四象限變頻器在采煤機中的應用探討

徐海濱

摘 要：電子信息技術的快速發展為采煤機的設計完善提供技術保障，以采煤機應用的交流變頻牽引為例，其在實際操作中多用于坡度平緩煤層，許多大傾角工作無法利用該類采煤機完成。在此背景下便提出四象限變頻器的引入，其以自身的優勢被廣泛用于現代煤炭生產中。文章主要對四象限變頻器應用的優勢以及采煤機變頻器應用下的震動故障問題與相應解決策略進行探析。

關鍵詞：四象限變頻器；采煤機；應用；震動

前言

不可否認近年來在煤炭生產規模擴大的背景下，許多采煤機設備開始投入煤炭生產使用中。但因設備結構設計中將許多機械系統、電氣系統以及液壓系統等融入其中，具有明顯的復雜性特征，無法適應現代采煤工作環境要求，一旦出現巖石或煤炭沖擊便可能影響整體運行狀況。對此，采煤機變頻器應用中應注重四象限變頻器應用效果的發揮且使其中震動故障問題得以解決，實現高效生產的目標。

1 四象限變頻器應用的優勢分析

四象限變頻器是現代采煤機中應用的設備之一，從其優勢上看，具體可歸納為：第一，機身傾角檢測。四象限變頻器自身系統可直接對采煤機俯仰傾角與工作面進行檢測，且因傾角傳感器被設置于模擬量模塊中，這樣采煤機運行下傾角信息可被直接顯示出來，是采煤作業開展的重要數據基礎。第二，系統啟動預警功能。采煤機四象限變頻器的應用，其相應的報警功能設置于系統中，在采煤機運行前，司機僅需通過對主啟按鈕操作便會出現10-20秒報警鈴聲，避免作業中對周邊人員產生安全威脅。在報警結束后通過與先導回路的接通便會將上電請求信號進行發送，使采煤機運行得以供電。第三，四象限變頻器優勢在大傾角四象限方面的體現。采煤機四象限變頻器中，系統將相應的防滑制動、能量再生等系統設置其中，可解決傳統采煤機局限在坡度平緩煤層作業問題，即使在大傾角工作面仍可完成采煤工作。從大傾角工作面作業情況看，牽引電機將以兩種運行形態運行，即發電、電動狀態，其中處于一、三象限的為電動狀態，而二、四象限則為發電狀態。以發電狀態為例，牽引電機運行中會將能量向變頻器中輸送，在此基礎上由能量再生單元對能量進行控制，使其回饋電網，這樣變頻器在制動功率上得以保障，采煤機運行更為穩定可靠。同時，四象限變頻器系統能夠結合大傾角實際情況進行不同指令的下發，使制動、牽引系統可達到時序配合目標，是采煤機作業中預防從工作面下滑問題的重要方式。除此之外，四象限變頻器應用中也賦予采煤機較多高級功能，如自動化采煤方式的提供，通過接口與煤機姿態信息的提供達到設備保護的目標[1]。

以ACS811系列變頻器為例，其可在四象限內進行運行且可起到回饋制動的效果，具體如圖1所示為變頻器電控系統原理圖。從該圖中可發現，系統運行的原理主要體現在：在中央處理器上選擇PLC，其可對相關的模擬量信號包括牽引變壓器溫度、電機溫度與電流等進行數字信號的轉化，并PLC主機進行反饋，若出現溫度或電流超出實際標準情況將自動執行斷電保護操作，而觸摸屏的作用則體現在將采煤機運行參數顯示出來，且可執行故障報警操作等。無論從其變頻器控制設計、啟停與保護控制操作或報警功能等方面，都可滿足采煤機實際作業要求[2]。

2 采煤機變頻器應用下的震動故障問題與相應解決策略

現行采煤工作中多涉及井下作業，一旦采煤機震動較為明顯便易出現故障問題，要求注重采煤機變頻器耐震效果的提高。從采煤機作業中變頻器故障問題表現看，其具體體現在：第一，變頻器結構中的各電路板往往保持極小的間距，且整體結構以緊湊的形式為主，當采煤機作業中震動過于明顯便導致螺栓松動，短路問題將出現在正負極板中。第二，震動作用下，驅動板電氣元件存在受損可能，尤其在元件管腳處，虛連問題與斷腿問題表現極為明顯。第三，IGBT控制極插頭易在震動下發生脫落現象，假定該過程中存在干擾信號便可能導致系統出現失誤動作，短路故障由此產生。第四，驅動板光纖頭在振動下發生脫落，此時因設備故障很難將系統整體運行參數顯示出來，操作者無法對故障做出正確判斷。事實上對于震動問題的解決，傳統施工中多將萬用表引入其中，旨在測量震動狀態下的采煤機運行參數，但需注意其并不具備鼓掌診斷功能，難以實現采煤機設備維護的目標[3]。

以某煤礦采煤機變頻器損壞故障為例，其在2013年至2015年間出現的變頻器故障主要表現在通訊模塊損壞、部分主板程序丟失、驅動板及接觸器損壞等，損壞的原因主要因驅動板電源損壞或電弧受損等而發生短路故障，而故障的根源在于變頻器未將震動因素考慮其中，任何驅動單元發生故障都可能造成整個驅動板故障問題出現。因此，將四象限變頻器引入其中，其各驅動單元保持一定的獨立性，整體故障概率的發生較低[4]。

現行采煤機變頻器設計中通常使耐震效果保持在2g（g為重力加速度）左右，但實際作業中很可能發生與硬巖石相碰情況，此時仍以2g耐震效果為主將很難達到抗震要求，對此可在耐震效果方面保持在3g-4g，具體做法可以在采煤機變頻器各級元件支腿處增加橡膠墊，在容易脫落的電子元件上增加防松劑或者在易于松動的固定螺栓增加抗震墊或其他更好的方法，有利于抗震性能的提升。除此之外，針對震動問題的存在，要求做好變頻器定期檢查與維護工作。其中在檢查方面，通常可引入電壓表對變頻器電壓進行測試，需注意電壓測試前應對主電路采取放電處理工作，確保在DC25V以下電壓時才可檢修。檢查的內容多體現在變頻器內金屬物如螺釘或整體控制電路板等。另外，在維護過程中，要求對變頻器各電氣元件、冷卻水管以及控制系統等是否因震動而產生運轉不暢或松動問題，對于異常部件要求采取相應的處理措施。當然，還可從煤礦管理上來杜絕或減少震動對采煤機變頻器的影響，如在遇到全斷面砂巖的情況下必須采取放松動炮的措施。綜合來看，對于變頻器抗震性能的提高，應結合具體作業情況進行耐震效果控制，并保證做好日常檢查維修工作，以此使變頻器應用效果得以提高[5]。

3 結束語

采煤機中四象限變頻器的應用是提高采煤機作業效果的關鍵設備。從文中分析可發現其在優勢上更表現為可滿足大傾角作業且具備相應的預警功能等，但實際應用中應注意做好其耐震效果控制，確保四象限變頻器應用下采煤機能夠可靠穩定運行。

參考文獻

[1]劉功華.變頻器四象限技術在采煤機中的應用[J].黑龍江科技信息，2014，2：105.

[2]耿彪，廉雨晨，許國權.變頻器四象限在采煤機中的應用[J].中國新技術新產品，2015，3：65.

[3]張會強.四象限變頻采煤機的應用[J].河北煤炭，2012，2：51-52.

[4]高桂超.淺談變頻器在采煤機調控中的應用[J].科技與企業，2013，18：297.

[5]鄧曉虹.四象限高壓變頻器的大功率負載應用研究[D].武漢工程大學，2014.