張曉東

（大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司挖金灣煤業(yè)公司，山西大同 037042）

0 引言

控制挖金灣礦井乳化液泵站運(yùn)行的模式是“組合開關(guān)+電動(dòng)機(jī)+液壓泵”，此種運(yùn)行模式存在啟動(dòng)后行程不可控的缺陷，并且乳化液泵的流量、壓力等參數(shù)會(huì)隨著支架等設(shè)備所受載荷不斷變化[1]。采用控制閥門或者擋板開度調(diào)節(jié)乳化液泵參數(shù)，不僅控制精度差，而且能量損失嚴(yán)重，對(duì)機(jī)械設(shè)備沖擊載荷嚴(yán)重[2-3]。乳化液泵站出口壓力采用人工調(diào)定的機(jī)械閥門調(diào)控，存在誤差較大、自動(dòng)化程度低等問(wèn)題，不能為安全高效生產(chǎn)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。而變頻器具有消耗能量低，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)極調(diào)速等特性，使用變頻器調(diào)節(jié)可以延長(zhǎng)機(jī)械設(shè)備使用壽命。變頻器智能恒壓調(diào)控供液技術(shù)可解決乳化液泵面臨的難題，變頻恒壓供液調(diào)節(jié)結(jié)合了電磁智能調(diào)控技術(shù)[4]，實(shí)現(xiàn)泵站供液平穩(wěn)，自動(dòng)切換工頻/變頻確保乳化液泵連續(xù)性供液。本文簡(jiǎn)單介紹了變頻器的結(jié)構(gòu)組成和調(diào)節(jié)功能，闡述了變頻器調(diào)節(jié)乳化液泵供液的方法，最后將BPJ-315/1140型變頻器在BRW-400/31.5A乳化液泵進(jìn)行了成功應(yīng)用。變頻器調(diào)節(jié)乳化液泵實(shí)現(xiàn)了恒壓供液，大大節(jié)約了用電率，為自動(dòng)化控制生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

1 變頻器

變頻器是結(jié)合變頻與微電子技術(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)工作頻率，從而控制運(yùn)行的機(jī)械設(shè)備。整流、濾波、逆變、控制結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)與檢測(cè)結(jié)構(gòu)以及微處理器等組成了變頻器[5]，根據(jù)電機(jī)實(shí)際工作需求，憑借內(nèi)部IGBT的開斷來(lái)調(diào)整變頻器輸出頻率，最終實(shí)現(xiàn)調(diào)速作用。此外，變頻器還具有保護(hù)過(guò)載、過(guò)流、過(guò)壓和自動(dòng)化的功能。

本文選擇以BPJ-315/1140型變頻器為例進(jìn)行說(shuō)明，該型號(hào)變頻器含有隔離開關(guān)、主接觸器、PLC控制器等，具有響應(yīng)速度快、保護(hù)功能完善、自動(dòng)化程度高等優(yōu)勢(shì)，其主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 BPJ-315/1140型變頻器部分主要技術(shù)參數(shù)

1.1 變頻器電路

（1）主電路

BPJ-315/1140型變頻器主電路主要是給異步電機(jī)提供調(diào)節(jié)電源壓力的電力，分為電壓型和電流型兩類主電路。主電路中的整流器是將電源工頻轉(zhuǎn)為直流功率，主電路還能將變流器與逆變器中的脈動(dòng)電壓調(diào)節(jié)為平穩(wěn)回路，主電路中的逆變器是將交流轉(zhuǎn)換為直流。圖1所示為變頻器的功率分析儀，該分析儀在工作器主要作用的是主電路。

（2）平波回路

圖1 變頻器功率分析儀

BPJ-315/1140型變頻器的整流器雖然能夠?qū)⒔涣髡鳛橹绷麟妷?，但是整流后的電壓頻率較高，與原電壓相比，幾乎高達(dá)6倍的脈動(dòng)電壓，逆變器轉(zhuǎn)換的脈動(dòng)電流也會(huì)促使直流電壓不斷變化。為了平穩(wěn)電壓，電路中采用電感和電容來(lái)吸收波動(dòng)的電壓和電流，進(jìn)而控制整個(gè)回路，此回路稱為“平波回路”。

（3）控制電路

為調(diào)節(jié)異步電機(jī)的電壓、頻率，需要給控制端一個(gè)信號(hào)，此信號(hào)的輸送稱為控制電路?？刂齐娐钒ㄟ\(yùn)算電路、檢測(cè)電路、信號(hào)放大電路、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路等。

1.2 變頻器功能作用

（1）變頻節(jié)能

通過(guò)工頻/變頻的切換，實(shí)現(xiàn)對(duì)乳化液泵變頻調(diào)速。在BPJ-315/1140型變頻器的調(diào)節(jié)下，BRW-400/31.5A乳化液泵在同等條件下運(yùn)行可以節(jié)約用電達(dá)到30%，節(jié)能效果理想。

（2）自動(dòng)化應(yīng)用效果好

BPJ-315/1140型變頻器的微處理器具有邏輯的運(yùn)算和智能自動(dòng)化控制功能，配備了較為完善的監(jiān)測(cè)、保護(hù)、分析、計(jì)算單元，在控制BRW-400/31.5A乳化液泵中，其自動(dòng)化應(yīng)用效果明顯。

（3）實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動(dòng)

乳化液泵站的電機(jī)硬啟動(dòng)嚴(yán)重?fù)p害供電系統(tǒng)，在啟動(dòng)過(guò)程中會(huì)瞬時(shí)拉動(dòng)電網(wǎng)中電流波動(dòng)，產(chǎn)生局部超大電流，引起供電系統(tǒng)震蕩，乳化液泵的閥門、管路等設(shè)施將會(huì)受到嚴(yán)重?fù)p傷，而且對(duì)整個(gè)電路中的設(shè)備壽命也會(huì)產(chǎn)生影響。而變頻器具有工頻/變頻自動(dòng)切換功能，實(shí)現(xiàn)變頻率啟動(dòng)，從而使乳化液泵站電機(jī)軟啟動(dòng)。電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程，電流可以從0開始，慢慢增加，但不會(huì)超過(guò)額定電流，這就避免了對(duì)供電系統(tǒng)或者設(shè)備的損傷，節(jié)約了維護(hù)設(shè)備成本。

2 變頻器控制乳化液泵工作原理

BPJ-315/1140型變頻器控制電機(jī)工作頻率，在BRW-400/31.5A乳化液泵出口安設(shè)壓力傳感器，傳感器監(jiān)測(cè)乳化液泵出液壓力，反饋給控制器，控制器將該壓力與給定值進(jìn)行比較，并判斷是否需要加壓還是減壓。此信號(hào)傳輸至變頻器，隨著乳化液泵供液壓力變化，變頻器通過(guò)工頻/變頻切換，自動(dòng)調(diào)節(jié)乳化液泵電機(jī)頻率的高低以保持壓力恒定，乳化液泵進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能恒壓供液，確保整個(gè)供液系統(tǒng)維持穩(wěn)定。這就是變頻器控制乳化液泵恒壓工作的原理，如圖2所示。

圖2 變頻器恒壓控制乳化液泵用液

變頻器調(diào)控BRW-400/31.5A乳化液泵運(yùn)行方案如圖3所示。整個(gè)系統(tǒng)由3用1備乳化液泵、組合開關(guān)、變頻器、控制端、傳感器組成。若采煤工作面設(shè)備需要乳化液時(shí)，控制端接收到信號(hào)，將命令變頻器驅(qū)動(dòng)乳化液泵電機(jī)啟動(dòng)，變頻器時(shí)刻根據(jù)接收到的信息調(diào)節(jié)乳化液泵電機(jī)工作頻率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)泵站穩(wěn)定供液。例如，工作面液壓支架在移架時(shí)需要乳化液泵提高液體流量，此時(shí)在變頻器和控制端調(diào)控下維持乳化液泵恒壓工作；不需要移架時(shí)，乳化液泵需要小流量供液，在變頻器和控制端的調(diào)控下維持壓力不變。在用液不大的情況下，變頻器在工頻下控制1號(hào)乳化液泵工作；若需要大流量用液，變頻器切換至變頻狀態(tài)下，同時(shí)控制1號(hào)乳化液泵、2號(hào)乳化液泵和3號(hào)乳化液泵同時(shí)工作。整個(gè)系統(tǒng)在集控端的命令下，變頻器實(shí)現(xiàn)智能自動(dòng)化控制乳化液泵工作，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

圖3 變頻器調(diào)控BRW-400/31.5A乳化液泵運(yùn)行

變頻器還具有溫度保護(hù)和接地保護(hù)功能，一旦乳化液泵溫度過(guò)高，就會(huì)迫使乳化液泵電機(jī)停止運(yùn)行，待冷卻適宜溫度時(shí)重新啟動(dòng)電機(jī)。為了避免漏電，保護(hù)周圍工作人員安全，將接地保護(hù)裝置接入到變頻器中，若出現(xiàn)漏電現(xiàn)象，繼電器立即響應(yīng)，開關(guān)執(zhí)行跳閘。

3 變頻器在乳化液泵中應(yīng)用

為了驗(yàn)證變頻器的調(diào)節(jié)效果，將BPJ-315/1140型變頻器運(yùn)用到大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司挖金灣煤業(yè)中的BRW-400/31.5A乳化液泵中，圖4所示為BPJ-315/1140變頻器調(diào)控BRW-400/31.5A乳化液泵運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)。BPJ-315/1140型變頻器根據(jù)集控臺(tái)收到的設(shè)備用液量和管路壓力開啟泵站電機(jī)數(shù)和運(yùn)行時(shí)間，在壓力傳感器反饋下，自動(dòng)地不斷調(diào)整乳化液泵電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度。BRW-400/31.5A乳化液泵在BPJ-315/1140變頻器調(diào)控下，不僅實(shí)現(xiàn)了無(wú)極調(diào)速，還確保了乳化液泵恒壓供液，大大提高了泵的工作效率。此外，對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)也起到了一定的保護(hù)作用，避免了因乳化液泵電機(jī)過(guò)電流、過(guò)電壓、過(guò)負(fù)載等造成的供電故障，變頻器在乳化液泵中的應(yīng)用取得了良好效果。通過(guò)實(shí)踐表明，BPJ-315/1140變頻器調(diào)控BRW-400/31.5A乳化液泵自動(dòng)化水平高，降低了設(shè)備損耗，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命，提高了工作效率和井下生產(chǎn)安全性，解決了乳化液泵恒壓供液控制難題，對(duì)煤礦高效生產(chǎn)具有重要意義。

圖4 變頻器現(xiàn)場(chǎng)調(diào)控BRW-400/31.5A乳化液泵

4 結(jié)束語(yǔ)

為了解決挖金灣煤業(yè)乳化液泵供液不穩(wěn)定和參數(shù)調(diào)節(jié)困難問(wèn)題，本文探討了變頻器組成結(jié)構(gòu)以及工作原理，闡述了變頻器控制乳化液泵工作原理。通過(guò)應(yīng)用表明，變頻器調(diào)控乳化液泵運(yùn)行效果理想，對(duì)礦井所需乳化液的設(shè)備具有重要意義。

（1）變頻器集變頻與微電子技術(shù)于一身，主要由整流、濾波、逆變、控制、微處理等結(jié)構(gòu)組成。變頻器的電路由主電路、平波回路和控制電路分別擔(dān)負(fù)不同的任務(wù)。變頻器具有變頻節(jié)能、自動(dòng)化程度高、助電機(jī)軟啟動(dòng)等優(yōu)勢(shì)。

（2）在壓力傳感器、集控中心等作用下，變頻器通過(guò)控制乳化液泵電機(jī)工作頻率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)調(diào)控供液。

（3）BPJ-315/1140型變頻器在BRW-400/31.5A乳化液泵中的應(yīng)用表明，變頻器能夠使乳化液泵電機(jī)無(wú)極變速，降低了設(shè)備損耗，提高了工作效率。