變頻器在BRW-400/31.5A乳化液泵中的應用

張曉東

（大同煤礦集團有限責任公司挖金灣煤業公司，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+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、壓力等參數會隨著支架等設備所受載荷不斷變化[1]。采用控制閥門或者擋板開度調節乳化液泵參數，不僅控制精度差，而且能量損失嚴重，對機械設備沖擊載荷嚴重[2-3]。乳化液泵站出口壓力采用人工調定的機械閥門調控，存在誤差較大、自動化程度低等問題，不能為安全高效生產奠定堅實的基礎。而變頻器具有消耗能量低，能夠實現無極調速等特性，使用變頻器調節可以延長機械設備使用壽命。變頻器智能恒壓調控供液技術可解決乳化液泵面臨的難題，變頻恒壓供液調節結合了電磁智能調控技術[4]，實現泵站供液平穩，自動切換工頻/變頻確保乳化液泵連續性供液。本文簡單介紹了變頻器的結構組成和調節功能，闡述了變頻器調節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用。變頻器調節乳化液泵實現了恒壓供液，大大節約了用電率，為自動化控制生產奠定了基礎。

1 變頻器

變頻器是結合變頻與微電子技術，通過調節電機工作頻率，從而控制運行的機械設備。整流、濾波、逆變、控制結構、驅動與檢測結構以及微處理器等組成了變頻器[5]，根據電機實際工作需求，憑借內部IGBT的開斷來調整變頻器輸出頻率，最終實現調速作用。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、主接觸器、PLC控制器等，具有響應速度快、保護功能完善、自動化程度高等優勢，其主要技術參數如表1所示。

表1 BPJ-315/1140型變頻器部分主要技術參數

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節電源壓力的電力，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節為平穩回路，主電路中的逆變器是將交流轉換為直流。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將交流整流為直流電壓，但是整流后的電壓頻率較高，與原電壓相比，幾乎高達6倍的脈動電壓，逆變器轉換的脈動電流也會促使直流電壓不斷變化。為了平穩電壓，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

為調節異步電機的電壓、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、驅動電路、保護電路等。

1.2 變頻器功能作用

（1）變頻節能

通過工頻/變頻的切換，實現對乳化液泵變頻調速。在BPJ-315/1140型變頻器的調節下，BRW-400/31.5A乳化液泵在同等條件下運行可以節約用電達到30%，節能效果理想。

（2）自動化應用效果好

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，其自動化應用效果明顯。

（3）實現電機軟啟動

乳化液泵站的電機硬啟動嚴重損害供電系統，在啟動過程中會瞬時拉動電網中電流波動，產生局部超大電流，引起供電系統震蕩，乳化液泵的閥門、管路等設施將會受到嚴重損傷，而且對整個電路中的設備壽命也會產生影響。而變頻器具有工頻/變頻自動切換功能，實現變頻率啟動，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或者設備的損傷，節約了維護設備成本。

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乳化液泵出口安設壓力傳感器，傳感器監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，自動調節乳化液泵電機頻率的高低以保持壓力恒定，乳化液泵進而實現智能恒壓供液，確保整個供液系統維持穩定。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

變頻器調控BRW-400/31.5A乳化液泵運行方案如圖3所示。整個系統由3用1備乳化液泵、組合開關、變頻器、控制端、傳感器組成。若采煤工作面設備需要乳化液時，控制端接收到信號，將命令變頻器驅動乳化液泵電機啟動，變頻器時刻根據接收到的信息調節乳化液泵電機工作頻率，進而實現泵站穩定供液。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。整個系統在集控端的命令下，變頻器實現智能自動化控制乳化液泵工作，確保系統穩定運行。

圖3 變頻器調控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，若出現漏電現象，繼電器立即響應，開關執行跳閘。

3 變頻器在乳化液泵中應用

為了驗證變頻器的調節效果，將BPJ-315/1140型變頻器運用到大同煤礦集團有限責任公司挖金灣煤業中的BRW-400/31.5A乳化液泵中，圖4所示為BPJ-315/1140變頻器調控BRW-400/31.5A乳化液泵運行現場。BPJ-315/1140型變頻器根據集控臺收到的設備用液量和管路壓力開啟泵站電機數和運行時間，在壓力傳感器反饋下，自動地不斷調整乳化液泵電機轉動速度。BRW-400/31.5A乳化液泵在BPJ-315/1140變頻器調控下，不僅實現了無極調速，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用取得了良好效果。通過實踐表明，BPJ-315/1140變頻器調控BRW-400/31.5A乳化液泵自動化水平高，降低了設備損耗，延長了設備使用壽命，提高了工作效率和井下生產安全性，解決了乳化液泵恒壓供液控制難題，對煤礦高效生產具有重要意義。

圖4 變頻器現場調控BRW-400/31.5A乳化液泵

4 結束語

為了解決挖金灣煤業乳化液泵供液不穩定和參數調節困難問題，本文探討了變頻器組成結構以及工作原理，闡述了變頻器控制乳化液泵工作原理。通過應用表明，變頻器調控乳化液泵運行效果理想，對礦井所需乳化液的設備具有重要意義。

（1）變頻器集變頻與微電子技術于一身，主要由整流、濾波、逆變、控制、微處理等結構組成。變頻器的電路由主電路、平波回路和控制電路分別擔負不同的任務。變頻器具有變頻節能、自動化程度高、助電機軟啟動等優勢。

（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，進而實現調控供液。

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