交流电牵引采煤机中交流变频技术的应用

王文杰曹强

摘要：本文总结分析了以ABB公司生产的ACS800变频器为变频控制器对控制过程作了具体的分析，变频调速贯穿采煤机工作全过程，变频调速技术快速发展，为采煤机安全稳定工作提供了技术保障。

关键词：变频调速；ACS800变频器；交流电牵引采煤机

1变频技术发展

目前，我国煤矿综合机械化开采设备中的采煤机主要是新型电牵引采煤机，而电牵引采煤机电气技术核心部分就是可编程控制器（PLC）和交流变频器。采煤机电牵引主要有两种方式：一是一拖一，即采煤机两个牵引电机分别由两个交流变频器控制，在一拖一控制方式下，两个变频器被设置为主变频器与从变频器，可编程控制器（PLC）对主变频器发出控制指令，实现两个电机同步控制，二是一拖二，即采煤机两个牵引电机由同一个变频器控制，变频器不分主从。随着电牵引采煤机广泛应用，变频器及变频技术成为其中主要技术环节。

2变频器工作原理

2.1两象限变频器

变频器电源是由牵引变压器（KBSGQ3300KV/380V)提供的380/460V,50HZ电源，该电源经快速熔断器、牵引接触器给变频器提供交流电，变频器经三相半控桥整流模块整流成直流，经电容滤波成稳定的直流电压，当主控板接收到程序控制中心送来的控制参数信号后，由集成IGBT逆变模块输出频率可变和电压可变的交流电压,作为牵引电机的驱动电源。变频器控制电源来自变频器直流母线，直流母线电压通过变频器电源板转变成直流24V为变频器主控板的控制电源。

2.2四象限变频器

变频器电源由牵引变压器（KBSGQ3300KV/380V)提供的460V/380V,50HZ电源，该电源经LC滤波后通过快速熔断器给变频器提供交流电，经过变频器整流回馈部分变成直流，经电容滤波成稳定直流电压，当主控板接收到程序控制中心送来的控制信号后，由集成IGBT逆变模块输出频率可变和电压可变的交流电压,作为牵引电机的驱动电源。变频器逆变部分控制电源来自变频器直流母线，直流母线电压通过变频器的电源板转变成直流24V,作为变频器主控板控制电源，变频器整流回馈单元控制电源来自内部AC460/DC24V开关电源。

3采煤机中的应用

3.1变频器冷却

采煤机用变频装置安装空间狭小，出于防爆考虑，又不能用外部空气进行直接风冷。考虑变频器中功率损耗元件，特别是功率开关元件的散热能力问题，系统必须要有可靠、合理的散热设计。变频器正常运行温度为-5℃～40℃，温度对变频器寿命影响较大，因此必须根据采煤机在井下运行工况及煤矿防爆安全规程要求，将ABBACS800变频器经改造后安装在防爆电控箱内，成为采煤机水冷专用装置,其整流模块与逆变模块均安装在专用散热铝板做成的底板上,底板与腔体底面水冷壁紧密接触(中间由导热脂传递热量)。正常使用时,变频器产生的热量由水冷壁带走。

3.2牵引控制功率平衡

用具有主／从控制功能的ACS800变频器使两台牵引电机的负荷平衡，2台变频器分为主、从变频器。主变频器设置为速度给定,从变频器设置为转矩给定。ABBACS800变频器DTC控制方式具有良好低频特性，采煤机一拖一方式开环控制同步效果良好。ABBACS800变频器在设置主／从控制时，主要针对60组参数调整。具体参数如下：

3.3采煤机制动

两象限变频器适用于接近水平工作面或工作面倾角、坡度不太大的煤矿配套交流电采煤机使用；四象限变频器则适用于大倾角、大坡度工作面的煤矿配套交流电采煤机使用。倾斜煤层应用时，采煤机必须要有可靠的制动力来克服自重所产生的下滑力。当煤层倾角在15～25°左右、并且煤层倾角连续长度不大时，可采用通用变频器（两象限变频器）附加制动单元方式运行；在煤层倾角＞25°时，应采用四象限运行变频器，确保采煤机可靠安全地运行。

采煤机在大倾角工作面运行时，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，缩短电机和制动器寿命。四象限变频器可在电机启动前进行恒定直流励磁，当预励磁时间足够后，保证最大启动力矩。预励磁时间根据不同电机在变频器用户宏参数内设定，而靠PLC强大逻辑功能以软件编程方式，调节机械制动器释放时间，达到电机启动与机械制动同时进行。

在采煤机启动时，首先分别启动左、右截割电机，带动左、右摇臂正常运转后，变频器开始工作，牵引电压从零开始，逐渐增加到额定电压。牵引电机的供电拖动由交流变频调速电控装置提供，通过ACS800变频器改变供电频率，改变牵引电机转速，改变采煤机牵引速度。变频器调控供电频率范围0～50Hz，对应电机转速为0～1470r/min，针对调速系统有基频50Hz以下和基频50Hz以上两个区域特点，将采煤机牵引设计成：基频50Hz以下的恒转矩区进刀割煤，基频50Hz以上恒功率区进行空刀调动，适应煤炭生产高产高效快速牵引要求；电机转速在0～1470r/min范围内为恒扭矩输出，1470～2940r/min为恒功率输出。

ACS800变频器内置IGBT逆变电路，当异步电机处于发电状态时，发电产生的能量经过ACS800的逆变电路对直流回路逆向充电，当直流电压达到规定值，变频器向电网反馈电流，达到制动效果。变频器的频率范围为0～50Hz，对应电机转速为0～1470r/min，在电机参数化控制过程中，根据负载变化动态设定牵引速度和牵引加速度。

4结论与展望

以ABB公司生产的ACS800变频器控制过程中，变频调速贯穿采煤机牵引工作全过程，为采煤机安全稳定工作提供了技术保障。深入了解采煤机工作过程中变频器作用和工作过程，对于更好地指导实际高效生产具有重要的意义，而变频技术也必将随着生产要求提高而被提升至愈加重要地位。

参考文献：

[1]张明和,黄秀成.三种异步电动机软启动方式[J].科技风，2010(1).

[2]赵轶梅,林江.异步电动机的软启动技术及应用[J].内蒙古石油化工，2009(8).

第一作者简介：

王文杰（1980-）,男,助理工程师，本科学历，从事分公司采煤机变频器的改造及电气安装技术指导工作。