变频器在交流电牵引采煤机上的应用

刘志涛

摘 要

在采煤机中，变频器是一个关键设备，能够使其实现恒功率控制。在实际的工作中，应该选择合适的变频器，要结合采煤机的实际情况，以及煤矿的特点，设置与之相适应的参数，选择合理的控制模式，并且加强维护。这样才能协调PLC与变频器，保证采煤机能够顺利实施恒功率控制，在采煤机上使用变频器，已经成为社会发展的趋势。

【关键词】变频器 交流电 采煤机 应用

传统的采煤机，主要是通过液压系统的电磁阀来进行牵引速度的换向和调节，功率较小，并且保养和维护也面临着一定的困难。随着微电子技术、控制技术以及电力电子技术的不断发展，出现了一种全新的变频器，其具备良好的性能，广泛的应用于交流电牵引的采煤机。其操作简单、工作可靠、功能强大，有利于提高采煤效率。

1 选择变频器

1.1 容量选择

变频器的容量选择非常重要。在选择容量的时候，主要是按照采煤机的实际负载特性，基本原则是电机容量必须小于变频器容量。由于采煤机频繁过载启动，因此必须具有巨大的启动力，启动电流相对较小，尤其是针对有岩石、倾角大、矸石多和煤质硬的煤层，应该增强变频器的负载驱动力。异步电动机的转子电流的有功分量、每级磁通量和电磁转矩成正比。因为变频器的电压和频率是常数，当频率低时，其输出电压也会降低，增大了输出电流，引起过流保护，有效地解决措施就是提高变频器容量的重要方法。

1.2 选择变频器类型

按照变频器的系统结构进行划分，主要分为交-直-交的间接变频系统和交-交的变频系统。所谓交-交类型的变频系统，能够将固定频率的交流电直接转换成频率可调的交流电系统。其具有以下几点特点，能量转换效率高、对称性好、谐波成分少、正弦度高、低频波形好和无需中间环节。

交-直-交类型的变频系统，能够直接将交流电转换为直流电，然后对直流电进行逆变，使其成为连续可调频率的三相交流电。目前，这种系统得到了广泛的应用，其重量轻、体积小。

1.3 选择最低频率

变频器的工作频率主要是由生产工艺要求来决定的，变频器理论上的工作频率应该在0至50赫兹。如果采煤机遇到大倾角、岩石以及矸石等情况，变频器将会自动减速，容易造成过流保护，甚至会烧毁电机。因此，必须保证下限频率设置合理。

1.4 选择制动电阻

当采煤机制动、停车和减速时，牵引电机将会对变频器进行反馈电能，使得主回路电压升高。这部分热量如果不能得到消耗，变频器会发生过压跳闸。制动电阻主要是在直流主回路串接，从而消耗多余能量，特别是在采煤机上，更应该设置制动电阻。

1.5 变频器冷却

在运行变频器的过程中，发热主要源于逆变器绝缘栅上的双极晶体管和整流部分。现阶段，大多数的变频器运用风冷方式，但是由于外界环境与采煤机的隔爆腔无法流通，因此风冷方式不适合。通常情况下，都是改装变频器，以便更好地散热。

1.6 电抗器

现目前，煤矿井下往往有较多的设备，功率较大，大部分都是非线性冲击负载以及感性负载。容易产生电压波动，降低电源功率。因此，采用电抗器，能够改善这种情况。

2 变频器在交流电牵引的采煤机上的实际应用

2.1 恒功率的自动控制

实现恒功率的自动控制，需要变频器与PLC协调运作。采煤机主要是在进行克服截割阻力时消耗功率，当牵引速度发生变化时，其截割阻力也会改变，使得采煤机功率随之变化。截割电机能够反映功率大小，运用两个相同的电流传感器对截割电机进行电流检测，并且将电流值输入PLC进行比较。当电机功率不小于110%的时候，PLC会传出减速的信号，从而使得变频器能够自动减速降频。当电机功率不小于120%的时候，PLC会传出反牵的信号，使得采煤机能够反速牵引。

2.2 变频器控制

因为采煤机经常会发生过载启动，因此，应该使用变频器，选择一拖一控制的方式。通过两根光纤将两台变频器进行连接通讯，实行主-从控制。保证主变频器能够引导从变频器进行转矩运动，确保对电机的实际运行状况进行准确检测，保证采煤机的保护和控制更加完善合理。

2.3 变频器制动

在一些大倾角的工作环境中，采煤机会出现下行滑动，减速时间较短，尤其是出现急停的时候，牵引电机在发电状态瞬时工作，导致变频器中间部分的直流电压快速升高。当其超过鉴定值时，制动斩波器会开始运行，运用制动电阻将直流部分积存的能量消耗掉，从而实现能耗制动。

2.4 变频器保护

针对变频器短路问题，快速熔断器能够提供有效地保护，在变频器的内部，会有电源缺相、短路、超温、欠压、过压以及过流的保护。变成保护主要有接地故障保护、电机缺相保护、欠载保护以及堵转保护等。应该对其进行相应的参数设置，从而激活保护功能。变频器内部的继电器会将保护参数传输到PLC，由其发出指令，断开电源，从而保护变频器和牵引电机。

2.5 电机保护

在牵引电机和截割电机的绕组内部存在Pt100热电阻，如果任何一台电机的温度上升到了135摄氏度，PLC就发出指令，使得电机降容。如果电机的温度升高到了155摄氏度，PLC会发出指令停机，切断电源，保护电机。

2.6 失水保护

运用采煤机隔爆腔底部储存的冷却水来进行变频器制冷，当水压不足，甚至出现污水的时候，变频器会出现安全危险。因此，将水压继电器接在供水回路中，能够保证有充足的制冷水，来保证采煤机的安全运行。

3 结语

总而言之，在交流电牵引的采煤机上应用变频器，能够保证采煤机的安全运转，降低安全危险系数，提高采煤机的运行效率。对于提高煤矿企业的经济效益，保证作业安全，有着积极地意义。

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作者单位

平煤八矿综机工厂 河南省平顶山市 467000endprint