變頻器在交流電牽引采煤機上的應用

劉志濤

摘 要

在采煤機中，變頻器是一個關鍵設備，能夠使其實現恒功率控制。在實際的工作中，應該選擇合適的變頻器，要結合采煤機的實際情況，以及煤礦的特點，設置與之相適應的參數，選擇合理的控制模式，并且加強維護。這樣才能協調PLC與變頻器，保證采煤機能夠順利實施恒功率控制，在采煤機上使用變頻器，已經成為社會發展的趨勢。

【關鍵詞】變頻器 交流電 采煤機 應用

傳統的采煤機，主要是通過液壓系統的電磁閥來進行牽引速度的換向和調節，功率較小，并且保養和維護也面臨著一定的困難。隨著微電子技術、控制技術以及電力電子技術的不斷發展，出現了一種全新的變頻器，其具備良好的性能，廣泛的應用于交流電牽引的采煤機。其操作簡單、工作可靠、功能強大，有利于提高采煤效率。

1 選擇變頻器

1.1 容量選擇

變頻器的容量選擇非常重要。在選擇容量的時候，主要是按照采煤機的實際負載特性，基本原則是電機容量必須小于變頻器容量。由于采煤機頻繁過載啟動，因此必須具有巨大的啟動力，啟動電流相對較小，尤其是針對有巖石、傾角大、矸石多和煤質硬的煤層，應該增強變頻器的負載驅動力。異步電動機的轉子電流的有功分量、每級磁通量和電磁轉矩成正比。因為變頻器的電壓和頻率是常數，當頻率低時，其輸出電壓也會降低，增大了輸出電流，引起過流保護，有效地解決措施就是提高變頻器容量的重要方法。

1.2 選擇變頻器類型

按照變頻器的系統結構進行劃分，主要分為交-直-交的間接變頻系統和交-交的變頻系統。所謂交-交類型的變頻系統，能夠將固定頻率的交流電直接轉換成頻率可調的交流電系統。其具有以下幾點特點，能量轉換效率高、對稱性好、諧波成分少、正弦度高、低頻波形好和無需中間環節。

交-直-交類型的變頻系統，能夠直接將交流電轉換為直流電，然后對直流電進行逆變，使其成為連續可調頻率的三相交流電。目前，這種系統得到了廣泛的應用，其重量輕、體積小。

1.3 選擇最低頻率

變頻器的工作頻率主要是由生產工藝要求來決定的，變頻器理論上的工作頻率應該在0至50赫茲。如果采煤機遇到大傾角、巖石以及矸石等情況，變頻器將會自動減速，容易造成過流保護，甚至會燒毀電機。因此，必須保證下限頻率設置合理。

1.4 選擇制動電阻

當采煤機制動、停車和減速時，牽引電機將會對變頻器進行反饋電能，使得主回路電壓升高。這部分熱量如果不能得到消耗，變頻器會發生過壓跳閘。制動電阻主要是在直流主回路串接，從而消耗多余能量，特別是在采煤機上，更應該設置制動電阻。

1.5 變頻器冷卻

在運行變頻器的過程中，發熱主要源于逆變器絕緣柵上的雙極晶體管和整流部分。現階段，大多數的變頻器運用風冷方式，但是由于外界環境與采煤機的隔爆腔無法流通，因此風冷方式不適合。通常情況下，都是改裝變頻器，以便更好地散熱。

1.6 電抗器

現目前，煤礦井下往往有較多的設備，功率較大，大部分都是非線性沖擊負載以及感性負載。容易產生電壓波動，降低電源功率。因此，采用電抗器，能夠改善這種情況。

2 變頻器在交流電牽引的采煤機上的實際應用

2.1 恒功率的自動控制

實現恒功率的自動控制，需要變頻器與PLC協調運作。采煤機主要是在進行克服截割阻力時消耗功率，當牽引速度發生變化時，其截割阻力也會改變，使得采煤機功率隨之變化。截割電機能夠反映功率大小，運用兩個相同的電流傳感器對截割電機進行電流檢測，并且將電流值輸入PLC進行比較。當電機功率不小于110%的時候，PLC會傳出減速的信號，從而使得變頻器能夠自動減速降頻。當電機功率不小于120%的時候，PLC會傳出反牽的信號，使得采煤機能夠反速牽引。

2.2 變頻器控制

因為采煤機經常會發生過載啟動，因此，應該使用變頻器，選擇一拖一控制的方式。通過兩根光纖將兩臺變頻器進行連接通訊，實行主-從控制。保證主變頻器能夠引導從變頻器進行轉矩運動，確保對電機的實際運行狀況進行準確檢測，保證采煤機的保護和控制更加完善合理。

2.3 變頻器制動

在一些大傾角的工作環境中，采煤機會出現下行滑動，減速時間較短，尤其是出現急停的時候，牽引電機在發電狀態瞬時工作，導致變頻器中間部分的直流電壓快速升高。當其超過鑒定值時，制動斬波器會開始運行，運用制動電阻將直流部分積存的能量消耗掉，從而實現能耗制動。

2.4 變頻器保護

針對變頻器短路問題，快速熔斷器能夠提供有效地保護，在變頻器的內部，會有電源缺相、短路、超溫、欠壓、過壓以及過流的保護。變成保護主要有接地故障保護、電機缺相保護、欠載保護以及堵轉保護等。應該對其進行相應的參數設置，從而激活保護功能。變頻器內部的繼電器會將保護參數傳輸到PLC，由其發出指令，斷開電源，從而保護變頻器和牽引電機。

2.5 電機保護

在牽引電機和截割電機的繞組內部存在Pt100熱電阻，如果任何一臺電機的溫度上升到了135攝氏度，PLC就發出指令，使得電機降容。如果電機的溫度升高到了155攝氏度，PLC會發出指令停機，切斷電源，保護電機。

2.6 失水保護

運用采煤機隔爆腔底部儲存的冷卻水來進行變頻器制冷，當水壓不足，甚至出現污水的時候，變頻器會出現安全危險。因此，將水壓繼電器接在供水回路中，能夠保證有充足的制冷水，來保證采煤機的安全運行。

3 結語

總而言之，在交流電牽引的采煤機上應用變頻器，能夠保證采煤機的安全運轉，降低安全危險系數，提高采煤機的運行效率。對于提高煤礦企業的經濟效益，保證作業安全，有著積極地意義。

參考文獻

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作者單位

平煤八礦綜機工廠 河南省平頂山市 467000endprint