煤礦電機中變頻調速技術的應用探討

張梨明 張燦星 王雷

摘 要 隨著科學技術的發展，傳統電機中的調速技術已經過時，無論是利用在主回路上串聯電阻進行調速還是利用自流斬波器進行調速，都會有相對較大的損耗和弊端。因此，變頻調速技術是當今工業發展的要求，并且其相對的節能和小損耗也符合了當今環境的要求。本文主要通過對變頻調速技術的簡單介紹，探討其在煤礦電機中的具體運用。

關鍵詞 煤礦電機；變頻調速；應用

中圖分類號 TD6 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）162-0167-02

隨著社會生產力的發展，工業生產中關于電機的使用要求也越來越嚴格。針對電機中電流的調節也在逐漸發生變化。傳統的調速技術主要是在直流電的基礎上利用電阻串聯進行調速或者利用自流斬波器進行調速。而生產力的發展促進了生產環境的改變和電機輸出頻率的多樣。因此如何實現電機頻率的安全有效調節是我們應該關注的重點。

1 變頻調速技術的概述

1.1 變頻調速技術的理論基礎

變頻調速技術的理論基礎還是電機學，其是電機學基本原理——同步轉速公式和異步轉速公式的應用。在電機學中，同步轉速的公式是N=60F/P異步轉速公式則是N=60F/P（1-s），其中P是電機定子繞組的磁極對數，而F則是電機電源頻率，s是電機的轉差率。在這兩個公式中，我們可以進行這樣的分析，由于在一臺電機中P是確定，或者說是給定的，因此，如果需要針對電機的轉速進行改變，則只需要改變F，即電源頻率。或者說，電源的頻率和轉速存在著正相關的關系。電源頻率越高，轉速越大；反之，則轉速越小。這就是變頻調速的原理。我們可以通過對電源頻率的改變，改變轉速，或者說變頻調速。此外，在異步轉速公式中也是如此，當轉差率s為最佳值時，轉速和電源頻率間同樣是正比關系，因此也可以實現變頻調速。當然，需要明確指出的是，子啊進行電源頻率調節時，必須對輸出電壓的基波幅值進行同步的、成比例的改變。

1.2 變頻調速技術的優勢分析

我們已經得知在傳統的煤礦等工業企業中，對于電機主要是采用自流驅動，而電機也多是自流串激電機，主要原因是因其良好的牽引特性，但其在增加電機的負載轉矩時，轉速會相對應的降低。在變頻調速技術出現以前，這種電機主要依靠2種調節方法，一是利用在主回路上串電阻進行調速；二是利用自流斬波器進行調速。但兩種方法都存在不小的缺陷，如第一種方法雖然簡單，但能耗大。而第二種方法雖然降低了能耗，但依然無法改變自流電機的固有缺陷。而變頻調節技術相對兩種傳統的方法而言，其主要有以下幾個優勢：一是其維修小，這就意味著不需要進行多次的長久維修；二是其啟動轉矩較大，具有良好的調速功能；三是其能降低能耗，節約成本；四是其調速過程十分平穩，對電網的沖擊作用較小。可以說，變速調速技術很好的滿足了當前社會和環境對工業發展的要求。

1.3 變頻調速技術的控制方法

關于變頻調速技術的控制方法，主要有2個方面的內容，一是基本的調制方法，即正弦脈寬調制法，這是變頻調速技術的技術基礎，也是最基本的控制調節方法；二是關于變頻調速技術子啊實際運用中可以選擇的控制策略，這是相對穩定，但又十分靈活的一部分。其中正弦脈寬調制法是指利用三角載波信號和正弦信號進行比較，當正弦信號的值發生變化時，其作為一個參考信號，必然引起其脈寬發生變化，最終引起輸出電壓的改變。也就是說，當正弦信號發生變化時，輸出電壓的頻率也會發生變化。這種調制方法有一個十分明顯的特點，即在半個周期以內，脈距離相等，脈沖等幅。

此外，關于變頻調速技術有許多的控制方式，這里主要介紹一種比較簡單，但使用又比較廣泛的控制方式，即V/F控制方法。V/F控制方法針對那些轉速控制精度要求較低，動態性比較平和的場合更為使用。在煤礦企業中，因煤礦電機車的負載是牽引負載，也就意味著其對轉速控制精度較低，因此，選擇V/F控制方法較為合適。當電機負載超標，或者出現轉堵的情況時，電機的電流會即刻升高，達到負荷要求的數值的數倍，這時，采用電流的限制調節器能有效的保護電機和轉速裝置。當然，我們也可以通過電壓閉環控制來實現對電機和轉速設備的過壓保護。

2 變頻調速系統的組成

2.1 系統主電路

變頻調速系統的主電路主要包括了充電電路、濾波電路和逆變電路，以及制動電路。四種電路有各自的分工，具體而言，充電電路的作用十分明顯，則是保持電能的充足；而濾波電路則是通過濾波電容進行平滑濾波，實現對自流電壓的平穩作用；然后通過逆變電路實現從過濾后的電壓到三相交流電的轉變，這一部分的頻率是可以調節的；而制動電路則是在發生緊急情況或是特殊情況時，發生制動作用。在實際生活中，關于系統控制電路硬件一般是選擇TMS320LF2407A型號的DSK板。該型號的DSK核心主板因其有著多路的交流信號與自流信號采樣，并且其輸入配置和輸出配置都比較合理，其在市場中的應用較為普遍。

2.2 系統保護電路

而對于任何一個系統電路，我們都需要設計與之合理的保護電路。其主要有過壓保護、過載電流保護、故障信號處理以及IGBT電路短路的過流或過熱保護等。具體而言：過壓保護主要是指通過分壓電阻實現對系統電路因電壓過高而導致功率模塊損壞的保護，或者是避免電機絕緣的現象；而系統過載主要是通過對自流母線電流的檢測實現對電機由于長時間處于過載運行的保護，而檢測的信號則是來自于對母線電流信號與電壓比較器的設定電壓的比較；過熱保護則主要是通過熱繼電器對散熱器溫度的檢測實現對的三相IGBT模塊因過熱而損壞的保護，在實際操作中，一旦檢測出過高的溫度，熱繼電器就會發揮作用，發出過熱故障的警告。

3 變頻調速技術在煤礦電機中的運用

3.1 變頻調速技術的可能問題及解決之策

除了以上的關于變頻調速技術的相關內容以外，我們需要強調變頻調速技術在實際應用中可能出現的問題。如變頻調速在運行過程中，是否會因過大的電流損壞電機。特別是煤礦中的電機，因其過大的負載，是否會加重這一問題。通常電源頻率的增高，電機的轉速就會增加，而轉速達到一定程度又會對電機產生損壞。而對這一問題，我們可以通過正弦脈寬調制方法來進行控制。因為正弦脈寬調制方法可以任意對電源頻率的進行更改，即電機的轉速可以進行合理調節。其次則是針對電機的正常運轉中出現的死區問題。而我們可以通過多重化結構的設置來解決該問題。

3.2 變頻調速技術在煤礦電機中的控制策略

正如前文所說，變頻調速技術的控制方法有很多，我們可以通過常用的基本方法——正弦脈寬調制方法進行調節，也可以采用A/F控制方法進行控制。這些方法都同樣適用于煤礦企業的電機。此外，需要強調的是兩種調速策略，根據電機學的基本原理，即同步轉速和異步轉速公式，我們一方面可以通過對加熱電源的感應，然后進行AC/DC變換，實現公共電網中的電流從交流到自流再到交流的轉換；另一方面，正弦脈寬調制方法中的逆變電路主要是由6個IGBT構成，其是可控的。因此，在實際操作中，無論何時都要一半的控制脈沖為高位。這樣就實現了平衡和穩定。

4 結論

綜上所述，我們知道變頻調速技術在技術有著極大的控制優勢和節能優勢，其能減少電機的損耗和能源的消耗，是一種值得大力推廣的變速技術。而在實際生活中所遇到各種實際問題，則是需要針對不同的生產環境進行合理的調整和改變。

參考文獻

[1]李綠山.變頻調速技術在煤礦電機中的應用研究[J].現代制造，2012（27）101，103.

[2]曹建全.煤礦電機應急調速系統研究[D].淮南：安徽理工大學，2012.

[3]吉祥.變頻調速技術在現代煤礦中的應用[J].技術與市場，2014（7）：117，120.