在煤矿开采过程中，采煤机作为关键设备，其牵引系统的稳定性和效率对于提高煤矿生产效率和保障工人安全至关重要。随着采煤机装机功率的提升和煤矿开采环境的复杂化，对牵引系统的性能要求也越来越高。然而，在采煤机牵引系统中，由于双电机刚性连接和负载变化等原因，常常会出现功率不平衡的问题，这不仅会影响牵引系统的稳定性，还会降低采煤机的工作效率，甚至对设备造成损害。

一、采煤机牵引变频器的重要性和作用

采煤机牵引变频器在煤矿生产中具有显著的重要性和作用，主要体现在以下几个方面：

提高采煤机效率，采煤机是煤矿生产中的核心设备，其效率直接决定了煤矿的产量和经济效益。传统的采煤机采用机械速度调节方式，存在煤尘污染、噪音大、转速精度不高等问题，难以满足高效率生产的要求。采煤机牵引变频器采用电子调速技术，通过精确控制电机的转速，能够根据工况变化及时调整电机功率和电流，从而显著提高采煤机的生产效率和品质。

优化牵引系统性能，采煤机牵引变频器通过变频调速技术，限制起动电流，保证启动转矩，使采煤机能够按照需要的速度行走工作，优化了牵引系统的性能。变频器具有多种保护功能，如过流、过压、欠压、超温、短路等，能够确保牵引系统的安全运行。

适应复杂工况，采煤机牵引变频器可实现四象限运行，适用于工作在大坡度采煤工作面的采煤机，具有高速调车功能，能够满足复杂工况下的作业需求。变频器具有RS-485通讯口，可实现与采煤机上位机的通讯，显示工作状态和运行参数，方便操作人员对采煤机进行实时监控和管理。

减少能耗和成本，通过控制电机的转速，采煤机牵引变频器可以根据实际需要调节电机输出功率，从而降低能耗和运营成本。同时，由于变频器的精确控制，采煤机在工作过程中的振动和冲击减小，降低了设备的磨损和故障率，延长了设备的使用寿命。

提升安全性，采煤机牵引变频器的应用降低了采煤机的噪音和振动水平，改善了工作环境，提高了工人的工作舒适度和安全性。变频器的多种保护功能能够及时发现和处理设备故障，避免了因设备故障导致的安全事故。

二、采煤机牵引变频器功率不平衡问题的现状和影响

在采煤机牵引系统中，由于双电机刚性连接和负载变化等原因，功率不平衡问题普遍存在。这不仅影响牵引系统的稳定性，还可能对设备造成损害。采煤工况的复杂性增加了牵引系统功率平衡控制的难度。采煤机需要应对不同硬度、不同厚度的煤层，以及变化多端的采煤环境，这些都会影响到牵引电机的功率输出。传统的控制策略虽然在一定程度上能够解决功率不平衡问题，但往往存在控制精度不高、响应速度慢等局限性。因此，需要研究更为先进的控制策略来解决这一问题。

降低系统稳定性，功率不平衡会导致牵引系统的不稳定，影响采煤机的正常运行。例如，电机受力不均可能导致电机转子产生振动，进一步加剧系统的不稳定性。增加能耗，功率不平衡会导致电机运行效率降低，从而增加能耗。这不仅增加了运营成本，也不符合节能减排的环保要求。缩短设备寿命，功率不平衡产生的机械应力会加速电机零部件的老化磨损，从而影响电机的使用寿命。长期运行在不平衡状态下，可能导致设备提前报废。降低生产效率，功率不平衡会导致采煤机运行不稳定，进而影响其生产效率。这不仅影响了煤矿的产量和经济效益，也增加了维护成本和停机时间。增加安全隐患，功率不平衡可能引发设备故障，甚至导致安全事故的发生。这对工人的生命安全构成威胁，也增加了企业的安全风险。

三、采煤机牵引变频器的工作原理与系统构成

3.1 采煤机牵引变频器的基本工作原理

3.1.1 电源输入与预处理

电源输入，首先，通过机内变压器将电压降为380V或400V，作为变频器的输入电源。整流电路，变频器内部的三相不控桥式整流电路将输入的交流电转化为直流电。

3.1.2 直流电处理

平波回路，经过整流电路后的直流电进入平波回路，该回路主要用于消除脉动，保证直流电的稳定。滤波电容，在直流回路中，使用4只大滤波电容组成直流回路，进一步稳定直流电。

3.1.3 逆变与输出

逆变电路，直流电经过逆变回路（由6只IGBT组成的桥式电路）逆变为电压、频率可调的交流电。控制策略，通过正弦脉冲宽度调制（SPWM）控制电路控制逆变电路，实现交流电的频率和电压的精确调节。输出，最终，变频器输出的交流电供给牵引电机使用，驱动采煤机进行工作。

3.1.4 控制逻辑与保护

控制逻辑，变频器内部的控制逻辑根据采煤机的运行需求，如速度、方向等，实时调整输出电压和频率，实现精确控制。保护功能，变频器具备过流、过压、欠压、超温、短路等多种保护功能，确保在异常情况下能够迅速切断电源，保护设备和人员安全。

采煤机牵引变频器通过整流、逆变等过程，将输入的交流电转化为适合牵引电机使用的可调交流电，并根据采煤机的运行需求实时调整输出参数，实现高效、稳定的驱动。同时，其内部的控制逻辑和保护功能保证了设备和人员的安全。

3.2 采煤机牵引变频器的系统构成：

煤机牵引变频器系统主要包括以下几个主要部分：

电源输入部分，通过机内变压器将输入的电网高压交流电降压至适合变频器内部电路工作的低压，一般为380V或400V。整流部分，

三相不控桥式整流电路，将输入的交流电（AC）转化为直流电（DC）。

直流处理部分，平波回路：消除直流电中的脉动，保证直流电的稳定。滤波电容：使用大容量滤波电容组成直流回路，进一步稳定直流电压。

逆变部分，逆变电路：由6只IGBT（绝缘栅双极型晶体管）组成的桥式电路，将直流电逆变为电压、频率可调的交流电（AC）。控制策略，通过正弦脉冲宽度调制（SPWM）或其他高级控制策略控制逆变电路，实现交流电的频率和电压的精确调节。

输出部分，输出电路：将变频器输出的交流电供给牵引电机使用，驱动采煤机进行工作。控制逻辑与保护部分，控制逻辑电路：根据采煤机的运行需求和传感器反馈的信息，实时调整输出电压和频率。保护功能，包括过流、过压、欠压、超温、短路等多种保护功能，确保在异常情况下能够迅速切断电源，保护设备和人员安全。

3.3 采煤机牵引变频器的控制方式和控制策略

“一拖一”双电机控制方式，使用两台变频器分别驱动两台交流牵引电机，由这两台牵引电机共同完成采煤机的行走。380V/50Hz的供电电源经过6个快速熔断器分两路进入两台变频器，通过变频器整流、逆变输出频率电压可变的交流电作为牵引电机的供电电源。

直接转矩控制方式，直接控制牵引电机的转矩，实现更直接、更快速的动力响应。这种方式能够更精确地控制采煤机的速度和加速度，提高采煤效率。

控制策略包括以下几种，正弦脉冲宽度调制（SPWM），SPWM是一种广泛应用的逆变电路控制技术，通过调整PWM信号的占空比和频率，控制逆变电路输出的交流电的电压和频率。在采煤机牵引变频器中，SPWM技术用于实现交流电的频率和电压的精确调节，以满足采煤机的运行需求。

运行状态监控，实时监控采煤机的运行状态，包括电流、电压、频率、转速等参数的变化情况。当发现异常情况时，如电机过载、电路短路、输出短路等，及时进行故障判断和处理。

故障处理，变频器具备过流、过压、欠压、超温、短路等多种保护功能，确保在异常情况下能够迅速切断电源，保护设备和人员安全。

对于一些常见的故障，如输出短路、断相故障等，掌握一定的排故技巧，针对不同的故障情况采取不同的处理措施。

本地控制面板调节，通过本地控制面板对变频器的各项参数进行设置和调整，如电机额定功率、电机额定电压和额定频率等。设置好参数后，通过本地控制面板进行检测，确保采煤机的正常运行。

四、采煤机牵引变频器功率不平衡问题分析

采煤机牵引变频器功率不平衡问题是一个需要重点关注和解决的问题，因为它可能影响到采煤机的正常运行和安全性。以下是针对该问题的分析，按照清晰的格式进行分点表示和归纳：

4.1 功率不平衡问题的表现

牵引电机间功率差异显著，当采煤机牵引系统中存在多台电机时，若各电机间功率输出不平衡，会导致某些电机过载运行，而另一些电机则可能处于轻载或空载状态。采煤机运行不稳定，功率不平衡可能导致采煤机在运行过程中出现速度波动、振动加剧等现象，影响采煤效率和设备寿命。能耗增加，功率不平衡意味着系统中存在能量浪费，可能导致整体能耗增加，不符合节能减排的要求。

4.2 功率不平衡问题的原因

电机参数不一致，若系统中各电机的额定功率、额定频率等参数不一致，则可能导致功率输出不平衡。变频器参数设置不当，变频器的参数设置对于牵引电机的功率输出具有重要影响。若参数设置不当，如驱动频率过高或过低，可能导致功率不平衡。控制系统故障，控制系统中的传感器、控制器等元件出现故障，可能导致对牵引电机的控制不准确，从而引起功率不平衡。机械系统故障，如牵引轮、传动轴等机械部件的磨损或故障，可能导致牵引电机在运行过程中受到额外阻力，引起功率不平衡。

4.3 功率不平衡问题的解决方法

检查电机参数，确保系统中各电机的参数一致，如额定功率、额定频率等。对于参数不一致的电机，需要进行更换或调整。调整变频器参数，根据采煤机的实际运行情况和需求，调整变频器的参数设置，确保各牵引电机的功率输出平衡。排查控制系统故障，对控制系统中的传感器、控制器等元件进行检查和维修，确保其对牵引电机的控制准确可靠。检查机械系统，对采煤机的机械系统进行检查和维护，确保各部件的正常运行，减少额外阻力对牵引电机的影响。

4.4 预防措施

定期维护和检查，定期对采煤机牵引变频器及其相关部件进行维护和检查，及时发现并解决问题。选用优质部件，在选购牵引电机、变频器等关键部件时，应选择质量好、性能稳定的产品。合理配置系统，在系统设计时，应充分考虑各部件的匹配性和兼容性，确保系统的稳定运行。加强人员培训，提高操作人员的技能水平，使其能够熟练掌握采煤机的操作和维护方法，减少因人为因素导致的功率不平衡问题。

五、采煤机牵引变频器功率平衡控制策略的研究

采煤机牵引变频器功率平衡控制策略的研究是一个重要且复杂的课题，功率不平衡问题的影响，牵引电机偏载，功率不平衡容易导致牵引电机偏载，使其中一台电机过载运行，降低设备使用寿命。系统效率低下，功率不平衡会降低整个牵引系统的效率，增加能耗。安全隐患，长期功率不平衡运行可能导致设备故障，甚至引发安全事故。

基于矢量控制和在线电机参数辨识的控制策略，原理：通过矢量控制实现牵引电机的速度闭环控制，同时利用在线电机参数辨识技术准确辨识电机参数，提高矢量控制的精度。优点，能够解决两台牵引电机功率不平衡的问题，保证牵引电机的稳定运行。实际应用，该策略已经通过样机实验证明其有效性。

基于自抗扰控制的转速主从、转矩交叉耦合控制策略，原理，利用自抗扰控制算法提高系统的鲁棒性和稳定性，通过转速主从和转矩交叉耦合的方式实现双电机的功率平衡。优点，该策略能够提升系统的控制性能，实现牵引系统功率平衡。

控制策略的实施要点，精确测量，准确测量牵引电机的电流、电压、转速等参数，为控制策略提供可靠的数据支持。参数调整，根据采煤机的实际运行情况和需求，调整变频器的参数设置，确保控制策略的有效性。实时监控，实时监控牵引系统的运行状态，包括电机功率、系统效率等指标，及时发现并处理功率不平衡问题。

    采煤机牵引变频器功率平衡控制策略的研究对于提高采煤机的运行效率和安全性具有重要意义。通过矢量控制、在线电机参数辨识、自抗扰控制等先进技术的应用，可以有效解决牵引电机功率不平衡的问题。未来，随着技术的不断进步和采煤机性能的提升，功率平衡控制策略的研究将继续深入，为采煤机的发展提供更有力的技术支持。

六、结束语

随着采煤技术的不断发展和设备性能的提升，对采煤机牵引变频器功率平衡控制策略的要求也越来越高。未来，我们可以从以下几个方面进行深入研究：采煤机牵引变频器功率平衡控制策略的研究是一个持续不断的过程。我们需要不断探索新的控制技术和方法，优化现有的控制策略，以满足采煤机性能提升和安全生产的需求。

参考文献：

[1]蒋德智,荣相,陈雯雅,等.一种矿用变频器异步电动机参数离线辨识方法[J].工矿自动化.2021,(8).

[2]胡冰,张利军,崔晓光,等.基于改进电压模型的感应电机无速度传感器矢量控制[J].微特电机.2020,(2).

[3]葛红兵.电牵引采煤机牵引部可靠性分析[J].工矿自动化.2018,(4).

[4]邓永红,曹浩堃,张全柱.采煤机牵引四象限变流器驱动控制系统设计[J].工矿自动化.2016,(7).