變頻器四象限在采煤機中的應用

耿 彪 廉雨晨 許國權

（北方重工集團有限公司，遼寧 沈陽 110141）

一、引言

在我國煤礦資源豐富，但煤礦結構復雜開采難度較大，其中大坡度煤層又占據了很大一部分。當采煤機在較大坡度上工作時，由于采煤機自身重量很大，會產生一個較大的下滑力。當采煤機向上爬坡時，要求采煤機電機牽引力足夠大，使采煤機能夠穩定上行。當采煤機向下行走時，要求采煤機有足夠的制動力，來防止采煤機產生下滑跑車現象，在這種工作狀態下采煤機的牽引電機處于發電狀態，產生電能向電網回饋能量，因此為了采煤機能夠穩定可靠的工作，并且消除諧波污染，變頻器四象限的應用就成為了一個技術發展的方向。

二、采煤機在大坡度煤層時的受力情況

采煤機在大坡度煤層向下作業時，考慮空載下行時采煤機所需要的電機制動力最大，此時采煤機的受力情況如圖1所示。

采煤機要想平穩下滑， F制= F滑- F磨；

其中 F滑= Gsina = mgsina ；

F磨= N0μ = μmgcosa ；

所以 F制= mgsina –μmgcosa ；

根據功率與力與速度的關系有，

P制= F制×νZ= mg（sina-μcosa）×νZ；

其中：

F制—采煤機下行時所需要的制動力；

F滑—采煤機下行時產生的滑動力；

F磨—采煤機下行時所產生的摩擦力；

P制—變頻器所提供的制動功率；

νZ—采煤機下行時的最大速度；

μ—摩擦力因數；

a —工作面坡度；

以我公司生產的MG300/710-WD型采煤機為例，其中采煤機單臺牽引電機功率為P=45kW，整機重量為m=34000kg，采煤機摩擦系數μ一般介于0.18～0.25之間，這里取μ= 0.2，假設采煤機工作面坡度為a=30°，工作速度取νZ=0.2m/s，通過上述公式可以得到采煤機所需要的制動功率P制=22kW，當采煤機采用一拖一模式時完全能滿足工作需求。

三、牽引電機在變頻器四象限的運行情況

電機的工作狀態可以分為電動狀態和制動狀態（即發電狀態）。當采煤機牽引電機處于電動狀態時，牽引電機把電能轉換為機械能，由電網經變頻器提供能量；當牽引電機處于制動狀態時，電機就會產生持續的電能，電能經變頻器直流回路反饋到電網，就會產生連續穩定的電制動力，即再生制動。

圖1 采煤機在傾斜工作面下行時的受力情況

圖2 牽引電機四象限工作狀態

當采煤機在傾斜面向上工作時，牽引電機牽引力大于下滑力，牽引電機處于電動狀態，電機的旋轉方向和力矩方向相同，采煤機穩定的向上爬坡。牽引電機在達到變頻器最大給定速度之前，牽引電機工作在第一象限。當對采煤機進行降頻調速時，牽引電機轉矩方向就會與電機運行速度方向相反，電機就會從第一象限運行到第二象限，電機狀態也從電動狀態轉換為制動狀態，電機獲得制動轉矩，采煤機降速運行直至速度為零。當采煤機向下工作時，采煤機牽引力方向與力矩方向相同，牽引電機工作在第三象限，當采煤機工作速度大于變頻器給定速度時，牽引電機就從第三象限運行到第四象限，產生制動力矩防止采煤機下滑，使采煤機速度穩定，從而實現采煤機變頻器四象限運行。牽引電機工作狀態如圖2所示。

結語

通過四象限變頻器在我公司生產的MG300/710-WD型采煤機上成功的應用，對采煤作業的高產高效以及工作環境的適應性得到了很大的提高。同時在實際工作中也對變頻器有了更高的要求：

（1）由于采煤機在工作時會產生強烈的震動和沖擊，所以要求變頻器要有很好的抗震能力。

（2）由于變頻器被放置在采煤機電控箱內，密閉的環境要求變頻器要有很好的散熱性。

（3）煤礦下工作電壓波動大，而且變頻器輸出過電流、短路，牽引電機堵轉情況發生頻繁，這就要求變頻牽引系統具有過壓、欠壓、過流、短路、過熱等一系列保護。

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