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摘要：变频器结合了变频技术及微电子技术，在采煤机中使用能够优化电机工作时的电源频率，并按照采煤机的实际工作需要调节电源，起到节能保护的作用，本文将结合ACS800系列变频器的功能，讨论其自动控制采煤功率、调节设备牵引速度、接地系统保护等应用，提出改进方案，为变频器的高效利用提供参考。
关键词：变频器;交流电;采煤机
引言：变频器也被称为驱动控制器，属于一种可调速的驱动装置，安装在交流电牵引采煤机里能够优化电机的工作效率，控制工作电压，保证电动机转速、转矩的平滑性。ACS800系列变频器的使用范围很广，大到采煤机、牵引器，小到生活电器，都可以通过安装变频器来提高能源使用效率，优化离心泵驱动等电机。
一、ACS800系列变频器在交流电牵引采煤机中的功能
为了提高采煤效率，增强采煤机的机械安全性，需要不断提升采煤机的牵引功率，确保功率密度更大、占地面积小、稳定性强。交流电牵引采煤机使用的牵引方式为“一拖一”，将两台变频器分别定义为“主机”和“从机”，这种“一拖一”技术在控制精准性上要远高与“一拖二”技术，牵引保护也更加完善，以往使用“一拖二”技术的变频器缺少负荷平衡控制，所以要留出更大的裕量，成本投入也更高。众所周知，采煤时，地下矿井环境十分复杂，一旦采煤机牵引力不足，就很容易造成生产延误的问题。ACS800变频器是利用光纤通信介质完成牵引调速，但是机械强度较差，光纤头很容易受到矿井污染，维修起来比较吃力，所以需要尽快研究出一种控制精准度高，维修成本低的牵引调速系统[1]。
二、ACS800系列变频器在采煤机中的实际应用与改进
（一）自动控制采煤功率
ACS800系列变频器想要在采煤机中实现恒定功率的自动控制操作，就需要和PLC协调运作。因为目前使用的采煤机主要消耗功率的操作就是克服截割阻力。一旦牵引速度开始出现变化，采煤机所受到的截割阻力也会随之变化，进而导致电机功率改变。截割电机的阻力对应了电机功率的大小，所以可以使用两个相同的电流传感器来测试截割电机的电流，然后把测得的数值录入PLC系统进行对比。例如：当电机功率大于或等于110%时，PLC系统会自动发送减速信号，变频器接受到减速信号后会立即自动减速并降频。一旦电机功率大于或等于120%时，PLC系统则会发送反牵信号，采煤机接受到信号后开始反速牵引。采煤机在实际使用过程中经常会出现过载啟动现象，所以使用变频器能够起到节能、降频、保护的效果。ACS800系列变频器采用了一拖一的控制技术。可以利用两根光纤同时连接两台变频器，完成主从控制。进而确保主变频器可以完成对变频器的引导，实现变频器的转矩运动，及时检测交流电牵引采煤机中电机的实际运行状况，降低故障出现的风险，确保对采煤机进行更精准、完善的保护与操作。
（二）调节设备牵引速度
在实际采煤工作中，为了确保最佳的采煤效率，在开始自动采煤后，牵引电机可以通过判断前部刮板输送机的负载情况来对采煤机的运行速度进行调节。前部刮板输送机电机传达出的电流限号可以表现出采煤机刮板输送机的实际负载状况。通过将控制前部刮板输送机组合开关中的电流互感器输出的4-20mA电流信号，对应于前部刮板输送机功率百分比的 0-150%。牵引电机达到极限转矩体现在牵引运行过程中，例如：在采煤过程中如果遇到前方有大块矸石或其他硬质煤层，采煤机容易停止牵引，导致牵引电机故障堵转，这时应立刻停止变频器系统，避免因电流过大而烧毁变频器或牵引电机。
（三）接地系统保护
地下矿井自然环境恶劣，为了确保地下采煤机周边的工作人员操作时的自身安全，杜绝因牵引电机或连接电缆绝缘失灵而发生的漏电事故。工作人员在启动交流电牵引采煤机时，应确保变频系统监测着电机、线路的绝缘状态。在改进变频器时，要重视接地系统保护功能，可使用附加直流电源方式来完成接地保护。例如：当绝缘电阻下调到0.5MΩ时，立刻启动跳闸继电器，对应的常开触点随之关闭，绝缘信号通过数字信号输入通道，最后进入开关的控制模块。技术人员要确保接地系统能够在 0.5s作出反应并跳闸，然后切断变频器的电源。等到漏电故障解决完成之后，绝缘数值可以恢复正常，这时再打开常开触点，变频器系统就可以继续运作。改进后的接地保护系统还能实现接地监测、试验等功能。需要注意的是，在进行测试时，交流电牵引采煤机应该停止牵引操作。等到牵引完全停止后，交由工作人员来操作诊断器，然后利用工控机实现人机交互，确保试验继电器使能，继电器得电后，试验继电器相应的常开触点闭合，模拟接地回路导通，此时相当于牵引电机相线处于接地状态，接地故障监测模块工作，接地跳闸继电器启动，系统跳闸。
（四）选择合适变频器
针对不同类型、不同功能的设备，应当选择对应容量和控制特点的变频器，本文针对ACS800系列变频器开展讨论。首先，变频器的容量需要结合交流电牵引采煤机的实际负载特性和大小进行选择。变频器的容量应当超过采煤机的行走电机容量（主要参考额定电流参数），这也是选择时必须要遵守的基本原则。因为，采煤机在使用过程中经常会过载启动，所以动力必须要充足。例如：当遇到斜度大、碎石多、煤质硬的开采地质时，需要对应提高变频器的驱动力，加强负载能力，保证磁通量与电机的电磁转矩为正比。例如：变频器的频率与电压互为常数，则当频率降低时，输出电压也会对应下降，输出电流提高，进而出现过流保护问题，所以解决这一问题时，就需要提升变频器的容量。目前可选择的变频器类型都是按照结构划分的，即交-交变频系统、交-直-交变频系统两种，交-交的变频系统可以完成交流电的直接转化，且具有：转化率高、对称能力强、正弦度高、低频波形强等优势。交-直-交变频系统不仅可以将交流电转化为直流电，同时还能逆变直流电，并将其转变为可调频的三相交流电，因为该系统重量轻、占地小而得到广泛应用。按理来说，变频器工作的频率为0-50Hz，所以其最低频率的选择也需要按照加工工艺来判断，因为一旦遇到岩石、碎石较多的情况，变频器会开始自动减速，很容易导致过流保护，情况严重时还会伤害电机，所以需要设置合适的最低频率。另外，在选择变频器时，还要注重冷却系统的选择，变频器运行时，绝缘栅的双极晶体管会发热，以往变频器降温都依赖风冷系统，但是交流电牵引采煤机中的隔爆墙无法与外界互通，所以需要改装变频器，或者采用水冷系统降温。最后，煤矿开采时在井下，而井下设备过多就会导致功率加大，非线性冲击负载过高，容易引发电压波动，所以要使用电抗器来避免波动过大带来的冲击[2]。
结论：综上所述，以往采煤机都是依靠液压系统中电磁阀功能来完成对牵引速度的调节，调节功率、速度都有待提升，设备保养也比较复杂。随着我国科学技术的不断进步，微电子技术、电力电子技术催生出了新型的变频器，在性能上有良好的表现，更易操作，对交流电牵引采煤机有更好的适应性，可有效提升采煤效率。
参考文献：
[1]邓补艳.大功率采煤机采煤技术探讨[J].石化技术，2020，27（03）：182+169.
[2]李宏伟.采煤机截割电动机变频控制系统研究[J].自动化应用，2020（02）：74-75.
作者简介：褚红义（1985.06.29）;性别：男，籍贯：山东枣庄市人，民族：汉，学历：本科，现有职称：助理工程师;研究方向：电气工程及其自动化;
关键词：变频器;交流电;采煤机
引言：变频器也被称为驱动控制器，属于一种可调速的驱动装置，安装在交流电牵引采煤机里能够优化电机的工作效率，控制工作电压，保证电动机转速、转矩的平滑性。ACS800系列变频器的使用范围很广，大到采煤机、牵引器，小到生活电器，都可以通过安装变频器来提高能源使用效率，优化离心泵驱动等电机。
一、ACS800系列变频器在交流电牵引采煤机中的功能
为了提高采煤效率，增强采煤机的机械安全性，需要不断提升采煤机的牵引功率，确保功率密度更大、占地面积小、稳定性强。交流电牵引采煤机使用的牵引方式为“一拖一”，将两台变频器分别定义为“主机”和“从机”，这种“一拖一”技术在控制精准性上要远高与“一拖二”技术，牵引保护也更加完善，以往使用“一拖二”技术的变频器缺少负荷平衡控制，所以要留出更大的裕量，成本投入也更高。众所周知，采煤时，地下矿井环境十分复杂，一旦采煤机牵引力不足，就很容易造成生产延误的问题。ACS800变频器是利用光纤通信介质完成牵引调速，但是机械强度较差，光纤头很容易受到矿井污染，维修起来比较吃力，所以需要尽快研究出一种控制精准度高，维修成本低的牵引调速系统[1]。
二、ACS800系列变频器在采煤机中的实际应用与改进
（一）自动控制采煤功率
ACS800系列变频器想要在采煤机中实现恒定功率的自动控制操作，就需要和PLC协调运作。因为目前使用的采煤机主要消耗功率的操作就是克服截割阻力。一旦牵引速度开始出现变化，采煤机所受到的截割阻力也会随之变化，进而导致电机功率改变。截割电机的阻力对应了电机功率的大小，所以可以使用两个相同的电流传感器来测试截割电机的电流，然后把测得的数值录入PLC系统进行对比。例如：当电机功率大于或等于110%时，PLC系统会自动发送减速信号，变频器接受到减速信号后会立即自动减速并降频。一旦电机功率大于或等于120%时，PLC系统则会发送反牵信号，采煤机接受到信号后开始反速牵引。采煤机在实际使用过程中经常会出现过载啟动现象，所以使用变频器能够起到节能、降频、保护的效果。ACS800系列变频器采用了一拖一的控制技术。可以利用两根光纤同时连接两台变频器，完成主从控制。进而确保主变频器可以完成对变频器的引导，实现变频器的转矩运动，及时检测交流电牵引采煤机中电机的实际运行状况，降低故障出现的风险，确保对采煤机进行更精准、完善的保护与操作。
（二）调节设备牵引速度
在实际采煤工作中，为了确保最佳的采煤效率，在开始自动采煤后，牵引电机可以通过判断前部刮板输送机的负载情况来对采煤机的运行速度进行调节。前部刮板输送机电机传达出的电流限号可以表现出采煤机刮板输送机的实际负载状况。通过将控制前部刮板输送机组合开关中的电流互感器输出的4-20mA电流信号，对应于前部刮板输送机功率百分比的 0-150%。牵引电机达到极限转矩体现在牵引运行过程中，例如：在采煤过程中如果遇到前方有大块矸石或其他硬质煤层，采煤机容易停止牵引，导致牵引电机故障堵转，这时应立刻停止变频器系统，避免因电流过大而烧毁变频器或牵引电机。
（三）接地系统保护
地下矿井自然环境恶劣，为了确保地下采煤机周边的工作人员操作时的自身安全，杜绝因牵引电机或连接电缆绝缘失灵而发生的漏电事故。工作人员在启动交流电牵引采煤机时，应确保变频系统监测着电机、线路的绝缘状态。在改进变频器时，要重视接地系统保护功能，可使用附加直流电源方式来完成接地保护。例如：当绝缘电阻下调到0.5MΩ时，立刻启动跳闸继电器，对应的常开触点随之关闭，绝缘信号通过数字信号输入通道，最后进入开关的控制模块。技术人员要确保接地系统能够在 0.5s作出反应并跳闸，然后切断变频器的电源。等到漏电故障解决完成之后，绝缘数值可以恢复正常，这时再打开常开触点，变频器系统就可以继续运作。改进后的接地保护系统还能实现接地监测、试验等功能。需要注意的是，在进行测试时，交流电牵引采煤机应该停止牵引操作。等到牵引完全停止后，交由工作人员来操作诊断器，然后利用工控机实现人机交互，确保试验继电器使能，继电器得电后，试验继电器相应的常开触点闭合，模拟接地回路导通，此时相当于牵引电机相线处于接地状态，接地故障监测模块工作，接地跳闸继电器启动，系统跳闸。
（四）选择合适变频器
针对不同类型、不同功能的设备，应当选择对应容量和控制特点的变频器，本文针对ACS800系列变频器开展讨论。首先，变频器的容量需要结合交流电牵引采煤机的实际负载特性和大小进行选择。变频器的容量应当超过采煤机的行走电机容量（主要参考额定电流参数），这也是选择时必须要遵守的基本原则。因为，采煤机在使用过程中经常会过载启动，所以动力必须要充足。例如：当遇到斜度大、碎石多、煤质硬的开采地质时，需要对应提高变频器的驱动力，加强负载能力，保证磁通量与电机的电磁转矩为正比。例如：变频器的频率与电压互为常数，则当频率降低时，输出电压也会对应下降，输出电流提高，进而出现过流保护问题，所以解决这一问题时，就需要提升变频器的容量。目前可选择的变频器类型都是按照结构划分的，即交-交变频系统、交-直-交变频系统两种，交-交的变频系统可以完成交流电的直接转化，且具有：转化率高、对称能力强、正弦度高、低频波形强等优势。交-直-交变频系统不仅可以将交流电转化为直流电，同时还能逆变直流电，并将其转变为可调频的三相交流电，因为该系统重量轻、占地小而得到广泛应用。按理来说，变频器工作的频率为0-50Hz，所以其最低频率的选择也需要按照加工工艺来判断，因为一旦遇到岩石、碎石较多的情况，变频器会开始自动减速，很容易导致过流保护，情况严重时还会伤害电机，所以需要设置合适的最低频率。另外，在选择变频器时，还要注重冷却系统的选择，变频器运行时，绝缘栅的双极晶体管会发热，以往变频器降温都依赖风冷系统，但是交流电牵引采煤机中的隔爆墙无法与外界互通，所以需要改装变频器，或者采用水冷系统降温。最后，煤矿开采时在井下，而井下设备过多就会导致功率加大，非线性冲击负载过高，容易引发电压波动，所以要使用电抗器来避免波动过大带来的冲击[2]。
结论：综上所述，以往采煤机都是依靠液压系统中电磁阀功能来完成对牵引速度的调节，调节功率、速度都有待提升，设备保养也比较复杂。随着我国科学技术的不断进步，微电子技术、电力电子技术催生出了新型的变频器，在性能上有良好的表现，更易操作，对交流电牵引采煤机有更好的适应性，可有效提升采煤效率。
参考文献：
[1]邓补艳.大功率采煤机采煤技术探讨[J].石化技术，2020，27（03）：182+169.
[2]李宏伟.采煤机截割电动机变频控制系统研究[J].自动化应用，2020（02）：74-75.
作者简介：褚红义（1985.06.29）;性别：男，籍贯：山东枣庄市人，民族：汉，学历：本科，现有职称：助理工程师;研究方向：电气工程及其自动化;