运行速度连续可调。

　　利用变频调速技术改造了采煤机的拖动系统，满足了采煤机低速运行、大起动转距的特点，实现了采煤机的运行速度无级调节。由于PLC作为采煤机的控制中心，且内置有PID的调节功能，这就可以使得采煤机牵引速度可以根据不同的煤层硬度进行无级调节，同时还可实现远程速度的调节。

　　2．3 可实现平滑加速。

　　由于变频器调控时能实现零频零速启动，且能根据用户的需要进行无级平滑加速，避免了电动机工频启动时对电机本身及相连的机械部分（轴或齿轮）产生剧烈的振动，消除了由于这种振动产生的机械磨损和损耗，延长其机械部件和电机的使用寿命。并且其加速曲线也可以选择，如（直线加速、S形加速或者自动加速）等。

　　2．4 可以调节转矩极限。

　　应用在采煤机上的变频调速技术俞来俞全面，它不仅可以做到调节转矩的极限，甚至就转矩的控制精度都能达到很高水准。为了确保生产过程的连续性和产品质量的可靠性，可以通过设置相应的转矩极限来实现。但在工频状态下，无法实现设置精确的转矩值来动作。

　　2．5 高转矩启动平稳。

　　在异步电机变频调速系统中，转矩的控制较复杂．在低频段，由于电阻、漏电抗的影响不容忽略，若仍保持V／f为常数，则磁通将减小，进而减小了电机的输出转矩。为此，在低频段要对电压进行适当补偿以提升转矩。

　　变频器的使用，使高转矩启动平稳，因为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检测，通过控制电动机定子绕组的电源频率来确定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，从而可以实现采煤机系统在零速满转矩工况中自动启动，即在低频运行工况时，采煤机系统转矩输出可以达额定的两倍以上，这样可以满足煤矿井下特殊工作面、特殊工况条件下的动态调控需求。

　　2．6 停止方式可以选择。

　　在采煤机的变频调控中，牵引电动机的停止方式是可以选择的。如：减速停车、减速停车＋直流制动及自由停车等方式，无论选择哪一种停止方式，都能大大地减少对电机和机械部件的冲击，确保整个系统的运行更加安全、可靠。

　　2．7 采用IGBT逆变桥模块，满足特殊运行工况需求。

　　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1000C依然能够正常稳定工作，以满足井下采煤机持续性、高负荷、负荷波动等特殊运行工况需求。

　　2．8 变频器集成度高。

　　当采用变频器对采煤机原控制系统进行技术升级改造后，采煤机结构空间的利用更趋合理，结构布局更加紧凑，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，更便于在井下狭小空间环境中使用。

　　2．9 检修维护便捷、周期短。

　　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，缩短维护周期、降低养护成本，具有较好的使用经济效益。

　　总之，变频器应用在采煤机上可以实现高效的转矩输出，还可以优化采煤工艺过程，提高系统运行的稳定性，并能根据负载工艺情况自动调节运行频率和输出电压，从而达到节约电能的要求。

　　张景库

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