變頻器在BRW-400/31.5A乳化液泵中的應(yīng)用

張曉東

（大同煤礦集團有限責(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行的模式是“組合開關(guān)+電動機+液壓泵”，此種運行模式存在啟動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，而且能量損失嚴重，對機械設(shè)備沖擊載荷嚴重[2-3]。乳化液泵站出口壓力采用人工調(diào)定的機械閥門調(diào)控，存在誤差較大、自動化程度低等問題，不能為安全高效生產(chǎn)奠定堅實的基礎(chǔ)。而變頻器具有消耗能量低，能夠?qū)崿F(xiàn)無極調(diào)速等特性，使用變頻器調(diào)節(jié)可以延長機械設(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]，實現(xiàn)泵站供液平穩(wěn)，自動切換工頻/變頻確保乳化液泵連續(xù)性供液。本文簡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乳化液泵進行了成功應(yīng)用。變頻器調(diào)節(jié)乳化液泵實現(xiàn)了恒壓供液，大大節(jié)約了用電率，為自動化控制生產(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)，通過調(diào)節(jié)電機工作頻率，從而控制運行的機械設(shè)備。整流、濾波、逆變、控制結(jié)構(gòu)、驅(qū)動與檢測結(jié)構(gòu)以及微處理器等組成了變頻器[5]，根據(jù)電機實際工作需求，憑借內(nèi)部IGBT的開斷來調(diào)整變頻器輸出頻率，最終實現(xiàn)調(diào)速作用。此外，變頻器還具有保護過載、過流、過壓和自動化的功能。

本文選擇以BPJ-315/1140型變頻器為例進行說明，該型號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、保護功能完善、自動化程度高等優(yōu)勢，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鳛橹绷麟妷海钦骱蟮碾妷侯l率較高，與原電壓相比，幾乎高達6倍的脈動電壓，逆變器轉(zhuǎn)換的脈動電流也會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吸收波動的電壓和電流，進而控制整個回路，此回路稱為“平波回路”。

（3）控制電路

為調(diào)節(jié)異步電機的電壓、頻率，需要給控制端一個信號，此信號的輸送稱為控制電路。控制電路包括運算電路、檢測電路、信號放大電路、驅(qū)動電路、保護電路等。

1.2 變頻器功能作用

（1）變頻節(jié)能

通過工頻/變頻的切換，實現(xiàn)對乳化液泵變頻調(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行可以節(jié)約用電達到30%，節(jié)能效果理想。

（2）自動化應(yīng)用效果好

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

（3）實現(xiàn)電機軟啟動

乳化液泵站的電機硬啟動嚴重損害供電系統(tǒng)，在啟動過程中會瞬時拉動電網(wǎng)中電流波動，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)施將會受到嚴重損傷，而且對整個電路中的設(shè)備壽命也會產(chǎn)生影響。而變頻器具有工頻/變頻自動切換功能，實現(xiàn)變頻率啟動，從而使乳化液泵站電機軟啟動。電機啟動過程，電流可以從0開始，慢慢增加，但不會超過額定電流，這就避免了對供電系統(tǒng)或者設(shè)備的損傷，節(jié)約了維護設(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行比較，并判斷是否需要加壓還是減壓。此信號傳輸至變頻器，隨著乳化液泵供液壓力變化，變頻器通過工頻/變頻切換，自動調(diào)節(jié)乳化液泵電機頻率的高低以保持壓力恒定，乳化液泵進而實現(xiàn)智能恒壓供液，確保整個供液系統(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乳化液泵運行方案如圖3所示。整個系統(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，控制端接收到信號，將命令變頻器驅(qū)動乳化液泵電機啟動，變頻器時刻根據(jù)接收到的信息調(diào)節(jié)乳化液泵電機工作頻率，進而實現(xiàn)泵站穩(wěn)定供液。例如，工作面液壓支架在移架時需要乳化液泵提高液體流量，此時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，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，同時控制1號乳化液泵、2號乳化液泵和3號乳化液泵同時工作。整個系統(tǒng)在集控端的命令下，變頻器實現(xiàn)智能自動化控制乳化液泵工作，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

圖3 變頻器調(diào)控BRW-400/31.5A乳化液泵運行

變頻器還具有溫度保護和接地保護功能，一旦乳化液泵溫度過高，就會迫使乳化液泵電機停止運行，待冷卻適宜溫度時重新啟動電機。為了避免漏電，保護周圍工作人員安全，將接地保護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

為了驗證變頻器的調(diào)節(jié)效果，將BPJ-315/1140型變頻器運用到大同煤礦集團有限責(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乳化液泵運行現(xiàn)場。BPJ-315/1140型變頻器根據(jù)集控臺收到的設(shè)備用液量和管路壓力開啟泵站電機數(shù)和運行時間，在壓力傳感器反饋下，自動地不斷調(diào)整乳化液泵電機轉(zhuǎn)動速度。BRW-400/31.5A乳化液泵在BPJ-315/1140變頻器調(diào)控下，不僅實現(xiàn)了無極調(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，對整個供電系統(tǒng)也起到了一定的保護作用，避免了因乳化液泵電機過電流、過電壓、過負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。通過實踐表明，BPJ-315/1140變頻器調(diào)控BRW-400/31.5A乳化液泵自動化水平高，降低了設(shè)備損耗，延長了設(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，對煤礦高效生產(chǎn)具有重要意義。

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

4 結(jié)束語

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。通過應(yīng)用表明，變頻器調(diào)控乳化液泵運行效果理想，對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)負不同的任務(wù)。變頻器具有變頻節(jié)能、自動化程度高、助電機軟啟動等優(yōu)勢。

（2）在壓力傳感器、集控中心等作用下，變頻器通過控制乳化液泵電機工作頻率，進而實現(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無極變速，降低了設(shè)備損耗，提高了工作效率。