阿爾法轉(zhuǎn)矩控制變頻器在采煤機(jī)上的應(yīng)用

　　0 引言

　　近年來，隨著交流變頻調(diào)速技術(shù)的迅速發(fā)展，變頻器以其優(yōu)異的性能，在國內(nèi)采煤機(jī)上的應(yīng)用也逐漸得到推廣和普及，但是變頻調(diào)速技術(shù)在采煤機(jī)上的發(fā)展、應(yīng)用仍需解決以下問題，即采煤機(jī)在有限的空間內(nèi)變頻器的冷卻方式;兩臺(tái)牽引電機(jī)的負(fù)荷分配;對傾角較大的采煤工作面，采煤機(jī)必須有可靠的制動(dòng)能力。

　　1 解決方案

　　1.1 冷卻方式

　　變頻器的發(fā)熱是由于內(nèi)部的損耗而產(chǎn)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(nèi)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?？煽窟\(yùn)行，必須對變頻器進(jìn)行散熱。根據(jù)煤礦井下的實(shí)際工礦和防爆規(guī)程的要求，變頻器經(jīng)過改造后安裝在隔爆電控箱內(nèi)，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(dǎo)熱脂傳遞熱量)，正常使用時(shí)，變頻器產(chǎn)生的熱量能及時(shí)由隔爆腔體底面(經(jīng)過水冷或者熱管)散掉。

　　1.2 主從控制功能

　　用具有領(lǐng)先的阿爾法主/從控制功能的變頻器使兩臺(tái)牽引電機(jī)的負(fù)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(shí)產(chǎn)生150%Me轉(zhuǎn)矩，只需輸入電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)，系統(tǒng)通過自動(dòng)建立精確的電機(jī)模型，在得到準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)子速度信號(hào)后作為速度環(huán)的反饋信號(hào)，能夠精確控制鼠籠電機(jī)的速度和轉(zhuǎn)矩。ALPHA6900系列變頻器程序具有獨(dú)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(shí)時(shí)跟蹤主/從變頻器的速度、轉(zhuǎn)矩和其他故障信息，保證了兩電機(jī)負(fù)載均衡和安全運(yùn)行。

　　1.3 四象限運(yùn)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(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行。當(dāng)工作面傾角較大，采煤機(jī)在沒有外力制動(dòng)時(shí)，往往會(huì)由于自重而產(chǎn)生下滑。在此種工況下作為牽引機(jī)用的變頻器，必須具備制動(dòng)能力，即必須具備使受控牽引電機(jī)產(chǎn)生反向轉(zhuǎn)矩的能力。當(dāng)采煤機(jī)下行時(shí)，牽引電機(jī)基本處于制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，回饋制動(dòng)能夠提供足夠的制動(dòng)功率，使采煤機(jī)能安全勻速地運(yùn)行，工作在回饋制動(dòng)狀態(tài)下，有較大的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。其電機(jī)側(cè)硬件與電源側(cè)硬件完全對稱，兩組橋工作無論在整流狀態(tài)還是逆變狀態(tài)，其功能切換是由中央處理器通過軟件來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)牽引電機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，變頻器工作在正常輸出狀態(tài)，輸入側(cè)電源經(jīng)整流橋在電容兩端建立直流電壓，然后經(jīng)IGBT管組成的逆變電路輸出變頻交流電;當(dāng)牽引電機(jī)工作在制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，變頻器則工作在能量回饋狀態(tài)，牽引電機(jī)因制動(dòng)而產(chǎn)生的電能反送到變頻器的直流回路，當(dāng)直流電壓達(dá)到規(guī)定值時(shí)，使電源側(cè)逆變器工作于逆變狀態(tài)，電能經(jīng)輸入側(cè)的回饋逆變橋回饋電網(wǎng)。

　　2 實(shí)施與應(yīng)用

　　2.1 電機(jī)控制方式

　　2.1 .1一拖一雙電機(jī)控制方式

　　采煤機(jī)電氣控制系統(tǒng)為“一拖一”雙電機(jī)方式。即用兩臺(tái)變頻器分別驅(qū)動(dòng)2臺(tái)交流牽引電機(jī)，由兩臺(tái)牽引電機(jī)共同完成采煤機(jī)的行走?！?80 V/50 Hz供電電源經(jīng)6個(gè)快速熔斷器分兩路進(jìn)入兩臺(tái)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(jī)的供電電源。其中一臺(tái)變頻器為主變頻器，實(shí)施轉(zhuǎn)矩控制，速度限幅，其所驅(qū)動(dòng)的電機(jī)為主電機(jī)，另一臺(tái)變頻器為從變頻器，實(shí)施轉(zhuǎn)矩控制，其所驅(qū)動(dòng)的電機(jī)為從電機(jī)，實(shí)施轉(zhuǎn)矩控制。從變頻器通過輸入輸出口與主變頻器通信，實(shí)時(shí)跟蹤主變頻器的速度、轉(zhuǎn)矩和其他故障信息，保證了兩電機(jī)負(fù)載均衡和安全運(yùn)行。既變頻器接受上位機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制信號(hào)，根據(jù)電機(jī)反饋的轉(zhuǎn)速信號(hào)計(jì)算當(dāng)期電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和上位機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制信號(hào)對比，當(dāng)采煤機(jī)在掘進(jìn)的過程中遇到好煤層時(shí)就加快掘進(jìn)速度，當(dāng)遇到不好的煤層或者石頭的時(shí)候就減慢掘進(jìn)的速度。此外，選用可編程控制器(PLC)作為采煤機(jī)的控制中心與兩臺(tái)變頻器通信，具有良好的人機(jī)界面，能實(shí)時(shí)反映采煤機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。如下圖

　　2.1.2一拖一單電機(jī)控制方式

　　采煤機(jī)電氣控制系統(tǒng)為“一拖一”單電機(jī)方式。即用一臺(tái)變頻器分別驅(qū)動(dòng)1臺(tái)交流牽引電機(jī)，由一臺(tái)牽引電機(jī)共同完成采煤機(jī)的行走。～380 V/50 Hz供電電源經(jīng)3個(gè)快速熔斷器分兩路進(jìn)入一臺(tái)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(jī)的供電電源。既變頻器接受上位機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制信號(hào)，根據(jù)電機(jī)反饋的轉(zhuǎn)速信號(hào)計(jì)算當(dāng)期電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和上位機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制信號(hào)對比，當(dāng)采煤機(jī)在掘進(jìn)的過程中遇到好煤層時(shí)就加快掘進(jìn)速度，當(dāng)遇到不好的煤層或者石頭的時(shí)候就減慢掘進(jìn)的速度。如下圖

　　2.2 交流變頻器與機(jī)械制動(dòng)閘的配合

　　采煤機(jī)在大傾角工作面運(yùn)行時(shí)，關(guān)鍵是要保持電機(jī)啟動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)器釋放同步。電機(jī)啟動(dòng)必須與機(jī)械制動(dòng)器釋放同時(shí)進(jìn)行，機(jī)械制動(dòng)器釋放過早，電機(jī)啟動(dòng)力矩不足，采煤機(jī)下滑;機(jī)械制動(dòng)器釋放過晚，造成電機(jī)堵轉(zhuǎn)，縮短電機(jī)和制動(dòng)器的壽命。變頻器可以在電機(jī)啟動(dòng)之前進(jìn)行恒定直流勵(lì)磁，當(dāng)預(yù)勵(lì)磁時(shí)間足夠后，可以保證最大的啟動(dòng)力矩。預(yù)勵(lì)磁時(shí)間根據(jù)不同的電機(jī)在變頻器的參數(shù)內(nèi)進(jìn)行設(shè)定，而靠PLC的強(qiáng)大的邏輯功能以軟件編程的方式，調(diào)節(jié)機(jī)械制動(dòng)器釋放的時(shí)間，使之達(dá)到電機(jī)啟動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)同時(shí)進(jìn)行(如下圖)?；仞佒苿?dòng)的變頻器由于其特殊用途，一般都設(shè)有一套對機(jī)器制動(dòng)器的控制功能，這一功能對采煤機(jī)在大傾角工作面上，由靜止轉(zhuǎn)往上行，或由下行轉(zhuǎn)向上行是十分重要的。

　　阿爾法變頻器啟動(dòng)與抱閘動(dòng)作時(shí)序圖