四象限变频器在采煤机中的应用探讨

徐海滨

摘 要：电子信息技术的快速发展为采煤机的设计完善提供技术保障，以采煤机应用的交流变频牵引为例，其在实际操作中多用于坡度平缓煤层，许多大倾角工作无法利用该类采煤机完成。在此背景下便提出四象限变频器的引入，其以自身的优势被广泛用于现代煤炭生产中。文章主要对四象限变频器应用的优势以及采煤机变频器应用下的震动故障问题与相应解决策略进行探析。

关键词：四象限变频器；采煤机；应用；震动

前言

不可否认近年来在煤炭生产规模扩大的背景下，许多采煤机设备开始投入煤炭生产使用中。但因设备结构设计中将许多机械系统、电气系统以及液压系统等融入其中，具有明显的复杂性特征，无法适应现代采煤工作环境要求，一旦出现岩石或煤炭冲击便可能影响整体运行状况。对此，采煤机变频器应用中应注重四象限变频器应用效果的发挥且使其中震动故障问题得以解决，实现高效生产的目标。

1 四象限变频器应用的优势分析

四象限变频器是现代采煤机中应用的设备之一，从其优势上看，具体可归纳为：第一，机身倾角检测。四象限变频器自身系统可直接对采煤机俯仰倾角与工作面进行检测，且因倾角传感器被设置于模拟量模块中，这样采煤机运行下倾角信息可被直接显示出来，是采煤作业开展的重要数据基础。第二，系统启动预警功能。采煤机四象限变频器的应用，其相应的报警功能设置于系统中，在采煤机运行前，司机仅需通过对主启按钮操作便会出现10-20秒报警铃声，避免作业中对周边人员产生安全威胁。在报警结束后通过与先导回路的接通便会将上电请求信号进行发送，使采煤机运行得以供电。第三，四象限变频器优势在大倾角四象限方面的体现。采煤机四象限变频器中，系统将相应的防滑制动、能量再生等系统设置其中，可解决传统采煤机局限在坡度平缓煤层作业问题，即使在大倾角工作面仍可完成采煤工作。从大倾角工作面作业情况看，牵引电机将以两种运行形态运行，即发电、电动状态，其中处于一、三象限的为电动状态，而二、四象限则为发电状态。以发电状态为例，牵引电机运行中会将能量向变频器中输送，在此基础上由能量再生单元对能量进行控制，使其回馈电网，这样变频器在制动功率上得以保障，采煤机运行更为稳定可靠。同时，四象限变频器系统能够结合大倾角实际情况进行不同指令的下发，使制动、牵引系统可达到时序配合目标，是采煤机作业中预防从工作面下滑问题的重要方式。除此之外，四象限变频器应用中也赋予采煤机较多高级功能，如自动化采煤方式的提供，通过接口与煤机姿态信息的提供达到设备保护的目标[1]。

以ACS811系列变频器为例，其可在四象限内进行运行且可起到回馈制动的效果，具体如图1所示为变频器电控系统原理图。从该图中可发现，系统运行的原理主要体现在：在中央处理器上选择PLC，其可对相关的模拟量信号包括牵引变压器温度、电机温度与电流等进行数字信号的转化，并PLC主机进行反馈，若出现温度或电流超出实际标准情况将自动执行断电保护操作，而触摸屏的作用则体现在将采煤机运行参数显示出来，且可执行故障报警操作等。无论从其变频器控制设计、启停与保护控制操作或报警功能等方面，都可满足采煤机实际作业要求[2]。

2 采煤机变频器应用下的震动故障问题与相应解决策略

现行采煤工作中多涉及井下作业，一旦采煤机震动较为明显便易出现故障问题，要求注重采煤机变频器耐震效果的提高。从采煤机作业中变频器故障问题表现看，其具体体现在：第一，变频器结构中的各电路板往往保持极小的间距，且整体结构以紧凑的形式为主，当采煤机作业中震动过于明显便导致螺栓松动，短路问题将出现在正负极板中。第二，震动作用下，驱动板电气元件存在受损可能，尤其在元件管脚处，虚连问题与断腿问题表现极为明显。第三，IGBT控制极插头易在震动下发生脱落现象，假定该过程中存在干扰信号便可能导致系统出现失误动作，短路故障由此产生。第四，驱动板光纤头在振动下发生脱落，此时因设备故障很难将系统整体运行参数显示出来，操作者无法对故障做出正确判断。事实上对于震动问题的解决，传统施工中多将万用表引入其中，旨在测量震动状态下的采煤机运行参数，但需注意其并不具备鼓掌诊断功能，难以实现采煤机设备维护的目标[3]。

以某煤矿采煤机变频器损坏故障为例，其在2013年至2015年间出现的变频器故障主要表现在通讯模块损坏、部分主板程序丢失、驱动板及接触器损坏等，损坏的原因主要因驱动板电源损坏或电弧受损等而发生短路故障，而故障的根源在于变频器未将震动因素考虑其中，任何驱动单元发生故障都可能造成整个驱动板故障问题出现。因此，将四象限变频器引入其中，其各驱动单元保持一定的独立性，整体故障概率的发生较低[4]。

现行采煤机变频器设计中通常使耐震效果保持在2g（g为重力加速度）左右，但实际作业中很可能发生与硬岩石相碰情况，此时仍以2g耐震效果为主将很难达到抗震要求，对此可在耐震效果方面保持在3g-4g，具体做法可以在采煤机变频器各级元件支腿处增加橡胶垫，在容易脱落的电子元件上增加防松剂或者在易于松动的固定螺栓增加抗震垫或其他更好的方法，有利于抗震性能的提升。除此之外，针对震动问题的存在，要求做好变频器定期检查与维护工作。其中在检查方面，通常可引入电压表对变频器电压进行测试，需注意电压测试前应对主电路采取放电处理工作，确保在DC25V以下电压时才可检修。检查的内容多体现在变频器内金属物如螺钉或整体控制电路板等。另外，在维护过程中，要求对变频器各电气元件、冷却水管以及控制系统等是否因震动而产生运转不畅或松动问题，对于异常部件要求采取相应的处理措施。当然，还可从煤矿管理上来杜绝或减少震动对采煤机变频器的影响，如在遇到全断面砂岩的情况下必须采取放松动炮的措施。综合来看，对于变频器抗震性能的提高，应结合具体作业情况进行耐震效果控制，并保证做好日常检查维修工作，以此使变频器应用效果得以提高[5]。

3 结束语

采煤机中四象限变频器的应用是提高采煤机作业效果的关键设备。从文中分析可发现其在优势上更表现为可满足大倾角作业且具备相应的预警功能等，但实际应用中应注意做好其耐震效果控制，确保四象限变频器应用下采煤机能够可靠稳定运行。

参考文献

[1]刘功华.变频器四象限技术在采煤机中的应用[J].黑龙江科技信息，2014，2：105.

[2]耿彪，廉雨晨，许国权.变频器四象限在采煤机中的应用[J].中国新技术新产品，2015，3：65.

[3]张会强.四象限变频采煤机的应用[J].河北煤炭，2012，2：51-52.

[4]高桂超.浅谈变频器在采煤机调控中的应用[J].科技与企业，2013，18：297.

[5]邓晓虹.四象限高压变频器的大功率负载应用研究[D].武汉工程大学，2014.