阿爾法轉矩控制變頻器在采煤機上的應用

　　0 引言

　　近年來，隨著交流變頻調速技術的迅速發展，變頻器以其優異的性能，在國內采煤機上的應用也逐漸得到推廣和普及，但是變頻調速技術在采煤機上的發展、應用仍需解決以下問題，即采煤機在有限的空間內變頻器的冷卻方式;兩臺牽引電機的負荷分配;對傾角較大的采煤工作面，采煤機必須有可靠的制動能力。

　　1 解決方案

　　1.1 冷卻方式

　　變頻器的發熱是由于內部的損耗而產生的，以主電路為主，約占98%，控制電路占2%，而且溫度對變頻器內含大功率的電子元件電解電容等壽命影響也較大，為保證變頻器正常可靠運行，必須對變頻器進行散熱。根據煤礦井下的實際工礦和防爆規程的要求，變頻器經過改造后安裝在隔爆電控箱內，其整流模塊與逆變模塊均安裝在專用的散熱鋁板做成的底板上，底板與隔爆腔體底面密切接觸(中間由導熱脂傳遞熱量)，正常使用時，變頻器產生的熱量能及時由隔爆腔體底面(經過水冷或者熱管)散掉。

　　1.2 主從控制功能

　　用具有領先的阿爾法主/從控制功能的變頻器使兩臺牽引電機的負荷平衡。ALPHA6900系列是采用磁通矢量控制的新一代變頻器，可在0.5Hz時產生150%Me轉矩，只需輸入電機銘牌數據，系統通過自動建立精確的電機模型，在得到準確的轉子速度信號后作為速度環的反饋信號，能夠精確控制鼠籠電機的速度和轉矩。ALPHA6900系列變頻器程序具有獨特的主/從控制，從變頻器通過輸入輸出口與主變頻器通信，實時跟蹤主/從變頻器的速度、轉矩和其他故障信息，保證了兩電機負載均衡和安全運行。

　　1.3 四象限運行

　　ALPHA6900系列的變頻器不僅具有主從控制功能而且和回饋單元配合可實現四象限運行。當工作面傾角較大，采煤機在沒有外力制動時，往往會由于自重而產生下滑。在此種工況下作為牽引機用的變頻器，必須具備制動能力，即必須具備使受控牽引電機產生反向轉矩的能力。當采煤機下行時，牽引電機基本處于制動運行狀態，回饋制動能夠提供足夠的制動功率，使采煤機能安全勻速地運行，工作在回饋制動狀態下，有較大的制動轉矩。其電機側硬件與電源側硬件完全對稱，兩組橋工作無論在整流狀態還是逆變狀態，其功能切換是由中央處理器通過軟件來實現。當牽引電機工作在電動狀態時，變頻器工作在正常輸出狀態，輸入側電源經整流橋在電容兩端建立直流電壓，然后經IGBT管組成的逆變電路輸出變頻交流電;當牽引電機工作在制動狀態時，變頻器則工作在能量回饋狀態，牽引電機因制動而產生的電能反送到變頻器的直流回路，當直流電壓達到規定值時，使電源側逆變器工作于逆變狀態，電能經輸入側的回饋逆變橋回饋電網。

　　2 實施與應用

　　2.1 電機控制方式

　　2.1 .1一拖一雙電機控制方式

　　采煤機電氣控制系統為“一拖一”雙電機方式。即用兩臺變頻器分別驅動2臺交流牽引電機，由兩臺牽引電機共同完成采煤機的行走。～380 V/50 Hz供電電源經6個快速熔斷器分兩路進入兩臺變頻器，通過變頻器整流、逆變輸出頻率電壓可變的交流電作為牽引電機的供電電源。其中一臺變頻器為主變頻器，實施轉矩控制，速度限幅，其所驅動的電機為主電機，另一臺變頻器為從變頻器，實施轉矩控制，其所驅動的電機為從電機，實施轉矩控制。從變頻器通過輸入輸出口與主變頻器通信，實時跟蹤主變頻器的速度、轉矩和其他故障信息，保證了兩電機負載均衡和安全運行。既變頻器接受上位機的轉矩控制信號，根據電機反饋的轉速信號計算當期電機的轉矩和上位機的轉矩控制信號對比，當采煤機在掘進的過程中遇到好煤層時就加快掘進速度，當遇到不好的煤層或者石頭的時候就減慢掘進的速度。此外，選用可編程控制器(PLC)作為采煤機的控制中心與兩臺變頻器通信，具有良好的人機界面，能實時反映采煤機的運行狀態。如下圖

　　2.1.2一拖一單電機控制方式

　　采煤機電氣控制系統為“一拖一”單電機方式。即用一臺變頻器分別驅動1臺交流牽引電機，由一臺牽引電機共同完成采煤機的行走。～380 V/50 Hz供電電源經3個快速熔斷器分兩路進入一臺變頻器，通過變頻器整流、逆變輸出頻率電壓可變的交流電作為牽引電機的供電電源。既變頻器接受上位機的轉矩控制信號，根據電機反饋的轉速信號計算當期電機的轉矩和上位機的轉矩控制信號對比，當采煤機在掘進的過程中遇到好煤層時就加快掘進速度，當遇到不好的煤層或者石頭的時候就減慢掘進的速度。如下圖

　　2.2 交流變頻器與機械制動閘的配合

　　采煤機在大傾角工作面運行時，關鍵是要保持電機啟動與機械制動器釋放同步。電機啟動必須與機械制動器釋放同時進行，機械制動器釋放過早，電機啟動力矩不足，采煤機下滑;機械制動器釋放過晚，造成電機堵轉，縮短電機和制動器的壽命。變頻器可以在電機啟動之前進行恒定直流勵磁，當預勵磁時間足夠后，可以保證最大的啟動力矩。預勵磁時間根據不同的電機在變頻器的參數內進行設定，而靠PLC的強大的邏輯功能以軟件編程的方式，調節機械制動器釋放的時間，使之達到電機啟動與機械制動同時進行(如下圖)。回饋制動的變頻器由于其特殊用途，一般都設有一套對機器制動器的控制功能，這一功能對采煤機在大傾角工作面上，由靜止轉往上行，或由下行轉向上行是十分重要的。

　　阿爾法變頻器啟動與抱閘動作時序圖