變頻技術在采煤機中的應用

林松（冀中能源機械裝備集團邢臺機械廠，河北邢臺 054000）

變頻技術在采煤機中的應用

林松
（冀中能源機械裝備集團邢臺機械廠，河北邢臺 054000）

隨著科學技術的不斷進步，采煤裝備不斷更新，為順應市場我們對電牽引采煤機的調速控制也進行了技術改進。針對不同地質條件生產的需求，為了實現節能高效生產，這就要對采煤機的性能提出了更高的要求，為此我們把變頻技術應用到采煤機的調速上，使電牽引采煤機在性能上取得質的飛躍。

變頻調速 滑差調速 PLC 變頻器

1　前言

隨著科學技術的不斷進步，采煤裝備不斷更新，為順應市場我們對電牽引采煤機的調速控制也進行了技術改進。針對不同地質條件生產的需求，為了實現節能高效生產，這就要對采煤機的性能提出了更高的要求，為此我們把變頻技術應用到采煤機的調速上，使電牽引采煤機在性能上取得質的飛躍。

2　變頻技術的發展

通過改變交流電頻率的方式實現交流電控制的技術叫變頻技術。變頻技術是為了實現交流電機無級調速的需要而誕生的。20世紀60年代后期開始，電力電子器件的更新促使電力變頻技術的不斷發展。20世紀70年代開始脈寬調制變壓變頻調速研究引起了人們的高度重視。20世紀80年代，作為變頻技術核心的PWM模式優化問題引起人們的濃厚興趣，并得出鞍形波PWM模式效果最佳。20世紀80年代后半期開始，美、日、德、英等發達國家的VVVF變頻器已投入市場并廣泛使用。

3　現用滑差電磁調速采煤機的缺點

3.1滑差電磁調速原理

滑差電磁調速異步電動機是由普通鼠籠式異步電機、電磁滑差離合器和電氣控制部分組成。異步電動機作為原動機使用，當它旋轉時帶動離合器的電樞一起旋轉，電氣控制裝置是為滑差離合器中的勵磁線圈提供勵磁電流的裝置。

原動機開始旋轉后，當電磁滑差離合器的磁場強度增加時，輸出轉速隨之增加；當電磁滑差離合器的磁場強度減小時，輸出轉速隨之減小。電磁滑差離合器的磁場是由勵磁線圈產生的，勵磁線圈中直流電的大小控制著磁場的強弱。在滑差調速采煤機中，勵磁電流的大小由PLC控制，如圖1所示。

當PLC接收到給定速度信號后，會產生0-10V的模擬量。PLC通過對模擬量大小的調節，來控制晶閘管模塊的導通。由于晶閘管模塊導通角的改變，使勵磁電流的大小也隨之改變，從而實現電機速度的控制。當原動機開始運轉并且有勵磁電流通過后電機開始輸出轉速，采煤機開始運行。采煤機運行時會產生一個速度反饋信號給PLC，PLC將根據反饋速度與給定速度進行比較后自動調節電機轉速，使采煤機穩定在給定速度上。

圖1　滑差電磁調速控

圖2　變頻調速采煤機控制原理

3.2滑差電磁調速的缺點

這種調速方式可以實現無級調速，但存在著難以克服的缺點。其中主要有以下缺點：（1）在空載或者輕載時，由于反饋不足，會造成失控現象。（2）在調速時，隨著轉速的降低，離合器的輸出功率和效率也相應地下降。（3）滑差電磁調速電機故障率高、維修量大。

在采煤機的售后服務工作中，使用滑差電磁調速采煤機遇到過兩種情況，這兩種情況雖然不會經常發生，但是一旦出現會影響至少一個班的生產，這兩種情況是滑差電磁調速方式特有的，第一種是電磁離合器部分與電機殼體由于銹蝕而粘連，這時由于滑差電磁調速方式特性較軟無法將其沖擊開，只有將電機換掉；第二種情況是，由于某種原因電磁離合器與原動機電樞咬在一起，使采煤機以最大速度誤動作，易因沖擊造成機械損壞。而在變頻調速中所采用的三相異步電機是沒有電磁離合器的，因此能夠很好的避免這些問題的發生，所以采用變頻調速較好地解決了以上問題。

4　變頻調速采煤機

4.1變頻調速原理

我們知道，交流電機的同步轉速表達式為：

n=60 f（1－s）/p （1）

式中：

n——異步電機的轉速；

f——異步電機的頻率；

s——電機轉差率；

p——電機極對數。

由式（1）可知，轉速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電機的轉速，當頻率f在0-50Hz的范圍內變化時，電機轉速調節范圍非常寬。變頻器就是通過改變電機電源頻率實現速度調節的，是一種理想的高效率、高性能的調速手段。

4.2變頻調速采煤機控制原理

在變頻調速采煤機中，變頻調速控制部分是由PLC、變頻器、電量互感器、三相異步電機等組成。控制原理圖如圖2所示。

在變頻器的選型上，采用的是ABB公司生產的ASC800型變頻器。ASC800變頻器的核心是直接轉矩控制——DTC技術，基于DTC原理的控制技術可以提供優異的性能和顯著的優點。它不僅具有精確的靜態和動態速度控制及轉矩控制、高啟動力矩和更長的電機電纜連接，而且內置的傳動可選件使安裝工作更迅速更簡單。

為了使變頻采煤機適應大負載的情況，在變頻采煤機設計中，使用了ASC800變頻器的主/從功能。ASC800變頻器的主/從功能是為了多傳動應用而設計的，其中系統是由兩臺ASC800變頻器驅動的，同時電機軸是通過齒輪、齒條等相互耦合在一起的。ASC800的主/從功能可以使負載均勻的分布在兩臺變頻器之間，使得采煤機帶負載能力得到提高。

在系統中，主變頻器的控制信號是由PLC提供的。PLC只控制主變頻器，而從變頻器是由主變頻器通過光纖串行通訊鏈路來控制。并且主變頻器和從變頻器是通過齒輪、齒條等進行的剛性連接。因此，為了使主變頻器和從變頻器之間均勻的分布負載，主變頻器采用速度控制，而從變頻器采用轉矩控制。

當PLC接收到給定速度信號后，PLC會控制主變頻器使電機加速到相應速度，從變頻器會跟隨主變頻器的轉矩給定，并且主/從變頻器能夠根據負載自行調節速度大小，使采煤機穩定運行。PLC還可以接收到一些運行狀態的反饋信號，如截割電機反饋的溫度信號、電流信號和變頻器反饋的牽引電機電流信號等，根據這些反饋信號PLC識別采煤機運行狀況從而由程序自動轉到適當的運行狀態，比如當任一截割電機溫度達到135℃時，則控制截割電機降低容量30%運行；溫度達到155℃時，PLC輸出信號使采煤機控制回路切斷，整機停電。

4.3能耗低維護方便

變頻采煤機不僅具有良好的調速性能，而且還有非常好的節能效果。滑差電磁調速采煤機在調速過程中，原動機始終保持著高速旋轉，消耗電能大，在低速運行時輸出功率和效率低。而變頻采煤機因采用普通的三相異步電機，從根本上消除了滑差電磁調速電機原有的弊端。ASC800變頻器還可以連接顯示屏，提供了非常良好的人機界面。當采煤機運行時ASC800變頻器不僅能提供運行時的電流、轉矩、轉速等運行狀態信息，而且變頻器出現故障時可以提供故障代碼顯示，方便查找故障，縮短維修時間。

5　結語

綜上所述，變頻調速采煤機不僅可以實現普通異步電機的無級調速，而且它的調速范圍大，靜態穩定性好，還具有顯著的節能效果，并且它還對電機具有多種保護功能，降低了電機的故障發生。隨著采煤技術的不斷提高，為了適應不同地質條件，變頻調速采煤機比滑差電磁調速采煤機有著更好的性能優勢，變頻調速采煤機必將取代滑差電磁調速采煤機，更好的為煤炭生產服務。