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煤礦綜合機械化采煤工作面的主要運輸設(shè)備是刮板運輸機，在生產(chǎn)中，鑒于煤塊傳輸?shù)膹?fù)雜性和機械傳動的固有特性，會發(fā)生驅(qū)動電動機堵轉(zhuǎn)的故障，嚴重時燒毀電動機。為減少刮板運輸機的故障而優(yōu)化機械傳動的結(jié)構(gòu)，卻只能有限地提高傳送效率。設(shè)計先進的電動機驅(qū)動設(shè)備、實現(xiàn)機械結(jié)構(gòu)的柔性電控已成為驅(qū)動技術(shù)的關(guān)鍵。

目前我國煤礦用大型刮板運輸機的驅(qū)動方式有多種。

• 有相關(guān)學(xué)者采用了液壓驅(qū)動技術(shù)，它具有較強的抗沖擊性能和過負荷保護能力，但是液壓裝置發(fā)熱量大，液壓及控制系統(tǒng)復(fù)雜，調(diào)速性能差，維護量大。
• 有學(xué)者采用了雙速電動機控制驅(qū)動，雖減少了故障率，但其起動沖擊大，制造成本高。
• 有學(xué)者使用了軟起動技術(shù)，它起動力矩不大，在重載時很容易使電動機堵轉(zhuǎn)。
• 有學(xué)者采用了交直交變頻技術(shù)，該技術(shù)控制多重變壓器設(shè)計，成本較高，逆變模塊集成柵極換流晶閘管（intergrated gate commutated thyristors, IGCT）的過載能力弱，故障率高，整個設(shè)備成本也偏高，在實際中應(yīng)用還有很大的困難。

中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司、中國能源建設(shè)集團天津電力設(shè)計院有限公司的研究人員研發(fā)了一種數(shù)字交交變頻技術(shù)，借助運算速度較快的邏輯數(shù)字控制芯片，將其作為核心運算器，控制架構(gòu)采用主從式控制，實現(xiàn)主控制器分別向A、B、C三相發(fā)送命令數(shù)據(jù)幀，達到主從設(shè)計解耦控制的目的。根據(jù)Simulink環(huán)境下的仿真結(jié)果，研究者驗證了刮板運輸機在不同重載情況下都可以順利起動。

圖1 變頻器主電路拓撲結(jié)構(gòu)和總體結(jié)構(gòu)控制框圖

圖2 交交變頻器的軟件設(shè)計流程圖

仿真結(jié)果表明，改變調(diào)制比，起動轉(zhuǎn)矩可以達到額定值的2～3倍，實現(xiàn)了柔性電控的效果，完全可以適應(yīng)重載起動的場合，特別適用于礦用大功率刮板運輸機的驅(qū)動。同時，還驗證了交交變頻的可行性，為實際應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

礦用刮板運輸機用來運送采煤機開采的煤礦，質(zhì)量大，重載時需要較大的轉(zhuǎn)矩來驅(qū)動傳送帶。本次研究的采用數(shù)字交交變頻器來驅(qū)動大型刮板運輸機，不但具有良好的起動特性，較高的過載能力，較強的環(huán)境適應(yīng)能力，對電網(wǎng)沖擊小，而且結(jié)構(gòu)簡單，占地面積小，成本低廉，維修方便，是大功率刮板輸送機理想的驅(qū)動裝置。

以上研究成果發(fā)表在2020年第2期《電氣技術(shù)》雜志，論文標題為“一種數(shù)字控制交交變頻的起動技術(shù)研究”，作者為楊東磊、解存福、趙建陽。