王建偉

（山西鄉(xiāng)寧焦煤集團(tuán)臺(tái)頭前灣煤業(yè)有限公司 山西臨汾 042100）

引言

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，在煤炭開采領(lǐng)域中，電子技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)以及自動(dòng)控制技術(shù)等都得到了廣泛應(yīng)用，在煤炭開采過程中，煤炭運(yùn)輸設(shè)備的電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造升級(jí)已經(jīng)成為了工作人員要進(jìn)行重點(diǎn)研究的問題。

1 變頻器控制方式的選擇

在對(duì)變頻器的控制方式進(jìn)行選擇的過程中，相關(guān)人員必須要選擇能夠與電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特征相匹配的，要確保變頻器能夠?yàn)殡妱?dòng)機(jī)提供按負(fù)載需求的電壓以及頻率，從而確保電機(jī)系統(tǒng)能夠高效節(jié)能運(yùn)行。電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載特性不同則控制方式也不同，因此，相關(guān)人員要根據(jù)不同的負(fù)載特性合理的選擇控制方式，從而達(dá)到變頻節(jié)能控制的目的[1]。

在實(shí)際的變頻調(diào)速實(shí)際應(yīng)用工程領(lǐng)域中可以看出，現(xiàn)如今的在對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制時(shí)，變頻器的主要控制方式有矢量控制（VC）、轉(zhuǎn)矩控制（DTC）以及恒壓控制（U/F）等控制方式。由于采煤機(jī)的作業(yè)空間相對(duì)來說較為狹小，并且在運(yùn)行過程中可能會(huì)出現(xiàn)行走路面不平的問題，這就需要采煤機(jī)在實(shí)際的掘進(jìn)以及采煤過程中，利用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)指令進(jìn)行跟蹤，幫助采煤機(jī)完成減速、轉(zhuǎn)彎等控制需求，簡(jiǎn)單來說，就是對(duì)變頻調(diào)速節(jié)能控制系統(tǒng)的調(diào)速進(jìn)度要求不高，但對(duì)于專局以及轉(zhuǎn)速控制的性能具有較高的要求，并且當(dāng)控制系統(tǒng)處于使用狀態(tài)時(shí)，不能出現(xiàn)過壓、過流等狀況。

2 采煤機(jī)變頻調(diào)速裝置的基本介紹

在電牽引采煤機(jī)中，采煤機(jī)變頻調(diào)速控制裝置是必不可少的一種構(gòu)件。由于實(shí)際的工作要求，電牽引采煤機(jī)必須要進(jìn)行不間斷的方向轉(zhuǎn)換，從而有效的實(shí)現(xiàn)對(duì)煤炭的切割工作。采煤機(jī)想要有效的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向控制，其核心裝置就是采煤機(jī)變頻調(diào)速裝置，該裝置與采煤機(jī)的作業(yè)效率有著直接的影響。

變頻調(diào)速的主要決定性指標(biāo)就是三相交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，同時(shí)三相交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩能夠?qū)╇婋妷阂约邦l率的比值進(jìn)行決定分析。簡(jiǎn)單來說，工作人員如果想要有效的控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，那么必須要對(duì)供電頻率以及供電電壓進(jìn)行有效的控制，要適當(dāng)對(duì)這兩者進(jìn)行調(diào)節(jié)。根據(jù)主要參數(shù)的控制方式可以將變頻調(diào)速裝置分為三種，分別是：矢量控制（VC）、轉(zhuǎn)矩控制（DTC）以及恒壓控制（U/F）[2]。

3 采煤機(jī)的變頻調(diào)速裝置的選擇依據(jù)

選擇合適的控制裝置必須要對(duì)不同的因素進(jìn)行綜合性考慮，其中包括：工程成本、工作需求等因素。在對(duì)變頻調(diào)速裝置進(jìn)行選擇的過程中，相關(guān)人員必須要遵循以下五個(gè)條件。

（1）裝置的啟動(dòng)力矩必須要在滿足大負(fù)載啟動(dòng)的需求的同時(shí)保證工作狀態(tài)平穩(wěn)，并且要確保機(jī)器能夠在重復(fù)的工況下多次啟動(dòng)，保證裝置在每一次的負(fù)載沖擊以及反應(yīng)速率都能夠達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）裝置必須要能夠滿足靜態(tài)機(jī)械特性硬度大以及低速轉(zhuǎn)矩的需求。在采煤機(jī)作業(yè)過程中，遇到的采集條件不同，無法確保始終在水平狀態(tài)下進(jìn)行作業(yè)，在作業(yè)過程中可能會(huì)出現(xiàn)勢(shì)能負(fù)載的情況，因此，裝置必須要有一定的應(yīng)對(duì)能力，同時(shí)也包括對(duì)摩擦力以及重力的適應(yīng)。

（3）裝置必須要能夠即時(shí)制動(dòng)。采煤機(jī)在運(yùn)作過程中，可能或遇到突發(fā)狀況，而這時(shí)就需要變頻調(diào)速裝置及時(shí)做出反應(yīng)，建立起足夠的輸出力矩，同時(shí)要能夠通過電控系統(tǒng)以及機(jī)械制動(dòng)做出及時(shí)的反應(yīng)。

（4）裝置的主從牽引電機(jī)必須要達(dá)到同步、平穩(wěn)狀態(tài)。而這一要求主要是針對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩以及轉(zhuǎn)速兩項(xiàng)參數(shù)的輸出工作。

（5）必須要適應(yīng)在惡劣情況下的采煤需求。采煤工作的工作環(huán)境不穩(wěn)定，當(dāng)處于惡劣的工程環(huán)境下時(shí)，裝置必須要能夠進(jìn)行及時(shí)的散熱以及除振工作，同時(shí)也要保持裝置的結(jié)構(gòu)具有緊湊性，更利于采煤機(jī)的行走[3]。

4 采煤機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能控制技術(shù)的對(duì)比分析

4.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)施

為了驗(yàn)證矢量控制與恒壓控制這兩種控制方式的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)。以兩種控制方式都不使用速度傳感器的方式來開展調(diào)速控制工作，并且開關(guān)狀態(tài)控制以及逆變器開關(guān)控制方式方面也存在著一定的差異。

以影響控制方式的核心參數(shù)為基礎(chǔ)，工作人員將會(huì)在牽引電纜分別為5M/305M的狀態(tài)下對(duì)控制方式進(jìn)行性能對(duì)比，同時(shí)設(shè)置相應(yīng)的測(cè)量點(diǎn)，并對(duì)每一個(gè)點(diǎn)的重要參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，例如：輸出電流/電壓、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等。為了確保在試驗(yàn)過程中所獲得的數(shù)據(jù)具有一定的準(zhǔn)確性，并為方便進(jìn)行數(shù)據(jù)收集工作，盡可能的避免人為失誤而產(chǎn)生的影響，在進(jìn)行數(shù)據(jù)收集時(shí)，工作人員采取了Drivewizard以及變頻調(diào)速裝置進(jìn)行聯(lián)動(dòng)的方式。在確保電機(jī)的工況能夠滿足工作人員設(shè)計(jì)的條件時(shí)，開始進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，分別對(duì)電動(dòng)機(jī)在80%額定電流、額定電流以及空載三種電流的負(fù)載條件下進(jìn)行了試驗(yàn)。最終得出的數(shù)據(jù)如下：

當(dāng)5M牽引電纜處于給定頻率為3Hz時(shí)，電機(jī)電流為80%額定電流條件下，恒壓控制下，電動(dòng)機(jī)的變頻器輸出電流為59A，輸出電壓為32V，輸出頻率為2Hz，轉(zhuǎn)速為79，輸出功率為0.25，轉(zhuǎn)矩為152；當(dāng)處于矢量控制下時(shí)，電動(dòng)機(jī)的變頻器輸出電流為59A，輸出電壓為34V，輸出頻率為2.65Hz，轉(zhuǎn)速為93，輸出功率為0.62，轉(zhuǎn)矩為188。

電機(jī)電流為空載電流條件下，恒壓控制下，電動(dòng)機(jī)的變頻器輸出電流為25A，輸出電壓為24V，輸出頻率為2Hz，轉(zhuǎn)速為90，輸出功率為0，轉(zhuǎn)矩為0；當(dāng)處于矢量控制下時(shí)，電動(dòng)機(jī)的變頻器輸出電流為27A，輸出電壓為25V，輸出頻率為2.07Hz，轉(zhuǎn)速為91，輸出功率為0，轉(zhuǎn)矩為0。

電機(jī)電流為額定電流條件下，恒壓控制下，電動(dòng)機(jī)的變頻器輸出電流為75A，輸出電壓為33.4V，輸出頻率為2Hz，轉(zhuǎn)速為76，輸出功率為0.82，轉(zhuǎn)矩為220；當(dāng)處于矢量控制下時(shí)，電動(dòng)機(jī)的變頻器輸出電流為75A，輸出電壓為36V，輸出頻率為1.79Hz，轉(zhuǎn)速為94，輸出功率為1.80，轉(zhuǎn)矩為252。

就以當(dāng)5M牽引電纜處于給定頻率為3Hz時(shí)為例，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以看出，在空載狀態(tài)下，兩種控制方式的相關(guān)參數(shù)值相近，當(dāng)處于給定的電流頻率不同的條件下時(shí)，都能夠達(dá)到額定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，矢量控制方式能夠在給定的頻率下進(jìn)行穩(wěn)定輸出，并且能夠達(dá)到額定的轉(zhuǎn)矩，然而恒壓控制方式卻容易出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。因此可以得出，矢量控制方式與恒壓控制方式當(dāng)處于低頻條件下時(shí)，矢量控制方式更具有優(yōu)勢(shì)。

4.2 試驗(yàn)結(jié)論

在對(duì)變頻器的各種控制方式進(jìn)行綜合的比較之后，對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行綜合，最終認(rèn)為，矢量控制變頻器具有低頻轉(zhuǎn)矩以及快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)，同時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，在連續(xù)采煤機(jī)的運(yùn)行過程中更適合采用該控制方式[4]。

結(jié)語

由于采煤機(jī)的工作環(huán)境較為復(fù)雜，并且作業(yè)空間狹小，導(dǎo)致采煤機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)以及加減速的運(yùn)行狀態(tài)，而這就對(duì)采煤機(jī)的電動(dòng)機(jī)提出了更高的要求，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩必須要打，同時(shí)負(fù)荷波動(dòng)的適應(yīng)能力要更強(qiáng)。在采煤機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)中使用適量變頻器，能夠提高采煤機(jī)調(diào)速工作的可靠性、反應(yīng)度以及調(diào)速范圍，其帶來的優(yōu)勢(shì)在工程實(shí)踐過程中具有重要意義。