浅析电牵引采煤机的应用.doc

浅析电牵引采煤机的应用 采煤机, 浅析, 应用 摘 要对电牵引采煤机在应用中的几个问题如直流牵引与交流牵引、变频器的机载与非机载、变频器的选择等进行了分析和探讨，并对建设高产高效的现代化矿井提出了合理化建议。 关键词采煤机；电牵引；变频器 中图分类号TD421.6 文献标识码Ａ １ 关于直流电牵引和交流电牵引问题 在电牵引发展过程中，选择直流调速方式一直是大家十分关心的问题，从国际电牵引发展来看，美国一贯采用直流调速，日本选择交流调速，而英国、德国先有直流电牵引，后有交流电牵引。在国内，西安煤机厂、鸡西煤机厂都致力于直流电牵引的发展，太原矿山机器厂、辽源煤机厂则发展交流电牵引采煤机。虽然两种调速方式都适用于采煤机工作，但在可靠性和先进性方面是有差距的。 第一，直流电牵引中最薄弱的环节是防爆直流电机，直流电机体积大、结构复杂，由于防爆结构原因，碳刷与整流子片接触摩擦发热，热量散发慢以及磨损下来的粉末难以排除，因此，碳刷的寿命低，可靠性差，且在井下维修比较困难。交流电牵引采用的是交流鼠笼式电机，体积小，防爆结构简单，工作可靠，寿命长，维修方便，但在驱动交流电机的调速装置上还有不足。随着国际上电力、电子技术的迅速发展，交流变频调速技术越来越先进，越来越成熟可靠。直流电牵引由于受直流电机尺寸的限制，功率不可能做大，在同样外形尺寸下，交流电机功率可以做得更大一些，这有利于电牵引采煤机向大功率、高参数、高可靠性方面发展。从发展观点看，交流电牵引比直流电牵引更有发展前途。 第二，直流电机和交流电机的机械特性有很大的区别，直流电机的机械特性是软特性的，交流电机是硬特性的。众所周知，软特性更适合于采煤机的牵引行走工况，因为电牵引采煤机都采用无链牵引型式，而无链牵引型式以销轨式占多数，销轨连接处的节距随工作面条件而有所变化。另外，国内开发的电牵引装置都是一台调速装置驱动两台电动机，即一拖二，不能对电动机进行单机控制。很显然以上两种情况对拖动特性硬的交流电机来说是十分不利的，当采煤机两个行走部分别过销轨间的连接处时，由于节距变化大，要求两个行走部能有速度调节功能，能适应节距变化的工况，而交流电机的硬特性使两个行走部的转速无法调节，两电机的受力就不均衡，将产生冲击负载，而直流电机因其机械特性软，在过销轨连接处时，受力大的一台直流电机转速自动下降，受力减轻，另一台直流电机受力增加，以达到受力的基本平衡，减少冲击，有利于提高行走部和机械传动系统的可靠性。从力的平衡角度分析，直流电牵引要优于交流电牵引，这个性能在采煤机中是十分重要的，但交流电牵引的不足可采取以下措施弥补 １．１ 选择链轨式无链牵引形式 因链轨在整个工作面中，节距基本上无变化，链轨不是刚性连接在输送机上，有一定的弹性，可以弥补两台牵引电机转差率引起的不同步。对“一拖二”这种传动系统比较合适。 １．２ 分别监控两台牵引电机的电流 当一台电机过载时，通过调速系统发出指令降低变频器的工作频率，使整个系统减速，牵引力下降，但在设定减速时间时，不能设定得过快，否则变频器将会出现过电压保护，机器停止牵引。而减速设定得过慢，不能消除过载冲击。因此，为缩短有效减速时间，减少冲击，一般在变频调速装置中增加制动模块来解决。 １．３ 研制高转差率牵引电机 使其机械特性变得软一些，也能缓解“一拖二”传动系统中负载分配不均衡的问题，并可以减少负载电流对变频器的冲击。 １．４ 改变“一拖二”的传动模式 采用“一拖一”的传动方式，即一台变频器单独拖动一台电动机，采煤机的两个牵引部分别由两台变频器拖动，两台变频器间采用矢量控制以达到两个牵引部的负载平衡。 ２ 变频调速装置的机载和非机载问题 在交流电牵引中，安装在采煤机机身上的交流变频调速装置叫机载系统，把变频器和变压器从采煤机上分离出来安置在工作面的巷道内，用一根特殊的牵引电缆与采煤机连接起来，这种布置方式叫非机载系统。目前，国际上采煤机交流调速装置存在机载和非机载两种型式，机载系统以日本的三井三池公司生产的ＤＲ１０２１０２型采煤机为代表，德国艾柯夫生产的ＳＬ５００型采煤机，英国、德国和波兰的薄煤层电牵引采煤机均采用非机载系统；国内电牵引中也存在机载和非机载之分，如上海分院的ＭＧ３４４ＰＷＤ型、ＭＧ２００/４５０ＢＷＤ型以及鸡西煤机厂生产的ＭＧ３００/６８０ＷＤ型等都采用非机载系统，采用机载系统的有太原矿山机器厂生产的ＭＧＴＹ４００/９００３．３Ｄ型和上海分院生产的ＭＧ２５０/６００ＷＤ１，ＭＧ４００/９２０ＷＤ１，ＭＧ４５０/１０２０ＷＤ等。 ２．１ 非机载系统的优点 （１）由于变频器、变压器与机器分离，采煤机的机身长度较短，两滑靴间的距离较小，对工作面起伏、弯曲的适应性较好。 （２）可以选择或设计裕度较大的变频器的变压器，对提高其工作可靠性十分有利。 （３）变频器、变压器作为独立的部件置于工作面的巷道内，避免了因采煤机工作的振动对变频器的影响，提高其工作可靠性，冷却问题变得容易解决，维护和检修十分方便，并与采煤机电控分开，避免信号干扰。 （４）在薄煤层使用的采煤机，因机身要求薄，长度要求短，变频器和变压器放在机外，便于缩小薄煤层采煤机的外形尺寸，其优越性更加突出。 ２．２ 非机载系统的缺点 （１）连接变频器与牵引电机的牵引电缆在采煤机工作过程中容易产生弯曲疲劳损坏，产生短路接地或断路现象，影响采煤机电控系统和变频器工作的可靠性，必须很好地解决变频器的漏电保护问题。 （２）由于牵引电缆比较长（３００ ｍ左右），电缆的断面直径又受到限制（一般不超过７０ ｍｍ２），故从变频器输出到电动机输入的电压降较大，尤其在低频时由于输出电压低，电压降所占比例更大，１０ Ｈｚ以下达不到恒扭矩的性能指标，必须选择有良好的低频电压提升性能的变频器，予以补偿。 （３）由于我国生产的非机载系统中变频器的工况参数显示屏不在机身上，司机看不见巷道内的显示屏，阻碍司机随时观察采煤机牵引工况。机载系统正好与非机载系统相反，取消了易出故障的牵引电缆，而是通过相对静止的短电缆将变频电源传输到牵引电机，故电缆的电压降较小，传输效率高，低频特性好，电缆不易损坏，能充分发挥变频器的电气性能。变频器显示屏也置于机身上，便于司机随时观察。但机载系统最大的问题是防振、冷却、信号干扰，但这些问题都可以采取措施加以解决。另外，机身较长对工作面的适应性较差，也是机载系统的不足。 ３ 变频器的选择问题 ３．１ 变频器容量问题 由于采煤机在井下工作面工作条件十分恶劣，如工作面输送机弯曲、煤矸石的挤压等常常引起采煤机滑靴的蹩卡，对变频器产生很大的冲击，容易损坏大功率电气、电子元件，所以，选择的变频器必须要有足够的容量裕度，才能保证采煤机工作的可靠性。实践证明，采煤机用变频器的功率应大于牵引电机额定功率的１．５倍。 ３．２ 其他问题 （１）电压调节问题。煤矿井下供电质量不高，电压波动较大，因此，变频器必须在输入电压波动的情况下，仍能保持固定的输出电压，应选择允许供电电压波动较大的变频器为宜。 （２）压降补偿问题。在非机载系统中牵引电缆很长（３００ ｍ左右），电压降很大，变频器在低频工作时（一般１０ Ｈｚ以下）电机输出扭矩下降， 往往会出现低频时采煤机不能行走的现象。而要求较高的启动频率，易产生启动电流冲击，所以，要求变频器有低频电压提升功能，而且调节范围要大，才能满足井下的使用要求。 （３）过载能力和电流限制。除了选择裕度大的变频器提高其过载能力外，变频器本身也必须有较高的过载能力，承受过电流的时间尽可能长。并在过负荷时，能对变频器最大电流进行限制，这样的变频器比较适合煤矿工况。 （４）制动问题。为了扩大电牵引采煤机的使用范围，使电牵引采煤机在倾角大于１５的工作面使用，必须选择有制动功能的变频器。当煤层倾角在２５以下（即为缓斜煤层），就可在变频器中增加两组制动模块、两组水冷电阻，并在机械传动系统中增加两组液压制动器。因为煤层倾角在２５以下的工作面中，采煤机的下滑与输送机产生摩擦力，受到浮煤对滚筒的阻力以及输送机弯曲引起的阻力等因素的制约，采煤机的下滑力不会太大。另外，我国目前工作面的作业方式都采取双向割煤、两端头斜切（斜切距离一般为２５ ｍ～３０ ｍ）进刀，即使下滑，由于距离不长，电阻发热量有限，用冷水冷却也足以把热量带走。万一热量吸收不了，变频器电压继续升高，最后只能靠过电压保护功能断电停机，液压制动器立即制动，阻止机器继续下滑。当煤层倾角在２５～４５之间，即为中斜煤层，靠制动模块和制动电阻难以吸收交流电机发出的能量，变频器过电压保护将频繁出现，甚至机器无法工作。因此，在中斜煤层中，必须将再生制动电能反馈到电网中，电牵引采煤机的制动才能满足中斜煤层的工况要求。 由此可见，矿用变频器必须选择有较大的容量裕度，而且有与煤矿的特殊工况相匹配的各项性能参数。还需要按煤层倾角大小对变频器提出不同要求缓斜煤层在原结构基础上增加制动模块和水冷电阻，辅以制动器保护为宜；中斜煤层必须选择能四象限运行的变频器。 综合分析以上问题，我们认识到，在煤矿井下使用交流、机载变频调速电牵引采煤机最合理、最经济。 （责任编辑王雅利） ─────────────── 第一作者简介张 勤，女，１９７１年５月生，１９９０年毕业于山西省电子工业学校，２００３年毕业于山西煤炭干部管理学院，助理工程师，山西晋城煤业集团长平公司，山西省晋城市，０４８００６． Analysis on the Application of the Electric Traction Coal-cutterZHANG Qin, NING Haidong ABSTRACT This paper analyzes on and probes into several problems existing in the application of the electric traction coal-cutter such as D.C. traction and I.C. traction, converter’s machine-carrying and non-machine carrying, and the selection of the converter, etc., and puts forward some rational suggestions on constructing the modern mine with higher yield and higher efficiency. KEY WORDS coal-cutter; electric traction; converter