變頻器在交流電牽引采煤機(jī)上的應(yīng)用

劉志濤

摘 要

在采煤機(jī)中，變頻器是一個關(guān)鍵設(shè)備，能夠使其實現(xiàn)恒功率控制。在實際的工作中，應(yīng)該選擇合適的變頻器，要結(jié)合采煤機(jī)的實際情況，以及煤礦的特點，設(shè)置與之相適應(yīng)的參數(shù)，選擇合理的控制模式，并且加強(qiáng)維護(hù)。這樣才能協(xié)調(diào)PLC與變頻器，保證采煤機(jī)能夠順利實施恒功率控制，在采煤機(jī)上使用變頻器，已經(jīng)成為社會發(fā)展的趨勢。

【關(guān)鍵詞】變頻器 交流電 采煤機(jī) 應(yīng)用

傳統(tǒng)的采煤機(jī)，主要是通過液壓系統(tǒng)的電磁閥來進(jìn)行牽引速度的換向和調(diào)節(jié)，功率較小，并且保養(yǎng)和維護(hù)也面臨著一定的困難。隨著微電子技術(shù)、控制技術(shù)以及電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了一種全新的變頻器，其具備良好的性能，廣泛的應(yīng)用于交流電牽引的采煤機(jī)。其操作簡單、工作可靠、功能強(qiáng)大，有利于提高采煤效率。

1 選擇變頻器

1.1 容量選擇

變頻器的容量選擇非常重要。在選擇容量的時候，主要是按照采煤機(jī)的實際負(fù)載特性，基本原則是電機(jī)容量必須小于變頻器容量。由于采煤機(jī)頻繁過載啟動，因此必須具有巨大的啟動力，啟動電流相對較小，尤其是針對有巖石、傾角大、矸石多和煤質(zhì)硬的煤層，應(yīng)該增強(qiáng)變頻器的負(fù)載驅(qū)動力。異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電流的有功分量、每級磁通量和電磁轉(zhuǎn)矩成正比。因為變頻器的電壓和頻率是常數(shù)，當(dāng)頻率低時，其輸出電壓也會降低，增大了輸出電流，引起過流保護(hù)，有效地解決措施就是提高變頻器容量的重要方法。

1.2 選擇變頻器類型

按照變頻器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，主要分為交-直-交的間接變頻系統(tǒng)和交-交的變頻系統(tǒng)。所謂交-交類型的變頻系統(tǒng)，能夠?qū)⒐潭l率的交流電直接轉(zhuǎn)換成頻率可調(diào)的交流電系統(tǒng)。其具有以下幾點特點，能量轉(zhuǎn)換效率高、對稱性好、諧波成分少、正弦度高、低頻波形好和無需中間環(huán)節(jié)。

交-直-交類型的變頻系統(tǒng)，能夠直接將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，然后對直流電進(jìn)行逆變，使其成為連續(xù)可調(diào)頻率的三相交流電。目前，這種系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，其重量輕、體積小。

1.3 選擇最低頻率

變頻器的工作頻率主要是由生產(chǎn)工藝要求來決定的，變頻器理論上的工作頻率應(yīng)該在0至50赫茲。如果采煤機(jī)遇到大傾角、巖石以及矸石等情況，變頻器將會自動減速，容易造成過流保護(hù)，甚至?xí)龤щ姍C(jī)。因此，必須保證下限頻率設(shè)置合理。

1.4 選擇制動電阻

當(dāng)采煤機(jī)制動、停車和減速時，牽引電機(jī)將會對變頻器進(jìn)行反饋電能，使得主回路電壓升高。這部分熱量如果不能得到消耗，變頻器會發(fā)生過壓跳閘。制動電阻主要是在直流主回路串接，從而消耗多余能量，特別是在采煤機(jī)上，更應(yīng)該設(shè)置制動電阻。

1.5 變頻器冷卻

在運(yùn)行變頻器的過程中，發(fā)熱主要源于逆變器絕緣柵上的雙極晶體管和整流部分?，F(xiàn)階段，大多數(shù)的變頻器運(yùn)用風(fēng)冷方式，但是由于外界環(huán)境與采煤機(jī)的隔爆腔無法流通，因此風(fēng)冷方式不適合。通常情況下，都是改裝變頻器，以便更好地散熱。

1.6 電抗器

現(xiàn)目前，煤礦井下往往有較多的設(shè)備，功率較大，大部分都是非線性沖擊負(fù)載以及感性負(fù)載。容易產(chǎn)生電壓波動，降低電源功率。因此，采用電抗器，能夠改善這種情況。

2 變頻器在交流電牽引的采煤機(jī)上的實際應(yīng)用

2.1 恒功率的自動控制

實現(xiàn)恒功率的自動控制，需要變頻器與PLC協(xié)調(diào)運(yùn)作。采煤機(jī)主要是在進(jìn)行克服截割阻力時消耗功率，當(dāng)牽引速度發(fā)生變化時，其截割阻力也會改變，使得采煤機(jī)功率隨之變化。截割電機(jī)能夠反映功率大小，運(yùn)用兩個相同的電流傳感器對截割電機(jī)進(jìn)行電流檢測，并且將電流值輸入PLC進(jìn)行比較。當(dāng)電機(jī)功率不小于110%的時候，PLC會傳出減速的信號，從而使得變頻器能夠自動減速降頻。當(dāng)電機(jī)功率不小于120%的時候，PLC會傳出反牽的信號，使得采煤機(jī)能夠反速牽引。

2.2 變頻器控制

因為采煤機(jī)經(jīng)常會發(fā)生過載啟動，因此，應(yīng)該使用變頻器，選擇一拖一控制的方式。通過兩根光纖將兩臺變頻器進(jìn)行連接通訊，實行主-從控制。保證主變頻器能夠引導(dǎo)從變頻器進(jìn)行轉(zhuǎn)矩運(yùn)動，確保對電機(jī)的實際運(yùn)行狀況進(jìn)行準(zhǔn)確檢測，保證采煤機(jī)的保護(hù)和控制更加完善合理。

2.3 變頻器制動

在一些大傾角的工作環(huán)境中，采煤機(jī)會出現(xiàn)下行滑動，減速時間較短，尤其是出現(xiàn)急停的時候，牽引電機(jī)在發(fā)電狀態(tài)瞬時工作，導(dǎo)致變頻器中間部分的直流電壓快速升高。當(dāng)其超過鑒定值時，制動斬波器會開始運(yùn)行，運(yùn)用制動電阻將直流部分積存的能量消耗掉，從而實現(xiàn)能耗制動。

2.4 變頻器保護(hù)

針對變頻器短路問題，快速熔斷器能夠提供有效地保護(hù)，在變頻器的內(nèi)部，會有電源缺相、短路、超溫、欠壓、過壓以及過流的保護(hù)。變成保護(hù)主要有接地故障保護(hù)、電機(jī)缺相保護(hù)、欠載保護(hù)以及堵轉(zhuǎn)保護(hù)等。應(yīng)該對其進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置，從而激活保護(hù)功能。變頻器內(nèi)部的繼電器會將保護(hù)參數(shù)傳輸?shù)絇LC，由其發(fā)出指令，斷開電源，從而保護(hù)變頻器和牽引電機(jī)。

2.5 電機(jī)保護(hù)

在牽引電機(jī)和截割電機(jī)的繞組內(nèi)部存在Pt100熱電阻，如果任何一臺電機(jī)的溫度上升到了135攝氏度，PLC就發(fā)出指令，使得電機(jī)降容。如果電機(jī)的溫度升高到了155攝氏度，PLC會發(fā)出指令停機(jī)，切斷電源，保護(hù)電機(jī)。

2.6 失水保護(hù)

運(yùn)用采煤機(jī)隔爆腔底部儲存的冷卻水來進(jìn)行變頻器制冷，當(dāng)水壓不足，甚至出現(xiàn)污水的時候，變頻器會出現(xiàn)安全危險。因此，將水壓繼電器接在供水回路中，能夠保證有充足的制冷水，來保證采煤機(jī)的安全運(yùn)行。

3 結(jié)語

總而言之，在交流電牽引的采煤機(jī)上應(yīng)用變頻器，能夠保證采煤機(jī)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，降低安全危險系數(shù)，提高采煤機(jī)的運(yùn)行效率。對于提高煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，保證作業(yè)安全，有著積極地意義。

參考文獻(xiàn)

[1]劉建功，梁軍.電磁調(diào)速電牽引采煤機(jī)變轉(zhuǎn)矩-最大轉(zhuǎn)矩保護(hù)調(diào)速方式[J].煤礦機(jī)電，2008（02）.

[2]李新明，鄭林杰，郭光輝.采煤機(jī)變頻器運(yùn)行過程中存在的問題及對策[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2009（17）.

[3]蘇玉明，李玉.變頻器在采煤機(jī)中的應(yīng)用及注意事項[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2011（07）.

[4]吳維權(quán)，楊艷景，陳榮德，張泗洪.MG400/940—WD型交流電牽引采煤機(jī)在大平礦的應(yīng)用[J].中國科技信息，2007（21）.

[5]劉暢峰，宮勝利，孫培良.煤層注水技術(shù)在城山煤礦防治煤塵、沖擊地壓上的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息，2010（15）.

作者單位

平煤八礦綜機(jī)工廠 河南省平頂山市 467000endprint