摘要：随着煤矿产业的快速发展，越来越多的带式输送机被应用于煤矿生产中。针对带式输送机在运行过程中电动机功率不平衡的问题，提出按转矩进行负荷分配，在基于功率跟踪控制策略的基础上，确定主电动机采用速度闭环的变频调速方式，从电动机为由主电动机提供转矩给定的控制方式;主、从电动机在转矩分配给定的基础上采用无速度传感器的直接转矩控制与空间电压矢量调制相结合的控制方式，可以对转矩进行直接控制而保证功率平衡，同时通过磁通优化改善电动机运行性能。通过仿真和实际现场应用参数验证了此方法可以有效地进行输出转矩分配，并实现功率平衡控制。本文主要针对双电动机分别驱动２个滚筒的情况进行研究，为了保证２个电动机输出功率平衡，根据转矩进行负荷分配。采用变频驱动的主从控制方法，主机为速度、磁链闭环的矢量控制，从机为速度级联下的转矩控制，主、从机在转矩分配给定情况下进行转矩闭环控制，从而实现电动机功率平衡控制。
关键词：电机；变频驱动；带式输送机；功率平衡控制?
引言
带式输送机的调速方式主要有液力耦合器调速、液体黏性离合器调速、变频调速等。随着变频调速技术的成熟，带式输送机越来越多地采用变频器驱动，为实现带式输送机调速和功率平衡控制带来了方便。
1输送带特性
一般情况下，综采工作面的输送机分为带式输送机和刮板输送机。输送带主要由外部覆盖层、中间骨架、隔离层三部分组成，为确保其能适应工作面的生产需求，输送带具有良好的静特性、动特性以及黏弹性。其中，动特性作为其在工作中所体现的性能需满足滞后特性、蠕变特性、松弛特性以及频率特性。目前，在众多的黏弹性模型中以Voigt模型最为能够体现输送带实际的黏弹性。因此，本文在建模中采用Voigt模型进行仿真建模。
2矢量控制原理
随着交流变频技术的发展，变频控制技术日渐成熟，对于电机调速来说，利用变频技术，能够非常好地解决调速问题。交流异步感应电动机的矢量控制策略简称VC，其基本原理是模拟直流电动机的控制思路，通过坐标变换将异步感应电动机的兰相旋转磁场等效地变换成一个旋转的直流磁场，进而将变换后的定子电流矢量解耦为两个独立的变量，从而按照磁场定向的原理实现分别控制磁场和转矩的目的。
转子磁场定向矢量控制、定子磁场矢量控制、气隙磁场矢量控制是控制室异步电动机矢量控制中比较常使用的3种控制方法，转子磁链的控制更方便，控制过程中容易产生比较好的控制效果。因此，笔者将围绕转子磁场定向矢量控制的方法实现对异步交流电机相互交链物理量的解耦。
3基于转矩闭环的功率平衡控制方案
通过以上分析，将转矩分配应用于功率平衡控制中，基于转矩跟踪控制策略，主电动机驱动按照常规的速度曲线启动，从电动机驱动跟踪主电动机的转矩进而跟踪主电动机的功率，按照主从控制原理建立主从2个控制回路，其控制框图如图1所示。控制思路为:选择2台电动机分别为主电动机M1和从电动机M2，主电动机变频器根据输送机输送要求对整个系统进行变频调速控制，主电动机的变频器控制系统中，速度环调节器的输出值作为电动机转矩给定值，并通过比例系数计算出T*2，取2台电动机在各自系统中的磁通值做磁通环控制，从而进行直接转矩控制，达到转矩平衡和功率平衡。
图1基于SVM－DTC双电动机拖动功率平衡控制框图
α、β分别为旋转磁场的横、纵坐标;d、q为定子电流分解后的轴分量，分别用于等效励磁电流和转矩电流;ω*r为给定角频率;ωr为根据采集测量值计算出的角频率;ψ*s为给定磁链控制所需磁链;ψs为根据采集测量值计算出的磁场。
对于功率平衡的控制系统，采用直接转矩控制方式可有效地使从电动机转矩跟随主电动机，且直接转矩控制无须考虑定子电流的耦合性，而是直接对电磁转矩进行控制。且本设计采用先进的无速度传感器的直接转矩控制，其可以通过检测定子电流iu、iv，母线电压Vdc和开关函数Sa、Sb、Sc来估算输出电压，进而进行电动机的转速辨识、转矩估算和磁链观测。
传统的直接转矩控制是利用磁链误差和转矩误差通过滞环比较器而选择相应的开关矢量表，这种方式存在开关频率不固定，低速时转矩脉动大等缺点。笔者利用PI调节器取代了传统的滞环比较器，在同步旋转坐标系下可以得到参考电压矢量ud、uq，并将其转换到静止坐标系下得到逆变器控制的参考电压u*α、u*β，便可对逆变器进行空间电压矢量调制(SVPWM)。这种直接转矩与SVM相结合的控制方式可以有效进行磁通优化，使电动机磁通矢量按圆形旋转，使电动机平稳运行。
4仿真分析
4.1负载大小对功率不平衡的影响
带式输送机头部电机和尾部电机的电流大小可判断其在运行时是否存在功率不平衡的问题。本文将对空载、50%负载以及满载三种情况进行仿真分析。在空载状态下头部电机和尾部电机不存在功率不平衡的现象；50%负载状态下头部电机的输出电流值明显高于尾部电机，即说明存在功率不平衡的现象，其功率不平衡度达23%；满载状态下头部电机的输出电流值明显高于尾部电机，即说明存在功率不平衡的现象，其功率不平衡度达30%。
4.2延时启动对功率不平衡的影响
本文对头部电机延时3s启动、头部电机延时6s启动以及头部电机延时9s启动三种情况下的功率不平衡进行仿真分析。不同延时情况下的头部电机电流和尾部电机电流的结果。当头部电机延时6s启动时，其功率不平衡率降低为4.23%。
综上所述，可根据带式输送机的负载情况采用适当的延时启动策略实现设备在启动过程中的功率平衡。
结语
多点驱动的皮带运输机按照转矩对其负载进行分配，通过利用基于功率跟随控制方式，主电动机的变频调速方式采用速度闭环式，主从电机之间的转矩分配给定通过两台电机上安装的无速度传感器对两台电机转速进行实时监测，当出现差值时通过由主电动机提供转矩给定对从电动机的转矩进行控制，最终实现对两台电机之间的功率平衡进行控制。在煤矿回采工作面皮带顺槽进行的现场应用参数验证了该方法能够有效地实现多点驱动皮带输送机的输出转矩分配，从而实现功率平衡控制。
参考文献
［1］韩东劲，梁平，蒋卫良．带式输送机差动液黏调速器多机功率平衡的研究［J］．煤炭学报，2006，31(6):829－832．
［2］郭建军，郭建廷．带式输送机多机拖动功率平衡问题的探讨［J］．煤炭科学技术，2008，36(1):88－91．
作者简介：
刘杰 男 1987年10月生人 毕业于西安理工大学电气工程及其自动化专业，本科学历，国家注册安全工程师，国家注册一级建造师，中级职称，现就职于陕煤集团神木柠条塔矿业公司。
李辉 陕煤集团神木柠条塔矿业有限公司，毕业于西安科技大学电子信息科学与技术专业，本科学历，中级职称，现任皮带运输工区党支部书记。