采煤机变频调速节能控制技术探析

王建伟

（山西乡宁焦煤集团台头前湾煤业有限公司 山西临汾 042100）

引言

社会经济的高速发展，在煤炭开采领域中，电子技术、机电一体化技术以及自动控制技术等都得到了广泛应用，在煤炭开采过程中，煤炭运输设备的电机拖动系统进行节能改造升级已经成为了工作人员要进行重点研究的问题。

1 变频器控制方式的选择

在对变频器的控制方式进行选择的过程中，相关人员必须要选择能够与电动机运行特征相匹配的，要确保变频器能够为电动机提供按负载需求的电压以及频率，从而确保电机系统能够高效节能运行。电机拖动系统的负载特性不同则控制方式也不同，因此，相关人员要根据不同的负载特性合理的选择控制方式，从而达到变频节能控制的目的[1]。

在实际的变频调速实际应用工程领域中可以看出，现如今的在对电动机进行控制时，变频器的主要控制方式有矢量控制（VC）、转矩控制（DTC）以及恒压控制（U/F）等控制方式。由于采煤机的作业空间相对来说较为狭小，并且在运行过程中可能会出现行走路面不平的问题，这就需要采煤机在实际的掘进以及采煤过程中，利用变频调速控制系统对转速调节指令进行跟踪，帮助采煤机完成减速、转弯等控制需求，简单来说，就是对变频调速节能控制系统的调速进度要求不高，但对于专局以及转速控制的性能具有较高的要求，并且当控制系统处于使用状态时，不能出现过压、过流等状况。

2 采煤机变频调速装置的基本介绍

在电牵引采煤机中，采煤机变频调速控制装置是必不可少的一种构件。由于实际的工作要求，电牵引采煤机必须要进行不间断的方向转换，从而有效的实现对煤炭的切割工作。采煤机想要有效的实现转向控制，其核心装置就是采煤机变频调速装置，该装置与采煤机的作业效率有着直接的影响。

变频调速的主要决定性指标就是三相交流电动机转矩，同时三相交流电动机转矩能够对供电电压以及频率的比值进行决定分析。简单来说，工作人员如果想要有效的控制电机转速，那么必须要对供电频率以及供电电压进行有效的控制，要适当对这两者进行调节。根据主要参数的控制方式可以将变频调速装置分为三种，分别是：矢量控制（VC）、转矩控制（DTC）以及恒压控制（U/F）[2]。

3 采煤机的变频调速装置的选择依据

选择合适的控制装置必须要对不同的因素进行综合性考虑，其中包括：工程成本、工作需求等因素。在对变频调速装置进行选择的过程中，相关人员必须要遵循以下五个条件。

（1）装置的启动力矩必须要在满足大负载启动的需求的同时保证工作状态平稳，并且要确保机器能够在重复的工况下多次启动，保证装置在每一次的负载冲击以及反应速率都能够达到相关标准。

（2）装置必须要能够满足静态机械特性硬度大以及低速转矩的需求。在采煤机作业过程中，遇到的采集条件不同，无法确保始终在水平状态下进行作业，在作业过程中可能会出现势能负载的情况，因此，装置必须要有一定的应对能力，同时也包括对摩擦力以及重力的适应。

（3）装置必须要能够即时制动。采煤机在运作过程中，可能或遇到突发状况，而这时就需要变频调速装置及时做出反应，建立起足够的输出力矩，同时要能够通过电控系统以及机械制动做出及时的反应。

（4）装置的主从牵引电机必须要达到同步、平稳状态。而这一要求主要是针对电机的转矩以及转速两项参数的输出工作。

（5）必须要适应在恶劣情况下的采煤需求。采煤工作的工作环境不稳定，当处于恶劣的工程环境下时，装置必须要能够进行及时的散热以及除振工作，同时也要保持装置的结构具有紧凑性，更利于采煤机的行走[3]。

4 采煤机变频调速节能控制技术的对比分析

4.1 试验设计实施

为了验证矢量控制与恒压控制这两种控制方式的优点与缺点。以两种控制方式都不使用速度传感器的方式来开展调速控制工作，并且开关状态控制以及逆变器开关控制方式方面也存在着一定的差异。

以影响控制方式的核心参数为基础，工作人员将会在牵引电缆分别为5M/305M的状态下对控制方式进行性能对比，同时设置相应的测量点，并对每一个点的重要参数数据进行测量，例如：输出电流/电压、转速、转矩等。为了确保在试验过程中所获得的数据具有一定的准确性，并为方便进行数据收集工作，尽可能的避免人为失误而产生的影响，在进行数据收集时，工作人员采取了Drivewizard以及变频调速装置进行联动的方式。在确保电机的工况能够满足工作人员设计的条件时，开始进行数据收集，分别对电动机在80%额定电流、额定电流以及空载三种电流的负载条件下进行了试验。最终得出的数据如下：

当5M牵引电缆处于给定频率为3Hz时，电机电流为80%额定电流条件下，恒压控制下，电动机的变频器输出电流为59A，输出电压为32V，输出频率为2Hz，转速为79，输出功率为0.25，转矩为152；当处于矢量控制下时，电动机的变频器输出电流为59A，输出电压为34V，输出频率为2.65Hz，转速为93，输出功率为0.62，转矩为188。

电机电流为空载电流条件下，恒压控制下，电动机的变频器输出电流为25A，输出电压为24V，输出频率为2Hz，转速为90，输出功率为0，转矩为0；当处于矢量控制下时，电动机的变频器输出电流为27A，输出电压为25V，输出频率为2.07Hz，转速为91，输出功率为0，转矩为0。

电机电流为额定电流条件下，恒压控制下，电动机的变频器输出电流为75A，输出电压为33.4V，输出频率为2Hz，转速为76，输出功率为0.82，转矩为220；当处于矢量控制下时，电动机的变频器输出电流为75A，输出电压为36V，输出频率为1.79Hz，转速为94，输出功率为1.80，转矩为252。

就以当5M牵引电缆处于给定频率为3Hz时为例，从实验数据中可以看出，在空载状态下，两种控制方式的相关参数值相近，当处于给定的电流频率不同的条件下时，都能够达到额定的负载转矩，矢量控制方式能够在给定的频率下进行稳定输出，并且能够达到额定的转矩，然而恒压控制方式却容易出现不稳定的现象。因此可以得出，矢量控制方式与恒压控制方式当处于低频条件下时，矢量控制方式更具有优势。

4.2 试验结论

在对变频器的各种控制方式进行综合的比较之后，对其优缺点进行综合，最终认为，矢量控制变频器具有低频转矩以及快速动态响应，同时启动转矩较大，在连续采煤机的运行过程中更适合采用该控制方式[4]。

结语

由于采煤机的工作环境较为复杂，并且作业空间狭小，导致采煤机的调速系统经常会出现频繁启动、制动以及加减速的运行状态，而这就对采煤机的电动机提出了更高的要求，电动机的启动转矩必须要打，同时负荷波动的适应能力要更强。在采煤机的调速系统中使用适量变频器，能够提高采煤机调速工作的可靠性、反应度以及调速范围，其带来的优势在工程实践过程中具有重要意义。