电磁调速电牵引采煤机的研究与应用

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1、电磁调速电牵引采煤机的研究与应用(2004-2-17)　　我国从上世纪80年代后期开始研究交流变频调速电牵引采煤机，90年代初期研究成功样机。10多年来，在采煤机的系列设计、控制系统及功能完善上作了大量研究，开发出系列交流变频电牵引采煤机，已在国内煤矿逐步推广使用。近年来，在交流变频调速电牵引采煤机发展的同时，陆续展开了开关磁阻调速和电磁调速电牵引采煤机的研究，为我国电牵引采煤机的发展起到了很大地促进作用。　　1　电磁调速电牵引采煤机　　近年来我国机载变频调速交流电牵引采煤机取得了较大地进展。由于采煤机在工作特点和我国煤炭企业的具体情况，电牵

2、引采煤机在生产总量和使用范围上与国外煤炭企业相比，仍然有较大差距。电磁调速技术是一种成熟的技术，由于它具备结构简单、使用可靠、起动性能好、起动转矩大等优点，在其它行业已有成功应用。通过进一步研究电磁调速技术，用现代技术改变其调速性能，使其适合采煤机牵引的需要，又将电磁调速的优点应用到采煤机上，研制一种结构简单、容易维护、制造成本低、牵引功率大、起动转矩大的电磁调速电牵引采煤机，对我国电牵引采煤机的推广将有很大地促进作用。　　虽然电磁调速电动机(图1)是一种具有结构简单、加工方便、使用可靠、起动性能好、起动转矩大等优点的调速设备，但要将电磁调

3、速电动机作为采煤机牵引动力，仍然需要进一步研究。图1　隔爆型电磁调速电动机略　　近几年运用新材料新方法制作的电磁调速电动机，效率可提高10％；最高输出转速可达异步电机转速的95％左右。调速电动机的速度测量是靠一个测速发电机来进行的，低速时性能本来就较差，再经过转换到控制回路，使得电磁调速电动机低速性能输出不稳定。为解决这一问题，在采煤机使用的电磁调速电动机中，使用了轴编码器来测量调速电动机的速度，将速度测量数字化，提高测量精度，同时有利于将速度信号直接送入计算机处理，低速性能得到根本改善。　　在电磁调速电动机的研究和实际工作中，提高调整

4、精度是一个重点。研究表明，与其它调速装置所不同的是，它的调整精度取决于人为设计的电流控制器的精度和控制方法的选取。我们使用了计算机控制和提高电流控制器的精度后，完全可以解决低电流输出的精度和稳定性问题。　　2　电磁调速电牵引采煤机计算机调速系统　　为了使调节效果更理想，电磁调速电牵引采煤机的调速系统采用速度、电流双闭环调速系统(图2)，并采用了计算机控制，使得系统更为完善。如果仅采用速度调节，由于电网电压波动所引起的扰动作用，经过一系列机电惯性的滞后才能反映到转速上来，等到转速反馈产生调节作用，为时已晚，增加电流内环后，电压扰动被包在电流环内

5、，可以及时地通过电流反馈得到调整，这样，由电网电压变化所引起的动态降速就比单环系统小得多。至于由负载引起的扰动，由于它处在电流环外，还是通过速度环来调节。图2　双闭环调速示意图略　　表面上看，电流负反馈有使特性变软的趋势，但是，由于电流环在速度环的里面，电流负反馈仅相当一个扰动，在设计中，可把速度调节器的放大倍数做得足够大，而且在正常调速的情况下不饱和，那么，电流负反馈的扰动作用就受到抑制。电流负反馈可能产生的降速完全被速度调节器的积分作用消除了。在启动中，突加给定，转速负反馈还没有反应过来，速度调节器处于饱和状态，相当于速度环处于开环状态

6、，系统在电流环的调节下工作，在这一过程中，系统表现为一恒流调节系统。适当选择参数，实现“时间最优控制”的基本思想。采煤机电控系统采用西门子S7-200PLC可编程控制器作为中央处理机，该机型具有较高的可靠性，指令丰富，易于掌握，且内部有丰富的内置集成功能和强劲的通讯能力，对于采煤机控制极为适合。内部的PID调节器可满足速度和电流环的要求，外围辅以必要的传感器及执行器件，实现对采煤机的操作控制及动力制动控制。控制核心采用西门子S7－200PLC，并扩展两块4输入1输出模拟量模块EM235，并选用与S7200配套的ID－200汉显模块作为显示模

7、块。外围配件包括：电流变送器、输出继电器及移相触发电路、可控硅整流电路等。在控制方式上采取了逻辑操作和运行速度的控制部分功能双方案，在逻辑操作中，包括正反向牵引、停机控制、摇臂升降控制、制动闸的投切控制以及流量保护控制等。这些功能均由PLC根据操作命令及反馈信号和各种动作之间的相互闭锁关系，由程序控制来实现。通过对其在实际运行过程中各性能参数的测定，可使额定运转时的转速变化率提高到0．5％以内，稳运精度提高到1％以内。　　3　电磁调速电牵引采煤机的制动运行　　工作面倾角较小时，控制系统将通过速度反馈，调整励磁电流，将其减少，维持采煤机速度不变

8、，这是电磁调速方式的一个优点，在工作面倾角不太大时，系统将自动减少牵引力，最大限度地适应工作面角度的变化。利用这一特性可不必使用制动。我们将不同的采煤机用于倾角在2