变频技术在大功率刮板机上运用

于邢春

摘要：控制系统采用无速度传感器矢量控制技术。采用矢量控制的变频器，参照直流电机控制方式将异步电机定子电流空间矢量分为产生磁通的转子励磁分量和此垂直产生转矩的电流分量。调速范围宽、起动力矩高、精确度高，响应快。矢量控制实质在于消除电机多变量的内在耦合，并控制其大小及相位，从而获得优良的动态性能。

关键词：矢量控制；重载启动；功率平衡；电压波动

一、前言

随着现代化综采工作面采煤技术的应用，工作运输装机功率逐代增加，工作刮板机传动装置由较为先进的摩擦限矩器取代了液力耦合器传动系统。因原有液压连轴传动方式在现场使用过程中很难实现大功率运输设备的使用，且双速电机驱动方式易造成机械冲击和电气冲击，易发生启动困难、跳链等安全事故。

谢桥矿的综采工作面走向长度一般都数千米，如果刮板机维护不到位，造成链条拉伸，在生产过程中链条很容易过负荷拉断，影响安全生产。

二、要解决的技术问题

1、在刮板机正常启动时，减少链条的冲击。

2、大功率刮板机在重载启动、且起动及停车平稳。

3、满足交流电机任意负荷情况下实现多台电机功率平衡。

三、具体实施方式

主控屏：主要用来设置控制参数，如远控近控，保护。

急停钮：用来紧急停机和禁止变频器启动。

变频器设置屏：用来设置变频器保护参数，额定参数。

放电指示：用来显示输入是否有电。母线电容是否有电。

不仅仅针对上述三个技术问题，综合考虑刮板机工作环境等一系列问题也需要予以解决。

1、井下巷道潮湿，散热条件差解决方案。

变频器采用内部加装除湿加热电阻、所有的控制板进行防潮防尘处理、加设水风热换装置。只要定期清理滤网、确保水箱水位正常，采用普通水进行冷却，冷却系统简单可靠。由于采取了以上措施使得变频器适应了井下潮湿、散热条件差的环境。

2、重载启动、卡链的大电流冲击解决方案。

（1）变频器主要器件为高品质进口器件，总冲击电流大，可形成启动转矩为额定的2-3倍。额定输出电压3.3kV，过载2倍可承受1分钟，过载1.5倍可到2分钟，在1.2倍负载状态下长期连续运行。

（2）控制系统采用无速度传感器矢量控制技术。采用矢量控制的变频器，参照直流电机控制方式将异步电机定子电流空间矢量分为产生磁通的转子励磁分量和此垂直产生转矩的电流分量。调速范围宽、起动力矩高、精确度高，响应快。矢量控制实质在于消除电机多变量的内在耦合，并控制其大小及相位，从而获得优良的动态性能。

采用空间矢量控制的变频器有0.5Hz200%起动转矩，起动电流不大于2倍，不需要安装速度传感器，免于维护等特点。

（3）驱动系统采用光纤驱动系统。

3、输出电缆长度解决方案。

变频器内部配置正弦滤波器，并加装输出电抗器，并改变软件采用软开关技术。使得输出电压电流均为正弦波，减低了由于输出电缆的影响造成电机过电压问题。

4、现场电缆布置与抗干扰、接地问题解决方案。

（1）刮板机变频器为大功率（1600KW）、高电压（3300V）、高频（1-4KHZ）的电力电子设备，输出电缆长度可达到1200m。

（2）设备巷道中的设备大部分为移动设备，其中有3300V变频输出电缆、变频器与操作控制室之间的控制电缆、煤机3300V电缆。因此需要变频器与操作控制室的信号良好隔离、采用屏蔽控制电缆连接。

（3）变频器内部采用最低电感母线技术，增强传动系统的可靠性。

（4）变频器内部安装安装输入电抗器，减少对电网的谐波干扰。输出电缆采用屏蔽电缆以消除变频器输出的高频对其他电子设备的干扰。

5、功率平衡问题解决方案。

煤矿井下刮板输送机系统多为双电机驱动或多电机驱动，为了保证多台电机的功率（转矩）平衡分配，变频器内置的PI调节器对输出频率和输出转矩进行控制，控制方式为基于速度调节的过程控制，即运算主从变频器的力矩电流，经过PI运算后的输出叠加到从变频器的速度给定/转矩给定。该功率平衡模式适用于同轴连接方式和弹性连接方式，适用性广，不易产生震荡，稳定性强。内置CANBUS功率平衡模式调整各驱动电机之间的功率分配，从而达到系统的最佳工作状态。

功率平衡控制图

6、电压波动问题解决方案。

工作面的供电距离较远，电压波动较为严重，为了适应现场条件，改变控制软件。更小的du/dt,谐波含量更小,输出波形更近似正弦波变频器的电压波动设置范围可达到75%-125%，在该波动范围内，变频器自动调整输出电压以保证输出电压的恒定。

7、移变机械式断路器改造

在我矿地面刮板机配套变频器接线调试时发现变频器显示故障不动作。在经现场反复检查后发现配套移变的断路器为机械式，当送电吸合后信号返回接点速度慢，变频器未能在2S内检测到返回信号。针对这一问题，经讨论解决方案为将配套移变断路器改造成永磁式断路器，改造后的断路器满足了变频器要求。

四、有益效果

谢桥矿在1252（3）综采工作面大功率刮板机上运用变频技术，基本情况简介：

刮板机型号：SGZ1000/1710

驱动方式：头部单电机，尾部单电机

刮板机长度：226m

运量：2500t/h

运行速度：1.26m/s

工作面采长：850m面长：226m煤厚：4.5m

电机：855KW/3300V2套

1252（3）综采工作面的SGZ1000/1710刮板机采用变频技术后，经过长时间运行取得了良好效果。

1、在刮板机正常启动时，降低了链条的机械冲击，使用至今刮板机未发生断链事故。

2、刮板机能够实现重载启动、且起动及停车平稳。

3、实现多台电机功率平衡。

4、链条直径、伸长量变化量低，基本无磨损，免于维护，降低了刮板机维护的工作量，节省了人资资源。

5、由于变频器具备过载、短路、过/欠压、接地、缺相、漏电闭锁、过温、流量低、水位低等保护功能；减少刮板机运行过程中的故障率，提高有效开机率，确保了安全生产。