第2期（总第177期)
2013年4月
机械工程与自动化
MECHANICAL ENGINEERING&AUTOMATION
文章编号：1672-6413(2013)02-0175-02
直接转矩控制变频调速在挖掘机中的应用研究
张宏明，全彩霞
（锡林郭勘职业学院，内蒙古锯林浩特026000）
摘要：神华北电能源有限公罚胜利露天矿EX2500电动减压艳据机自投入运行以来能耗较高，采用直接转矩控制技术为核心的高压交流变频器的电气系统对EX2500电动液压挖据机进行节能技术改造。改造后设备的接作性能和技术指标不低于原有性能和指标，变频器通过改变电动机的供电频事改变电机转速以适应不同工况下的作业需求，从而实现节能。
关键调：挖据机；节能；交变频器；直接转矩控制
中图分类号：TU621
0引言
文献标识码：B
No. 2 Apr.
联整流作为三相整流功率控制单元。经过专用抗共模
EX2500电动液压挖掘机是露天煤矿开采的主要设备之一，该设备主要由提升、推压、行走和回转等部分组成，其动力系统采用860kW/6.6kV电机驱动，电气系统采用电动液压系统。该液压铲作业时不管挖据力多大，电机转速是基本恒定的，当负载轻或者等车时会造成很大的电能浪费，使得该铲的电费使用成本很高。应用变频调速技术对其进行改造，对于提高设备的效率，节约电能都是至关重要的。
变频器在挖掘机中的应用 1
电动挖掘机主要用于露天矿装载矿岩，由于北方工矿企业所使用的挖掘机工作条件较为恶劣，特别是在冬季及挖根底作业时，经常出现过大的冲击载荷，基甚至堵转。因此，要求挖掘机电气传动系统的机械特性曲线的包络面积大，具有足够的有用功率和良好的调速性能，能快速地进行加减速，动态响应速度快；系统制动性能好，并能回收能量；系统运行可靠，维修方便。目前矿用挖掘机应用的电气传动系统主要有3种：电动液压传动系统（如EX2500）、直流传动系统（如 WK20)和交流变频调速系统（如WK35）。电动液压传动系统具有耗能高的缺点；而直流传动系统却存在着系统的结构复杂、维修工作量大、效率较低、噪声大，电气系统容易老化、可靠性差、故障率高等缺点；交流变频调速系统具有系统运行可靠、耗能低等优点
现对EX2500型电动减压挖掘机加装变频器进行节能改造。采用西门子罗宾康完美无谐波变频器，由电网高压6kV直接接人高压变频器，高压二极管串
率内蒙古自治区科技厅基金项目（2010780一2060402）收锁日期：2012-11-05；修回日期：2012-11-20
电抗器和特制的电力电容滤波后，直接控制IGBT触发不同的脚以输出不同的电压和频率，从而驱动860kW
电动机在不同工况下根据负荷大小变频调速作业。 2系统加装高速变频调速装置后的节能分析
变频调速系统可针对电动机负荷大小实现无级调速，EX2500型电动液压挖掘机的能耗都与机组的转速有关，电机是根据挖趣过程中可能出现的最大负荷条件进行选择的。而实际生产所需的挖揭力是小于最大挖掘力的，并有空载和等车现象。如果所采用的电动机不能调速，就会造成很大的能量损耗；如果采用电动机调速运行，那么，在满足使用条件的前提下，当需要的挖掘力减小时，只须将电动机的转速相应降低，所消耗在电机上的电能明显减少，从而节约了电能。
交流异步电动机的转速N(r/min)为： N=60f/p。
其中：f为定子供电频率，Hz;P为电动机极对数。改变电机的电源频率就可以改变电机的转速N。电动机输出功率P(kW)为：
P=MXN/9549。其中：M为电机转矩。
由此可见，电机输出功率与负载、转速成正比，当负载减小时，可减小频率，从而降低转速，以实现节能。 EX2500和WK35等常态作业对比见表1，交流变频调速系统挖掘机WK35能耗为0.44kW·h·m-3，具有节约电能、调速性能好、可靠性高、维护量小、生产效率高、功率因数高等优点。电动液压系统的EX2500能
作者简介：张宏明（1961-)），男，内蒙古锯林浩特人，副教授，高级工程师，硕士，研究方向；电气自动化技术，