淺談乳化液泵變頻與電磁卸載智能聯動控制

安明明　王飛　王少鋒

摘 要：通過討論乳劑泵的頻率控制技術和電磁卸載控制技術的優缺點，提出了頻率與電磁相互作用的卸載智能控制技術。分析了乳化液泵在幾種狀態下的啟動，以及在加載、卸載控制方面的要求，針對控制需求提出了相應的控制方法。在礦山生產應用結果表明，電磁卸載智能聯動控制技術的轉換，可以降低能耗，同時提高供液乳化泵的效率。

關鍵詞：乳化油泵;電磁卸載;聯動控制

0 引言

乳化液泵作為礦井的必要設備，是煤礦井下作業“外注式單體液壓支柱”及“液壓支架”的專用注液設備，為井下作業提供遠遠不懂的動力和重要元件支持，也是支護作業更換維修的不可缺少的工具。因此，在乳化液泵變頻狀態與電磁卸載的聯動方面牽動著礦井作業的方方面面，在提升乳化液泵的效率和井下作業安全有著重要的意義。

1 乳化液泵變頻技術的優勢

乳化液泵變頻技術用于通過改變電源頻率來調節電動機速度，從而實現乳化液泵在不同速度下的運行。通過乳液泵的變頻調速，可以根據液壓系統的實際液體量來控制乳化液泵的運行速率，降低泵站的運行功率，通過安全閥控制乳液泵的壓力，變頻技術可以大大降低乳化液泵的功率損耗。目前溢流閥僅用于控制乳液泵的低功率、低流量，并且大部分乳液泵是通過壓力控制閥卸載的，變頻控制技術能夠通過降低乳液泵的旋轉速度來降低正在運行的空載運行功率，從而降低了能耗，其中變頻泵驅動輸入收集點的電流。負載相位與泵浦頻率的泵浦驅動電流基本相等，而卸載相位變頻泵浦驅動電流明顯低于泵浦頻率。除此之外，變頻技術可以實現乳化液泵的軟啟動，減少泵站啟動階段對電網的影響，降低啟動能耗。

2 乳化液泵變頻技術存在的問題

乳化液泵的變頻技術同樣也存在一些問題，尤其是針對大功率的乳化液泵來說問題較為嚴重。

首先，在負載狀態下降低乳化液泵的運轉速度，乳化液泵將在低速超負荷的狀態下運行，或依靠運動部件的動壓潤滑飛濺潤滑連桿，滑塊，齒輪等運行滑動條件變差，容易使重要的元件磨損更多;第二，在相同負載條件下，轉速越低，滑移角相位異步電動機越大，機電轉換效率越低。 用于控制乳化液泵壓力的卸荷閥，在液體供應總量恒定（有用功的恒定輸出）的情況下，通過頻率控制降低乳液泵的轉速會降低乳液泵的加載階段的效率電動泵站，導致液體供應的功耗增加，被卸載部分變頻節能技術部分抵消了，甚至比使用乳化液泵變頻的情況下發生的泵頻更大;第三，對于使用卸載閥的乳化液泵，降低泵站速度會延長加載階段的持續時間，使機械零件和密封元件長時間處于加載工作狀態，并縮短設備的使用壽命;第四，如果卸載閥的動作與變頻技術的控制不適當配合，將會嚴重影響乳化液泵的壽命和液體供應效率：如果卸載閥的卸壓壓力太高，乳化液泵將處于長時間低速和重載運行狀態，降低乳化液泵的使用壽命。如果卸載閥的壓力設置得太低，則在設定變頻器的上限之前提前達到乳化液泵的輸出壓力以將其卸載，乳化液泵一直處于變頻運行狀態，體現了變頻器節能的優點。如果卸載閥的壓力太低而恢復低，則會有乳化液泵已全速恢復，但卸載閥仍處于卸荷狀態，無法滿足液體系統的需求，從而降低乳化液泵的效率。

一些國內制造商采用的“變頻恒壓液體供應”控制方法試圖根據使用的液體量來調節乳劑泵的速度。在工作過程中，乳化液的輸出壓力始終低于卸載閥的設定壓力，因此乳液泵始終處于加載狀態。“恒壓供液”控制方法使乳化液泵長時間在低速和重負荷下運行。電機的工作效率遠低于電源頻率。它不僅不能節省能源，而且會縮短泵站的使用壽命。卸載閥如不啟動“恒壓供液”控制技術，由于無法無限制地降低電動機速度，因此僅靠變頻技術就難以確保系統的正常運行。在液體消耗較少的情況下，系統壓力將很快達到卸載閥的卸載壓力。由于家用泵站還使用機械卸荷閥來控制乳液泵的輸出壓力，因此，在卸荷閥啟動后，系統無法恢復流體供應，直到系統壓力低于其恢復壓力為止。乳化液泵壓力的波動范圍與傳統機械卸載閥的控制壓力不同。

3 電磁卸載技術的現狀

電磁卸載技術，通過將自動控制技術、傳感技術和液壓技術相結合，對液壓傳感器系統進行實時檢測，并根據系統的壓力大小確定泄壓閥的開啟和關閉狀態。電磁卸載技術解決了傳統機械卸載技術的缺點，例如工作不穩定和壓力波動大的問題，使卸載恢復壓力從設定壓力的70%增加到90%以上。同時，電磁卸載技術還可以在乳化液泵的啟動和停止階段主動啟動卸載閥，實現了空載啟動和空載停止，可減少啟動階段泵站對電網的影響，避免了在低速和重載運行過程中造成的嚴重磨損。電磁卸載技術主要對乳化液泵壓力的控制、降低乳化液泵壓力波動和功率、減少乳化液泵的工作損耗，同時在節能方面也具有重要的作用。

4 乳化液泵變頻與電磁卸載智能聯動控制

乳化液泵變頻與電磁卸載智能聯動控制技術就是將乳化液泵的變頻控制技術和電磁卸載技術相結合，通過發揮二者相結合的優勢，從而實現乳化液泵的損耗減少和保持功率高效運轉。

泵啟動控制階段的變頻與電磁卸載的智能聯動控制：啟動乳液泵時，啟動電流必須克服運動部件的慣性和液壓，啟動電流是正常電流的4-7倍。變頻軟啟動技術可以實現乳化液泵的緩慢加速，幾乎不會影響電網。在實際使用中，不可避免地會啟動乳化液泵。電動機的啟動轉矩不僅必須克服運動部件的慣性，而且還必須克服液壓阻力，并且很可能會出現鏜車或變頻器過電流保護的問題。電磁卸載技術可以在啟動乳化液泵時打開電磁卸載閥，使乳化液泵處于空載狀態，電動機的起動轉矩只需要克服運動部件的慣性，起動電流就小;電磁卸載技術與變頻控制技術配合使用，可以實現乳化液泵的空載軟啟動，不僅可以降低啟動的功耗，還可以減少泵站啟動對電網的影響，還避免了乳液泵啟動過程中的低速重載磨損。

乳液泵的加載以及從加載切換到卸載時的變頻和電磁卸載的智能聯動控制：為了滿足快速供液的需求，乳液泵在加載階段應保持全速運行，并且變頻器的輸出為電源頻率。當系統壓力達到設定壓力時，電磁卸載閥自動啟動，乳化液泵進入卸載狀態，為了減少空載狀態下不必要的功率損耗，可以通過變頻技術降低乳化液泵的頻率。這種控制方法不僅可以保證輸出壓力的穩定性，達到節能降耗的目的，而且可以避免“恒壓供液”中低速重載運行造成的嚴重磨損。

從卸載切換到加載時，變頻和電磁卸載的智能聯動控制：如上文中研究表明，通過在空載狀態下的頻率轉換和減速來降低乳液泵的空載功耗。如果此時直接從無載狀態切換到有載狀態，乳化液泵的速度不僅會過低，還會增加運動部件的磨損，還會影響乳化液泵的運行功率。在系統壓力降低到恢復壓力之前，預先進行判斷，將乳化液泵的轉速提高到工頻，并恢復乳化液泵的工頻負荷，可以避免造成嚴重的磨損由低速重載運行，以滿足快速液體供應的需求。通過實際工作經驗對供液系統中具備乳化液泵變頻技術和電磁卸載智能聯動控制技術進行分析，發現能夠使乳化液泵的節能效率提升平時的近四成，對泵站的供液效率提升10%左右，有顯著的效果。

5 結束語

綜上所述，乳化液泵的頻率和電磁相互作用電磁卸載智能控制技術可以充分發揮變頻控制技術和電磁寫在技術的優勢，克服了自身存在的缺點，實現了真正意義上的節能，提供高效的液體供應。

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