高效永磁同步電機在乳化液泵站中的應用及驗證

摘 要：本文介紹了高效永磁同步電機驅動的乳化液泵站的原理，并對系統關鍵元器件進行計算選配，最后通過試驗對比驗證了永磁同步電機的良好節能效果。

關鍵詞：高效 永磁同步電機 乳化液泵站 驗證

1.引言

乳化液泵站是用來向綜采工作面液壓支架或高檔普采工作面單體液壓支柱等輸送高壓乳化液的設備，是機械化采媒工作面的主要裝備之一。現有乳化泵站一般采用Y系列三相異步電機驅動，在泵站為負載系統充液、補液及卸荷工況下電機均以基本恒定的轉速工作，無法在泵站卸荷工況下減小泵站輸出流量，造成大量的能量損耗。本文用永磁同步電機調速系統作為泵站的動力裝置進行應用研究，并與普通異步電機驅動系統同時進行能耗試驗，以驗證節能效果。

2.高效永磁同步電機驅動的乳化液泵站驅動系統原理方案

高效永磁同步電機驅動系統主要由永磁同步電機、電機控制器、減速器、柔性聯軸器和冷卻水路等部分組成，系統工作原理示意圖見圖1。

圖1 驅動系統工作原理示意圖

永磁同步電機的輸出經過減速器減速后將扭矩傳遞給乳化液泵，作為泵站工作的動力；電機控制器用來接收并處理泵站負載系統中壓力傳感器采集的壓力信號，判斷乳化液泵的最優工況，從而根據乳化液泵的工況控制電機的輸出轉速，電機控制器還可進行交流電轉換直流電；柔性聯軸器用來連接減速器輸出軸和乳化液泵輸入軸；冷卻水路通過水循環系統確保電機及電機控制器在適宜的工作溫度下工作。

3.驅動系統選配

3.1.驅動系統參數確定

乳化液泵主要技術參數要求見表1。

表1 乳化液泵主要技術參數要求

根據以上參數要求，選擇公司自主研制的型號為220ST-X41的調速永磁同步電機，其性能參數見表。根據電機參數，選擇匹配的控制器，型號為DKQ4635-A31，輸出容量為100KVA，水冷冷卻。

表2 220ST-X41電機參數

3.2.3.壓力傳感器

壓力傳感器用來采集負載系統壓力，并把壓力信號反饋給電機控制器，電機控制器據此判斷乳化液泵站工況，然后調節電機輸出轉速以滿足不同工況的需求。壓力傳感器反饋的信號為DC24V，4～20mA對應系統的壓力為0～60MPa。

4.試驗驗證

2012年6月13日，公司與平煤機械共同對使用永磁同步電機調速系統的泵站和使用普通異步電機的泵站進行了能耗對比測試。測試的內容為兩套系統在保壓工況下的能耗對比，試驗過程見表3。

表3 試驗過程

試驗結果：永磁同步電機驅動乳化液泵站能耗為6.6KW，普通異步電機能耗為8.4KW，前者相比后者節能21.4%。

5.結論與展望

通過試驗對比可以看出，永磁同步電機驅動系統在乳化液泵站中應用節能效果明顯，具有較強的經濟效益和社會效益。

同時永磁同步電機驅動系統的節能效果還可以進一步提升，實例中采用恒壓控制，若修改電機轉速的控制邏輯，使系統的壓力在保壓過程中也在一個區間內波動，將會在一定程度上提高系統效率。

參考文獻：

[1]乳化液泵站 馬維緒，許昭瞭，煤炭工業出版社 1987

[2]電機拖動及其控制技術，王暄等，中國電力出版社 2010