淺談變頻器在采煤機調控中的應用
科技專論
作者：高桂超
【摘要】在對變頻器在電牽引采煤機中的應用優點進行簡單歸納後，對基於變頻器的大傾角采煤機電控係統總體方案進行了研究。最後，從變頻調速控製和回饋製動節能兩方麵，探討了變頻器在采煤機係統中應用的動態調控性能和回饋節能效益。
【關鍵詞】變頻器；采煤機；節能調控；回饋製動
引言
變頻器作為具有節能調速、動態控製等優越性能的現代化電力電子產品，在各行各業中作為節能經濟技術升級改造的核心設備，在工程實踐應用中發揮非常良好的作用。從十二五開始，在一係列環保政策及約束性考核技術指標的持續驅動下，變頻器在煤礦采煤機係統中，作為機電設備節能降耗的核心設備，其良好的調控、節能性能得到煤礦機電設備技術升級改造工作人員的廣泛青睞[1]。采煤機、掘進機、運輸機等機電設備是煤礦的主要電力用戶，受到采取空間限製、機械結構尺寸布置緊張等因素影響，加上其在實際運行過程中能耗較大，如何采取結構緊湊、體積小、調控節能經濟的變頻器，對原電控係統進行節能升級改造，就顯得非常有工程實踐應用意義。
1、變頻器在電牽引采煤機中的應用優點
變頻器在電牽引采煤機上合理改造應用，具有以下多方麵的優點，即：①變頻器集成自動化程度較高，體積較小，便於對采煤機變壓器的更換。當采用變頻器對采煤機原電控係統進行技術升級改造後，采煤機結構空間的利用更趨合理，結構布置更加緊湊，便於在井下（尤其是薄煤層及超薄煤層）狹小空間環境中使用。②高轉矩啟動平穩：變頻器主要通過采集信號形成對應的調控策略，來達到對采煤係統動態節能控製。采用無速度傳感器的控製模式，可以根據電機運行工況參數，按照一定關係對采煤機係統的勵磁電流和轉矩電流進行動態檢測，通過控製電動機定子繞組的電源頻率來確保采煤機係統勵磁電流和轉矩電流的實際值和檢測值間的匹配一致，從而可以實現采煤機係統在零速滿轉矩工況中自動啟動，即在低頻運行工況時，采煤機係統轉矩輸出可以達到額定轉矩的2倍以上，這樣可以滿足煤礦井下特殊工作麵、特殊工況條件下的動態調控需求[2]。③采用一體化的IGBT逆變橋功率調節模塊。變頻器內部采用一體化的IGBT逆變橋功率調節模塊，其在實際優化設計過程中，不僅減少功率器件在變頻調速係統中所占用的空間位置，同時可以確保IGBT模塊的工作溫度在100℃依然能夠正常穩定工作，以滿足井下采煤機持續性、高負荷、負荷波動等特殊運行工況需求。④檢修維護便捷、縮短維護周期、降低了養護成本。當變頻器發生故障時，工作人員能夠通過變頻器自動診斷提示信息，快速查處存在故障的電路單元，並對其進行更換處理，則可以快速處理故障，既方便又迅速，同時又減少了故障排除時間，具有較好的使用經濟效益。
2、基於變頻器的大傾角采煤機電控係統總體方案
大多數交流變頻器電牽引采煤機其主要應用在坡度較為平緩的井下作業工作麵，而我國煤炭資源分布非常廣。煤層厚度波動較大、煤層結構也複雜，傾斜煤層占很大部分。另外，煤炭資源不斷向縱深更深、煤層厚更薄、傾角更大方向發展[3]。因此，開發適合大傾角傾斜煤層開采的交流變頻器牽引采煤機，就非常有實踐應用意義。由於大傾角采煤機其功率通常較大，因此需要采用高壓變頻器（本文采用3.3kV 50Hz變頻器），基於變頻器的大傾角采煤機係統主要功能單元為：高壓開關箱、高壓變頻器箱。其中：高壓開關箱主要由高壓QF斷路器為整個采煤機電控係統提供交流3300V的動力電源，將電源通過動力電纜分配給左切割電機、右截割電機，並經ACS811高壓主/從變頻器（相互間通過光纖通信）分別供給右/左牽引電機，實現對采煤機電控係統的自動變頻調速動態控製。