摘要：變頻器結合了變頻技術及微電子技術，在采煤機中使用能夠優(yōu)化電機工作時的電源頻率，并按照采煤機的實際工作需要調節(jié)電源，起到節(jié)能保護的作用，本文將結合ACS800系列變頻器的功能，討論其自動控制采煤功率、調節(jié)設備牽引速度、接地系統(tǒng)保護等應用，提出改進方案，為變頻器的高效利用提供參考。

關鍵詞：變頻器;交流電;采煤機

引言：變頻器也被稱為驅動控制器，屬于一種可調速的驅動裝置，安裝在交流電牽引采煤機里能夠優(yōu)化電機的工作效率，控制工作電壓，保證電動機轉速、轉矩的平滑性。ACS800系列變頻器的使用范圍很廣，大到采煤機、牽引器，小到生活電器，都可以通過安裝變頻器來提高能源使用效率，優(yōu)化離心泵驅動等電機。

一、ACS800系列變頻器在交流電牽引采煤機中的功能

為了提高采煤效率，增強采煤機的機械安全性，需要不斷提升采煤機的牽引功率，確保功率密度更大、占地面積小、穩(wěn)定性強。交流電牽引采煤機使用的牽引方式為“一拖一”，將兩臺變頻器分別定義為“主機”和“從機”，這種“一拖一”技術在控制精準性上要遠高與“一拖二”技術，牽引保護也更加完善，以往使用“一拖二”技術的變頻器缺少負荷平衡控制，所以要留出更大的裕量，成本投入也更高。眾所周知，采煤時，地下礦井環(huán)境十分復雜，一旦采煤機牽引力不足，就很容易造成生產延誤的問題。ACS800變頻器是利用光纖通信介質完成牽引調速，但是機械強度較差，光纖頭很容易受到礦井污染，維修起來比較吃力，所以需要盡快研究出一種控制精準度高，維修成本低的牽引調速系統(tǒng)[1]。

二、ACS800系列變頻器在采煤機中的實際應用與改進

（一）自動控制采煤功率

ACS800系列變頻器想要在采煤機中實現恒定功率的自動控制操作，就需要和PLC協(xié)調運作。因為目前使用的采煤機主要消耗功率的操作就是克服截割阻力。一旦牽引速度開始出現變化，采煤機所受到的截割阻力也會隨之變化，進而導致電機功率改變。截割電機的阻力對應了電機功率的大小，所以可以使用兩個相同的電流傳感器來測試截割電機的電流，然后把測得的數值錄入PLC系統(tǒng)進行對比。例如：當電機功率大于或等于110%時，PLC系統(tǒng)會自動發(fā)送減速信號，變頻器接受到減速信號后會立即自動減速并降頻。一旦電機功率大于或等于120%時，PLC系統(tǒng)則會發(fā)送反牽信號，采煤機接受到信號后開始反速牽引。采煤機在實際使用過程中經常會出現過載啟動現象，所以使用變頻器能夠起到節(jié)能、降頻、保護的效果。ACS800系列變頻器采用了一拖一的控制技術?？梢岳脙筛饫w同時連接兩臺變頻器，完成主從控制。進而確保主變頻器可以完成對變頻器的引導，實現變頻器的轉矩運動，及時檢測交流電牽引采煤機中電機的實際運行狀況，降低故障出現的風險，確保對采煤機進行更精準、完善的保護與操作。

（二）調節(jié)設備牽引速度

在實際采煤工作中，為了確保最佳的采煤效率，在開始自動采煤后，牽引電機可以通過判斷前部刮板輸送機的負載情況來對采煤機的運行速度進行調節(jié)。前部刮板輸送機電機傳達出的電流限號可以表現出采煤機刮板輸送機的實際負載狀況。通過將控制前部刮板輸送機組合開關中的電流互感器輸出的4-20mA電流信號，對應于前部刮板輸送機功率百分比的 0-150%。牽引電機達到極限轉矩體現在牽引運行過程中，例如：在采煤過程中如果遇到前方有大塊矸石或其他硬質煤層，采煤機容易停止牽引，導致牽引電機故障堵轉，這時應立刻停止變頻器系統(tǒng)，避免因電流過大而燒毀變頻器或牽引電機。

（三）接地系統(tǒng)保護

地下礦井自然環(huán)境惡劣，為了確保地下采煤機周邊的工作人員操作時的自身安全，杜絕因牽引電機或連接電纜絕緣失靈而發(fā)生的漏電事故。工作人員在啟動交流電牽引采煤機時，應確保變頻系統(tǒng)監(jiān)測著電機、線路的絕緣狀態(tài)。在改進變頻器時，要重視接地系統(tǒng)保護功能，可使用附加直流電源方式來完成接地保護。例如：當絕緣電阻下調到0.5MΩ時，立刻啟動跳閘繼電器，對應的常開觸點隨之關閉，絕緣信號通過數字信號輸入通道，最后進入開關的控制模塊。技術人員要確保接地系統(tǒng)能夠在 0.5s作出反應并跳閘，然后切斷變頻器的電源。等到漏電故障解決完成之后，絕緣數值可以恢復正常，這時再打開常開觸點，變頻器系統(tǒng)就可以繼續(xù)運作。改進后的接地保護系統(tǒng)還能實現接地監(jiān)測、試驗等功能。需要注意的是，在進行測試時，交流電牽引采煤機應該停止牽引操作。等到牽引完全停止后，交由工作人員來操作診斷器，然后利用工控機實現人機交互，確保試驗繼電器使能，繼電器得電后，試驗繼電器相應的常開觸點閉合，模擬接地回路導通，此時相當于牽引電機相線處于接地狀態(tài)，接地故障監(jiān)測模塊工作，接地跳閘繼電器啟動，系統(tǒng)跳閘。

（四）選擇合適變頻器

針對不同類型、不同功能的設備，應當選擇對應容量和控制特點的變頻器，本文針對ACS800系列變頻器開展討論。首先，變頻器的容量需要結合交流電牽引采煤機的實際負載特性和大小進行選擇。變頻器的容量應當超過采煤機的行走電機容量（主要參考額定電流參數），這也是選擇時必須要遵守的基本原則。因為，采煤機在使用過程中經常會過載啟動，所以動力必須要充足。例如：當遇到斜度大、碎石多、煤質硬的開采地質時，需要對應提高變頻器的驅動力，加強負載能力，保證磁通量與電機的電磁轉矩為正比。例如：變頻器的頻率與電壓互為常數，則當頻率降低時，輸出電壓也會對應下降，輸出電流提高，進而出現過流保護問題，所以解決這一問題時，就需要提升變頻器的容量。目前可選擇的變頻器類型都是按照結構劃分的，即交-交變頻系統(tǒng)、交-直-交變頻系統(tǒng)兩種，交-交的變頻系統(tǒng)可以完成交流電的直接轉化，且具有：轉化率高、對稱能力強、正弦度高、低頻波形強等優(yōu)勢。交-直-交變頻系統(tǒng)不僅可以將交流電轉化為直流電，同時還能逆變直流電，并將其轉變?yōu)榭烧{頻的三相交流電，因為該系統(tǒng)重量輕、占地小而得到廣泛應用。按理來說，變頻器工作的頻率為0-50Hz，所以其最低頻率的選擇也需要按照加工工藝來判斷，因為一旦遇到巖石、碎石較多的情況，變頻器會開始自動減速，很容易導致過流保護，情況嚴重時還會傷害電機，所以需要設置合適的最低頻率。另外，在選擇變頻器時，還要注重冷卻系統(tǒng)的選擇，變頻器運行時，絕緣柵的雙極晶體管會發(fā)熱，以往變頻器降溫都依賴風冷系統(tǒng)，但是交流電牽引采煤機中的隔爆墻無法與外界互通，所以需要改裝變頻器，或者采用水冷系統(tǒng)降溫。最后，煤礦開采時在井下，而井下設備過多就會導致功率加大，非線性沖擊負載過高，容易引發(fā)電壓波動，所以要使用電抗器來避免波動過大帶來的沖擊[2]。

結論：綜上所述，以往采煤機都是依靠液壓系統(tǒng)中電磁閥功能來完成對牽引速度的調節(jié)，調節(jié)功率、速度都有待提升，設備保養(yǎng)也比較復雜。隨著我國科學技術的不斷進步，微電子技術、電力電子技術催生出了新型的變頻器，在性能上有良好的表現，更易操作，對交流電牽引采煤機有更好的適應性，可有效提升采煤效率。

參考文獻：

[1]鄧補艷.大功率采煤機采煤技術探討[J].石化技術，2020，27（03）：182+169.

[2]李宏偉.采煤機截割電動機變頻控制系統(tǒng)研究[J].自動化應用，2020（02）：74-75.

作者簡介：褚紅義（1985.06.29）;性別：男，籍貫：山東棗莊市人，民族：漢，學歷：本科，現有職稱：助理工程師;研究方向：電氣工程及其自動化;