阿尔法转矩控制变频器在采煤机上的应用

　　0 引言

　　近年来，随着交流变频调速技术的迅速发展，变频器以其优异的性能，在国内采煤机上的应用也逐渐得到推广和普及，但是变频调速技术在采煤机上的发展、应用仍需解决以下问题，即采煤机在有限的空间内变频器的冷却方式;两台牵引电机的负荷分配;对倾角较大的采煤工作面，采煤机必须有可靠的制动能力。

　　1 解决方案

　　1.1 冷却方式

　　变频器的发热是由于内部的损耗而产生的，以主电路为主，约占98%，控制电路占2%，而且温度对变频器内含大功率的电子元件电解电容等寿命影响也较大，为保证变频器正常可靠运行，必须对变频器进行散热。根据煤矿井下的实际工矿和防爆规程的要求，变频器经过改造后安装在隔爆电控箱内，其整流模块与逆变模块均安装在专用的散热铝板做成的底板上，底板与隔爆腔体底面密切接触(中间由导热脂传递热量)，正常使用时，变频器产生的热量能及时由隔爆腔体底面(经过水冷或者热管)散掉。

　　1.2 主从控制功能

　　用具有领先的阿尔法主/从控制功能的变频器使两台牵引电机的负荷平衡。ALPHA6900系列是采用磁通矢量控制的新一代变频器，可在0.5Hz时产生150%Me转矩，只需输入电机铭牌数据，系统通过自动建立精确的电机模型，在得到准确的转子速度信号后作为速度环的反馈信号，能够精确控制鼠笼电机的速度和转矩。ALPHA6900系列变频器程序具有独特的主/从控制，从变频器通过输入输出口与主变频器通信，实时跟踪主/从变频器的速度、转矩和其他故障信息，保证了两电机负载均衡和安全运行。

　　1.3 四象限运行

　　ALPHA6900系列的变频器不仅具有主从控制功能而且和回馈单元配合可实现四象限运行。当工作面倾角较大，采煤机在没有外力制动时，往往会由于自重而产生下滑。在此种工况下作为牵引机用的变频器，必须具备制动能力，即必须具备使受控牵引电机产生反向转矩的能力。当采煤机下行时，牵引电机基本处于制动运行状态，回馈制动能够提供足够的制动功率，使采煤机能安全匀速地运行，工作在回馈制动状态下，有较大的制动转矩。其电机侧硬件与电源侧硬件完全对称，两组桥工作无论在整流状态还是逆变状态，其功能切换是由中央处理器通过软件来实现。当牵引电机工作在电动状态时，变频器工作在正常输出状态，输入侧电源经整流桥在电容两端建立直流电压，然后经IGBT管组成的逆变电路输出变频交流电;当牵引电机工作在制动状态时，变频器则工作在能量回馈状态，牵引电机因制动而产生的电能反送到变频器的直流回路，当直流电压达到规定值时，使电源侧逆变器工作于逆变状态，电能经输入侧的回馈逆变桥回馈电网。

　　2 实施与应用

　　2.1 电机控制方式

　　2.1 .1一拖一双电机控制方式

　　采煤机电气控制系统为“一拖一”双电机方式。即用两台变频器分别驱动2台交流牵引电机，由两台牵引电机共同完成采煤机的行走。～380 V/50 Hz供电电源经6个快速熔断器分两路进入两台变频器，通过变频器整流、逆变输出频率电压可变的交流电作为牵引电机的供电电源。其中一台变频器为主变频器，实施转矩控制，速度限幅，其所驱动的电机为主电机，另一台变频器为从变频器，实施转矩控制，其所驱动的电机为从电机，实施转矩控制。从变频器通过输入输出口与主变频器通信，实时跟踪主变频器的速度、转矩和其他故障信息，保证了两电机负载均衡和安全运行。既变频器接受上位机的转矩控制信号，根据电机反馈的转速信号计算当期电机的转矩和上位机的转矩控制信号对比，当采煤机在掘进的过程中遇到好煤层时就加快掘进速度，当遇到不好的煤层或者石头的时候就减慢掘进的速度。此外，选用可编程控制器(PLC)作为采煤机的控制中心与两台变频器通信，具有良好的人机界面，能实时反映采煤机的运行状态。如下图

　　2.1.2一拖一单电机控制方式

　　采煤机电气控制系统为“一拖一”单电机方式。即用一台变频器分别驱动1台交流牵引电机，由一台牵引电机共同完成采煤机的行走。～380 V/50 Hz供电电源经3个快速熔断器分两路进入一台变频器，通过变频器整流、逆变输出频率电压可变的交流电作为牵引电机的供电电源。既变频器接受上位机的转矩控制信号，根据电机反馈的转速信号计算当期电机的转矩和上位机的转矩控制信号对比，当采煤机在掘进的过程中遇到好煤层时就加快掘进速度，当遇到不好的煤层或者石头的时候就减慢掘进的速度。如下图

　　2.2 交流变频器与机械制动闸的配合

　　采煤机在大倾角工作面运行时，关键是要保持电机启动与机械制动器释放同步。电机启动必须与机械制动器释放同时进行，机械制动器释放过早，电机启动力矩不足，采煤机下滑;机械制动器释放过晚，造成电机堵转，缩短电机和制动器的寿命。变频器可以在电机启动之前进行恒定直流励磁，当预励磁时间足够后，可以保证最大的启动力矩。预励磁时间根据不同的电机在变频器的参数内进行设定，而靠PLC的强大的逻辑功能以软件编程的方式，调节机械制动器释放的时间，使之达到电机启动与机械制动同时进行(如下图)。回馈制动的变频器由于其特殊用途，一般都设有一套对机器制动器的控制功能，这一功能对采煤机在大倾角工作面上，由静止转往上行，或由下行转向上行是十分重要的。

　　阿尔法变频器启动与抱闸动作时序图