王旭強(qiáng)

(河南平煤神馬電氣股份有限公司，河南 平頂山 467000)

0 引言

根據(jù)礦用變頻器的功能，在煤礦井下作業(yè)過程中，礦用的變頻器作用包括調(diào)控電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速率和電機(jī)頻率，進(jìn)一步改善乳化液泵供液，輔助煤礦井下工作的設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。在一拖多變頻器對(duì)乳化液泵調(diào)控過程中，可能會(huì)出現(xiàn)乳化液泵故障、乳化液泵啟動(dòng)浪涌電流等問題，因此需要通過工頻(固定50 Hz/s)/變頻(從1～50 Hz可調(diào)節(jié))不斷調(diào)整回路，采用變頻器調(diào)控實(shí)現(xiàn)對(duì)乳化液泵的不斷調(diào)整來調(diào)控4臺(tái)乳化液泵電機(jī)，通過研究新技術(shù)，化解乳化液泵切換的難點(diǎn)，保障煤礦井下作業(yè)的供液需求。

1 礦用變頻器構(gòu)成

礦用變頻器包括I/O接線(即輸入和輸出接口)、功率單元(通過功率電力電子器實(shí)現(xiàn)高壓變頻)與主控系統(tǒng)、隔離變壓器柜，使其不受其他高頻電磁的干擾，具備抗干擾和防爆破作用。變頻器的功率范圍涵蓋較廣，有660 V，1 140 V，3 300 V的電壓等級(jí)，變頻器如果在井下作業(yè)，應(yīng)與電源保持適當(dāng)?shù)拈g隔。用于礦用的變頻器必須具備可靠的安全性能、可用于操作或作業(yè)的使用壽命較長(zhǎng)等性能，以使得其在環(huán)境多變的煤礦井下的作業(yè)能夠順利開展。

2 以1臺(tái)變頻器帶動(dòng)多臺(tái)乳化液泵的控制以及變頻器的回路

2.1 變頻器的電氣回路

以1臺(tái)用于礦用的變頻器來帶動(dòng)多臺(tái)乳化液泵共同作業(yè)的操作方式，能將頻率操作、數(shù)個(gè)乳化液泵和3套乳液泵工頻集成控制同時(shí)實(shí)現(xiàn)，此時(shí)煤礦井下的乳化液體系的容量上限是4臺(tái)。不同的工頻電路、四路變頻對(duì)Ml-M4這些乳化液泵電機(jī)實(shí)現(xiàn)區(qū)別控制，以保證工頻變頻能夠覆蓋各電機(jī)。采取變頻率這一方式啟動(dòng)，能夠減少電流波動(dòng)在乳化液泵啟動(dòng)時(shí)的出現(xiàn)；同時(shí)，為了使乳化液泵電機(jī)在作業(yè)過程中能夠保證頻率的平穩(wěn)，將在工頻(固定50 Hz/s)/變頻(從1～50 Hz可調(diào)節(jié))之間不斷調(diào)整以控制多臺(tái)乳化液泵。

在獲得用于礦用的變頻器在控制乳化液泵電路中的電壓數(shù)據(jù)時(shí)，選取LV100型傳感器，同時(shí)，在獲得電流數(shù)據(jù)時(shí)，選取LT208-S7型電流霍爾傳感器。運(yùn)用自動(dòng)化PLC控制器檢查，完成了優(yōu)質(zhì)的礦用變頻器對(duì)回路工頻和變頻的自由調(diào)整。

2.2 變頻器以1臺(tái)變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)乳化液泵控制

在煤礦井下，通過采用智能化分析來檢測(cè)工作面上的乳化液泵供液情況，自動(dòng)化PLC控制器能夠根據(jù)所發(fā)生的情況在變頻開關(guān)和工頻的共同幫助下，判斷并發(fā)出運(yùn)行供液的指令，工作面上的4臺(tái)電機(jī)(用于乳化液泵)甚至更多臺(tái)電機(jī)被用于礦用的變頻器所控制。

當(dāng)使用礦用變頻器控制多個(gè)乳化液泵時(shí)，自動(dòng)化PLC控制器上被配備了諸多類型的啟動(dòng)順序，PLC控制器能夠采取自動(dòng)設(shè)置循環(huán)模式及作業(yè)方式，從而避免4臺(tái)乳化液泵作業(yè)中的安全隱患，保證每臺(tái)乳化液泵在較長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行過程中可以順利、平穩(wěn)地完成作業(yè)，避免出現(xiàn)乳化液泵的使用壽命較短以及供液不穩(wěn)定的現(xiàn)象。以1臺(tái)變頻器帶動(dòng)多臺(tái)乳化液泵啟動(dòng)這一運(yùn)行方案，分為以下步驟：從第1臺(tái)乳化液泵開始操作，當(dāng)供液不足時(shí)，自動(dòng)化PLC控制器如若識(shí)別出有必要調(diào)整到其他乳化液泵繼續(xù)工作時(shí)，在收到執(zhí)行命令后，變頻器馬上針對(duì)命令作出對(duì)應(yīng)的反映。在變頻器的運(yùn)行基礎(chǔ)上，第1臺(tái)乳化液泵需要調(diào)整為工頻，然后第2臺(tái)乳化液泵需要采取變頻操作的方式，這是為了保證工頻作業(yè)導(dǎo)致的即時(shí)電流能夠最大程度上不對(duì)乳化液泵造成損壞，其余乳化液泵的操作都遵循這樣的方式。

如果頻率和功率切換模式和時(shí)間設(shè)置不正確，就會(huì)出現(xiàn)電流的浪涌波動(dòng)、跳閘等諸多問題，從而干預(yù)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。所以，乳化液泵被變頻器的整個(gè)控制過程非常重要，乳化液泵被變頻器的切換控制將在接下來的內(nèi)容中展開研究。

3 一拖多變頻器對(duì)乳化液泵控制過程

3.1 以1臺(tái)變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)乳化液泵控制的異步切換

用于礦用防爆的變頻器異步切換(無(wú)需網(wǎng)絡(luò)中基站間的同步)的含義為，在不進(jìn)行電壓相位(反映交流電任何時(shí)刻狀態(tài)的指標(biāo))之間切換的前提下，需要檢查輸出電壓的頻率以及變化幅度。異步切換過程是先關(guān)閉變頻，然后再輸入工頻，以保證工頻輸出和頻率轉(zhuǎn)化間不出現(xiàn)短路(異步切換中)現(xiàn)象。為闡釋用于礦用的變頻器，其異步調(diào)整對(duì)多臺(tái)乳化液泵控制方案，以M1電機(jī)為例。

異步開關(guān)的操作時(shí)間需要考慮2個(gè)因素：①波動(dòng)電流(電源頻率電壓的相位差所致)以及定子繞組的感應(yīng)電流(電機(jī)隨時(shí)停止所致)，即要符合1 m的要求(即延長(zhǎng)調(diào)整時(shí)間)。②是鑒于過度滑動(dòng)導(dǎo)致浪涌電流，造成電機(jī)在快要停止時(shí)，其轉(zhuǎn)動(dòng)速度降低，這需要盡量縮短切換時(shí)間。上述2種方式能夠確保

異步開關(guān)操作期間不出現(xiàn)大浪涌電流。但是，在實(shí)際工作中還可能出現(xiàn)電源波動(dòng)，這是因?yàn)轭l率轉(zhuǎn)換以及電壓均不在異步開關(guān)控制的考慮范圍之內(nèi)。此時(shí)，直接操作得到的電壓值要高于有效的電壓值。因此，可縮短異步開關(guān)的切換過程，設(shè)置合理的切換時(shí)間，從而有效以1個(gè)變頻器帶動(dòng)多個(gè)乳化液泵的這種礦用變頻器在操作及控制過程中能夠不出現(xiàn)浪涌波動(dòng)的現(xiàn)象。

3.2 以1臺(tái)變頻器對(duì)多個(gè)乳化液泵實(shí)現(xiàn)控制的同步切換

用于礦用的變頻器，它是通過控制1臺(tái)變頻器帶動(dòng)多個(gè)乳化液泵實(shí)現(xiàn)同步調(diào)整的，此時(shí)裝置的相位差異和電壓均得到控制。與此同時(shí)，在高壓變頻器上可以使用鎖相功能，以避免變頻器的電壓和工作頻率出現(xiàn)不一致現(xiàn)象，能夠達(dá)到?jīng)]有干擾的自由切換，同步切換應(yīng)盡可能不要出現(xiàn)波動(dòng)電流。其中，切換成功的關(guān)鍵標(biāo)志是需要識(shí)別并分析工頻的電壓相位與逆變器電壓輸出值的相同性，其中“鎖相”是上述步驟的關(guān)鍵操作。

不同于異步切換的過程，在同步切換過程中，聲音傳感器無(wú)法檢測(cè)到相關(guān)的噪聲。采取用于礦用變頻器的同步切換，能夠避免電路出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。對(duì)于設(shè)備的電網(wǎng)來說，全部電路的輸出值以及電壓相對(duì)穩(wěn)定，且波動(dòng)的幅度相對(duì)較小。這是因?yàn)樵O(shè)備所使用的同步切換控制系統(tǒng)具備連續(xù)性，能夠避免電機(jī)工作中出現(xiàn)的間斷性問題的存在。在電路的輸出過程中，切換時(shí)出現(xiàn)一些浪涌的形狀。通過“鎖相”這一作用逐漸消除相位差(轉(zhuǎn)換頻率與電源頻率之間)避免出現(xiàn)電壓變化頻率的不一致現(xiàn)象。研究表明，外部環(huán)境干擾工作設(shè)備力度的降低需要使用“鎖相”功能。配合自動(dòng)化PLC控制器，能夠做到自由切換。

4 結(jié)語(yǔ)

1)當(dāng)多個(gè)乳化液泵運(yùn)用異步切換控制時(shí)，縮短切換過程，合理設(shè)置異步切換時(shí)間，能夠保證波動(dòng)浪涌不出現(xiàn)的情況；為最大化消除相位差(轉(zhuǎn)換頻率和電源頻率之間)，可以將“鎖相”作用用于同步切換中，這樣的方式能夠有效避免乳化液泵電機(jī)的電壓變化頻率不一致現(xiàn)象的出現(xiàn)。

2)為使運(yùn)行頻率平穩(wěn)，需控制以1臺(tái)變頻器帶動(dòng)多臺(tái)乳化液泵的使用電流，并用工頻電路或4路變頻電路控制4臺(tái)乳液泵電機(jī)，上述操作能夠保證全部電機(jī)采用工頻或變頻來控制。當(dāng)檢測(cè)電路的電流時(shí)，運(yùn)用LT208-S7型電流霍爾傳感器；當(dāng)檢測(cè)電路的電壓時(shí)，運(yùn)用LV100傳感器。