采煤机变频器对拖加载实验设备

技术领域

本发明涉及一种针对采煤机变频器的实验设备，适用于矿用采煤机变频器的电机加载、主从负荷调节等型式实验。

背景技术

近年来，采煤机技术得到迅猛发展，总体而言，“变频+电机拖动”仍然是采煤机上唯一主流的牵引方式。采煤机牵引调速系统通常采用“一拖一”方式，即两台变频器分别拖动两台牵引电机，两台变频器分别设置成主机和从机。

目前，针对采煤机变频器的主要实验手段仍然是对拖加载，即被试电机的输出轴与陪试电机的输出轴硬连接，陪试变频器设计为转矩控制，充当被试电机的负载。现有的采煤机变频器加载实验设备都只能对单台被试电机加载或者对两台被试电机分别独立加载，不能实现主从两台被试电机之间负载间的耦合，因此不能测试主、从被试电机的主从调节性能，不能对采煤机牵引电机的实际载荷情况进行模拟。具体说就是：加载时，如果给单台电机施加负载，会造成两台电机转速差一直处于速度视窗的最大值，不能调节至速度平衡；如果给两台电机同时施加负载，速度一旦出现波动，也会进入速度视窗的极限值，不能体现出两台电机负载调节的实际变化情况，因此不能同时进行两台被试电机的加载实验和主从性能测试。

另外现有的实验设备中的变频器普遍采用两象限变频器，回馈能量通过制动电阻消耗，不够节能。

发明内容

本发明的目的是提供一种采煤机变频器对拖加载实验设备，能够模拟采煤机两台牵引电机的负荷平衡状态，实现主被试电机和从被试电机的主从负荷平衡性能测试，更为真实地反映采煤机牵引调试系统的现场工况条件，提高实验结果的可信度。

本发明的主要技术方案有：

一种采煤机变频器对拖加载实验设备，包括主电机对拖加载实验装置和从电机对拖加载实验装置，所述主电机对拖加载实验装置包括主被试电机、主陪试电机以及分别用于驱动主被试电机和主陪试电机的主被试变频器和主陪试变频器，所述主被试电机和主陪试电机的输出轴同轴固定连接，所述从电机对拖加载实验装置包括从被试电机、从陪试电机以及分别用于驱动从被试电机和从陪试电机的从被试变频器和从陪试变频器，所述从被试电机和从陪试电机的输出轴同轴固定连接，主被试电机和从被试电机的输出轴之间通过链轮、链条连接，所述主陪试变频器和从陪试变频器均采用转矩控制。

所述主被试电机和主陪试电机的输出轴通过主联轴器固定连接，所述从被试电机和从陪试电机的输出轴通过从联轴器固定连接，主联轴器和从联轴器上各自同轴固定安装有主链轮和从链轮，所述链条包绕在主链轮和从链轮上并同时与主链轮和从链轮啮合。

所述采煤机变频器对拖加载实验设备还包括主电机扭矩传感器和从电机扭矩传感器，所述主电机扭矩传感器和从电机扭矩传感器分别相对主被试电机的输出轴和从被试电机的输出轴固定安装。

所述主电机扭矩传感器和从电机扭矩传感器的精度等级不小于0.1。

所述主被试电机、主陪试电机、从被试电机和从陪试电机固定在实验台底座上，组成测试平台，所述主陪试变频器、从陪试变频器安装在操作台上。

所述操作台上还设置有控制装置和操作按钮，所述控制装置通过两路总线分别对所述主陪试变频器和从陪试变频器进行控制，所述操作按钮的输出端连接所述控制装置的输入端。

所述操作按钮包括变频电源启动按钮、变频电源停止按钮、负载电源启动按钮、负载电源停止按钮、单体和联动模式切换按钮、第一负载启动按钮、第一负载停止按钮、第二负载启动按钮、第二负载停止按钮、第一负载转矩给定旋钮、第二负载转矩给定旋钮以及加载和回馈切换拨钮。

所述主陪试变频器和从陪试变频器优选采用四象限变频器，且其中的整流和逆变模块均采用IGBT。

本发明的有益效果是：

本发明通过在主、从被试电机间增加硬连接耦合，使相应的对拖加载实验设备能够对两台牵引电机的负荷平衡进行模拟工况实验，可以进行主被试电机和从被试电机的主从负荷平衡性能测试。由于可以最大限度模拟采煤机牵引调速系统的现场工况条件，因此使得测试结果更具有说服力、可信度以及参考意义。

所述主陪试变频器和从陪试变频器采用四象限变频器，且其中的整流和逆变模块均采用IGBT，能够在回馈状态时将能量回馈至电网，更加节能。

附图说明

图1为本发明的原理框图；

图2为本发明的测试平台的一个实施例的布置图；

图3为本发明的一个实施例的布置图。

附图标记：

1.主被试电机；2.从被试电机；3.主陪试电机；4.从陪试电机；5.主被试变频器；6.从被试变频器；7.主陪试变频器；8.从陪试变频器；9.主电机扭矩测量传感器；10.从电机扭矩传感器；11.链条；12.高压熔断器；13.实验台底座；14.操作台；15.主链轮；16.从链轮；17.控制装置；18.操作按钮；19.上位机。

具体实施方式

本发明公开了一种采煤机变频器对拖加载实验设备(可简称实验设备)，如图1-3所示，包括主电机对拖加载实验装置和从电机对拖加载实验装置。所述主电机对拖加载实验装置包括主被试电机1、主陪试电机3以及分别用于驱动主被试电机和主陪试电机的主被试变频器5和主陪试变频器7。所述主被试电机和主陪试电机的输出轴同轴固定连接。所述从电机对拖加载实验装置包括从被试电机2、从陪试电机4以及分别用于驱动从被试电机和从陪试电机的从被试变频器6和从陪试变频器8。所述从被试电机和从陪试电机的输出轴同轴固定连接。主被试电机1和从被试电机2的输出轴之间通过链轮、链条11连接。本发明除了可以进行加载、主从控制和远程控制实验外，由于利用了链轮、链条连接主被试电机和从被试电机，因此还可以实现对主从电机之间的负载耦合特性的模拟，当主电机对拖加载实验装置和从电机对拖加载实验装置同时进行实验时，可最大限度模拟采煤机牵引调速系统的现场工况条件，可以进行主被试变频器和从被试变频器之间的主从性能测试(可简称为主从性能测试)，使测试结果更能反映采煤机变频器工作的真实工况，更具有说服力、可信度以及参考意义。

所述主陪试变频器和从陪试变频器均采用转矩控制，用于模拟主被试电机和从被试电机的负载，通常处于远控状态，由操作台控制，能够实现方向切换，以使被试电机处于加载和回馈两种状态。被试变频器能够分别实现远近控、启停、速度加减和方向切换。本发明可用于检测两台被试变频器的性能和工作状况，能完成对主被试变频器的带负载及通迅测试、从被试变频器的带负载及通迅测试、主被试变频器与从被试变频器之间的通迅及控制测试、主从性能测试等。当进行主从性能测试以外的其他测试时，包括加载特性、远程控制等，可以在不连接所述链条的情况下进行实验。每台电机都可以进行单独控制。

各个变频器经过高压熔断器12接入电网，高压熔断器用于保护变频器。可以几个变频器共用一个高压熔断器。

进一步地，所述主被试电机和主陪试电机的输出轴优选通过主联轴器固定连接，所述从被试电机和从陪试电机的输出轴优选通过从联轴器固定连接，主联轴器和从联轴器上各自同轴固定安装有主链轮15和从链轮16，所述链条11包绕在主链轮和从链轮上，并同时与主链轮和从链轮啮合，以此实现主被试电机1和从被试电机2的输出轴通过链轮、链条11连接。

所述采煤机变频器对拖加载实验设备还包括主电机扭矩传感器9和从电机扭矩传感器10，所述主电机扭矩传感器和从电机扭矩传感器分别相对主被试电机的输出轴和从被试电机的输出轴固定安装，用于实时检测主被试电机和从被试电机的输出轴上实际受到的载荷及其变化情况。

所述主电机扭矩传感器和从电机扭矩传感器的转速可以高达30000rpm，精度等级不小于0.1。

所述主被试电机、主陪试电机、从被试电机和从陪试电机固定在实验台底座13上，组成测试平台，所述主陪试变频器、从陪试变频器安装在操作台14上，实验台底座和操作台各自独立，只是主、从陪试电机分别与主、从陪试变频器相互间保持电气上的连接。所述操作台通常布置于室内，方便操作人员远程操作。主、从被试变频器通常放置在测试平台和操作台之外的独立区域。

所述操作台上还设置有控制装置(PLC)17和操作按钮18，所述控制装置通过两路总线分别对所述主陪试变频器和从陪试变频器进行控制，具体来说是向这两台变频器发送控制指令和给定，并从这两台变频器接收状态字和状态数据。主陪试变频器和从陪试变频器既可以同时给定，也可以分开给定。所述操作按钮的输出端连接所述控制装置的输入端，用于控制指令以及给定的输入。

所述操作台上还设置有上位机19，所述上位机与所述控制装置双向通信连接。

所述操作按钮包括变频电源启动按钮、变频电源停止按钮、负载电源启动按钮、负载电源停止按钮、单体和联动模式切换按钮、第一负载启动按钮、第一负载停止按钮、第二负载启动按钮、第二负载停止按钮、第一负载转矩给定旋钮、第二负载转矩给定旋钮以及加载和回馈切换拨钮。所述加载和回馈切换拨钮可同时调节两台电机的方向，使主从被试电机在加载和回馈状态之间进行转换。第一、第二负载转矩给定旋钮用于给定两台陪试变频器的转矩给定值REF，给定值大小可以从0％调节至100％。

采用本发明所述的实验设备对两台被试电机同时进行加载测试的过程如下：

1)按下主陪试变频器的电源启动按钮，观察主陪试电机的转向，确认该电机的转向；

2)按下从陪试变频器的电源启动按钮，观察主陪试电机与从陪试电机的转向是否相同，如果不同，切换从陪试电机的转动方向；

主被试变频器给定速度1500rpm，按下主被试变频器的电源启动按钮，此时主、从被试电机运行，观察这两台电机的运转方向，确保主、从被试电机的运行方向与相应的陪试电机的运行方向相反；

3)按下第一负载启动按钮和第二负载启动按钮，并观察主、从陪试电机的运行，通过第一负载转矩给定旋钮、第二负载转矩给定旋钮，分别将主、从陪试电机的电流加载至额定电流；

4)待电机运行稳定时，读取主、从被试电机的数据，保存上位机记录的数据曲线。通过上位机记录的数据曲线观察主从调节过程，测试主、从电机的主从调节性能，具体可以通过主从电机电流不平衡度等测试指标反映出来。

采用本发明的所述实验设备进行主从性能测试时，先要确认所述链条与主、从链轮的正常啮合状态。测试时，无论是给单台被试电机加载还是给主、从两台被试电机同时加载，由于主、从被试电机的输出轴之间通过链条、链轮实现耦合，正常情况下两台被试电机最终都可以调节至速度平衡。

对于上述任意一种所述采煤机变频器对拖加载实验设备，所述主陪试变频器和从陪试变频器优选采用四象限变频器，且其中的整流和逆变模块均采用IGBT，能量可以实现双向流动，能够在主陪试电机3和从陪试电机4处于回馈状态时将能量回馈至电网，更加节能。主被试变频器和从被试变频器可以是两象限变频器，也可以是四象限变频器。

本发明能对采煤机牵引系统进行模拟测试，包括变频器的电机控制、主从控制和远程控制的性能检测，能够对变频器产品的运行特性参数进行实际测试，能够同时进行两台变频器的变频加载性能测试，能够完成适用于采煤机牵引调速系统的主从变频器性能测试，验证产品的可靠性，具有功能全面、操作方便、节能环保等特点。