煤矿电机中变频调速技术的应用探讨

张梨明 张灿星 王雷

摘 要 随着科学技术的发展，传统电机中的调速技术已经过时，无论是利用在主回路上串联电阻进行调速还是利用自流斩波器进行调速，都会有相对较大的损耗和弊端。因此，变频调速技术是当今工业发展的要求，并且其相对的节能和小损耗也符合了当今环境的要求。本文主要通过对变频调速技术的简单介绍，探讨其在煤矿电机中的具体运用。

关键词 煤矿电机；变频调速；应用

中图分类号 TD6 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）162-0167-02

随着社会生产力的发展，工业生产中关于电机的使用要求也越来越严格。针对电机中电流的调节也在逐渐发生变化。传统的调速技术主要是在直流电的基础上利用电阻串联进行调速或者利用自流斩波器进行调速。而生产力的发展促进了生产环境的改变和电机输出频率的多样。因此如何实现电机频率的安全有效调节是我们应该关注的重点。

1 变频调速技术的概述

1.1 变频调速技术的理论基础

变频调速技术的理论基础还是电机学，其是电机学基本原理——同步转速公式和异步转速公式的应用。在电机学中，同步转速的公式是N=60F/P异步转速公式则是N=60F/P（1-s），其中P是电机定子绕组的磁极对数，而F则是电机电源频率，s是电机的转差率。在这两个公式中，我们可以进行这样的分析，由于在一台电机中P是确定，或者说是给定的，因此，如果需要针对电机的转速进行改变，则只需要改变F，即电源频率。或者说，电源的频率和转速存在着正相关的关系。电源频率越高，转速越大；反之，则转速越小。这就是变频调速的原理。我们可以通过对电源频率的改变，改变转速，或者说变频调速。此外，在异步转速公式中也是如此，当转差率s为最佳值时，转速和电源频率间同样是正比关系，因此也可以实现变频调速。当然，需要明确指出的是，子啊进行电源频率调节时，必须对输出电压的基波幅值进行同步的、成比例的改变。

1.2 变频调速技术的优势分析

我们已经得知在传统的煤矿等工业企业中，对于电机主要是采用自流驱动，而电机也多是自流串激电机，主要原因是因其良好的牵引特性，但其在增加电机的负载转矩时，转速会相对应的降低。在变频调速技术出现以前，这种电机主要依靠2种调节方法，一是利用在主回路上串电阻进行调速；二是利用自流斩波器进行调速。但两种方法都存在不小的缺陷，如第一种方法虽然简单，但能耗大。而第二种方法虽然降低了能耗，但依然无法改变自流电机的固有缺陷。而变频调节技术相对两种传统的方法而言，其主要有以下几个优势：一是其维修小，这就意味着不需要进行多次的长久维修；二是其启动转矩较大，具有良好的调速功能；三是其能降低能耗，节约成本；四是其调速过程十分平稳，对电网的冲击作用较小。可以说，变速调速技术很好的满足了当前社会和环境对工业发展的要求。

1.3 变频调速技术的控制方法

关于变频调速技术的控制方法，主要有2个方面的内容，一是基本的调制方法，即正弦脉宽调制法，这是变频调速技术的技术基础，也是最基本的控制调节方法；二是关于变频调速技术子啊实际运用中可以选择的控制策略，这是相对稳定，但又十分灵活的一部分。其中正弦脉宽调制法是指利用三角载波信号和正弦信号进行比较，当正弦信号的值发生变化时，其作为一个参考信号，必然引起其脉宽发生变化，最终引起输出电压的改变。也就是说，当正弦信号发生变化时，输出电压的频率也会发生变化。这种调制方法有一个十分明显的特点，即在半个周期以内，脉距离相等，脉冲等幅。

此外，关于变频调速技术有许多的控制方式，这里主要介绍一种比较简单，但使用又比较广泛的控制方式，即V/F控制方法。V/F控制方法针对那些转速控制精度要求较低，动态性比较平和的场合更为使用。在煤矿企业中，因煤矿电机车的负载是牵引负载，也就意味着其对转速控制精度较低，因此，选择V/F控制方法较为合适。当电机负载超标，或者出现转堵的情况时，电机的电流会即刻升高，达到负荷要求的数值的数倍，这时，采用电流的限制调节器能有效的保护电机和转速装置。当然，我们也可以通过电压闭环控制来实现对电机和转速设备的过压保护。

2 变频调速系统的组成

2.1 系统主电路

变频调速系统的主电路主要包括了充电电路、滤波电路和逆变电路，以及制动电路。四种电路有各自的分工，具体而言，充电电路的作用十分明显，则是保持电能的充足；而滤波电路则是通过滤波电容进行平滑滤波，实现对自流电压的平稳作用；然后通过逆变电路实现从过滤后的电压到三相交流电的转变，这一部分的频率是可以调节的；而制动电路则是在发生紧急情况或是特殊情况时，发生制动作用。在实际生活中，关于系统控制电路硬件一般是选择TMS320LF2407A型号的DSK板。该型号的DSK核心主板因其有着多路的交流信号与自流信号采样，并且其输入配置和输出配置都比较合理，其在市场中的应用较为普遍。

2.2 系统保护电路

而对于任何一个系统电路，我们都需要设计与之合理的保护电路。其主要有过压保护、过载电流保护、故障信号处理以及IGBT电路短路的过流或过热保护等。具体而言：过压保护主要是指通过分压电阻实现对系统电路因电压过高而导致功率模块损坏的保护，或者是避免电机绝缘的现象；而系统过载主要是通过对自流母线电流的检测实现对电机由于长时间处于过载运行的保护，而检测的信号则是来自于对母线电流信号与电压比较器的设定电压的比较；过热保护则主要是通过热继电器对散热器温度的检测实现对的三相IGBT模块因过热而损坏的保护，在实际操作中，一旦检测出过高的温度，热继电器就会发挥作用，发出过热故障的警告。

3 变频调速技术在煤矿电机中的运用

3.1 变频调速技术的可能问题及解决之策

除了以上的关于变频调速技术的相关内容以外，我们需要强调变频调速技术在实际应用中可能出现的问题。如变频调速在运行过程中，是否会因过大的电流损坏电机。特别是煤矿中的电机，因其过大的负载，是否会加重这一问题。通常电源频率的增高，电机的转速就会增加，而转速达到一定程度又会对电机产生损坏。而对这一问题，我们可以通过正弦脉宽调制方法来进行控制。因为正弦脉宽调制方法可以任意对电源频率的进行更改，即电机的转速可以进行合理调节。其次则是针对电机的正常运转中出现的死区问题。而我们可以通过多重化结构的设置来解决该问题。

3.2 变频调速技术在煤矿电机中的控制策略

正如前文所说，变频调速技术的控制方法有很多，我们可以通过常用的基本方法——正弦脉宽调制方法进行调节，也可以采用A/F控制方法进行控制。这些方法都同样适用于煤矿企业的电机。此外，需要强调的是两种调速策略，根据电机学的基本原理，即同步转速和异步转速公式，我们一方面可以通过对加热电源的感应，然后进行AC/DC变换，实现公共电网中的电流从交流到自流再到交流的转换；另一方面，正弦脉宽调制方法中的逆变电路主要是由6个IGBT构成，其是可控的。因此，在实际操作中，无论何时都要一半的控制脉冲为高位。这样就实现了平衡和稳定。

4 结论

综上所述，我们知道变频调速技术在技术有着极大的控制优势和节能优势，其能减少电机的损耗和能源的消耗，是一种值得大力推广的变速技术。而在实际生活中所遇到各种实际问题，则是需要针对不同的生产环境进行合理的调整和改变。

参考文献

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