調(diào)速型液力耦合器功率平衡算法的研究

穆彪 劉端成

【摘要】針對煤礦生產(chǎn)中長距離、高帶速、大功率帶式輸送機(jī)的廣泛應(yīng)用而出現(xiàn)的帶式輸送機(jī)功率不平衡問題，提出一種采用控制調(diào)速型液力耦合器，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)多電機(jī)功率平衡的控制方案，并對功率平衡算法做了詳細(xì)闡述。

【關(guān)鍵詞】帶式輸送機(jī);調(diào)速型液力耦合器;功率平衡;算法

1.引言

近年來，隨著煤礦生產(chǎn)水平的不斷提高，長距離、高帶速、大功率帶式輸送機(jī)在礦井中得到廣泛應(yīng)用，在這些帶式輸送機(jī)中，常使用多臺軟啟動裝置以避免單臺裝置所需功率太大而引起諸多的問題。但是由于各個軟啟動單元中電機(jī)的外特性的差異、設(shè)備的制造和安裝的誤差、膠帶彈性伸長率的不同以及載荷變化等因素的影響，往往造成電機(jī)負(fù)載功率的失衡，以致偏載燒壞電機(jī)等事故，所以要求各驅(qū)動單元能做到合理地分配驅(qū)動功率，即實(shí)現(xiàn)功率平衡。傳統(tǒng)做法是利用在電機(jī)轉(zhuǎn)速一定的情況下，電機(jī)輸出扭矩的大小直接反映電機(jī)功率的大小，通過采集電機(jī)輸出扭矩作為功率平衡的控制依據(jù)，繼而調(diào)節(jié)驅(qū)動電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速來達(dá)到多臺電機(jī)功率平衡的目的。這種方法在大功率情況下很少采用，主要是因?yàn)椴杉姍C(jī)扭矩常用的扭矩傳感器體積龐大，其體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于同功率電機(jī)的大小，不適于煤礦井下安裝使用。

當(dāng)電機(jī)性能參數(shù)基本相同且工作在同一電網(wǎng)中時，依據(jù)電機(jī)功率計(jì)算公式可知，電機(jī)電流基本能夠反映其功率大小。而電機(jī)定子電流的采集則比較容易，所以選擇電機(jī)電流作為功率平衡控制的依據(jù)，相對要方便很多。下面以頭部雙滾筒、調(diào)速型液力耦合器為例講述功率平衡控制方法。

圖1 調(diào)速型液力耦合器功率平衡控制流程圖

2.功率平衡控制方法

調(diào)速型液力耦合器功率平衡原理如圖1所示，膠帶機(jī)電控系統(tǒng)啟動完成進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)后，PLC通過真空磁力啟動器采集各驅(qū)動電機(jī)的電流值，并與參考電流值進(jìn)行比較，能夠確定兩電機(jī)功率是否一致，若兩電機(jī)實(shí)時功率相差懸殊，則需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)途徑是取檢測到的電流信號與參考電流值的差值作為控制信號，控制步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)動，帶動液力耦合器勺桿運(yùn)動調(diào)節(jié)液力耦合器內(nèi)充油量的大小，進(jìn)而調(diào)節(jié)其輸出扭矩的大小（調(diào)速型液力耦合器輸出扭矩與其充油量成正比），實(shí)現(xiàn)對驅(qū)動電機(jī)功率的調(diào)節(jié)，達(dá)到多電機(jī)功率平衡的目的（見圖1）。

圖2 調(diào)速型液力耦合器功率平衡算法流程圖

3.功率平衡算法設(shè)計(jì)

先引入幾個概念：基準(zhǔn)電流、電流上限動作值、電流下限動作值、判斷周期值。

基準(zhǔn)電流：功率平衡算法中需要設(shè)定一個基準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上來調(diào)節(jié)電機(jī)電流，本算法以低電流為基準(zhǔn)。

電流上限動作值（D1）：D1=基準(zhǔn)電流+電機(jī)額定電流×N%，電機(jī)電流超過該值后，控制步進(jìn)電機(jī)動作;

電流下限動作值（D2）：D2=基準(zhǔn)電流-電機(jī)額定電流×N%，電機(jī)電流低于該值后，控制步進(jìn)電機(jī)動作;

判斷周期值：判斷電機(jī)電流是否超出電流動作值的間隔時間。

在滿足工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用的前提下，應(yīng)盡量放寬電流動作值、延長判斷周期時間，以減少步進(jìn)電機(jī)對勺桿的控制次數(shù)。1#電機(jī)電流用A1表示，2#電機(jī)電流用A2表示。

若A1>A2時，A2作為基準(zhǔn)電流，若采集到的電機(jī)電流A1>D1，則減載1#步進(jìn)電機(jī)，降低1#電機(jī)功率使兩電機(jī)功率保持基本一致;若A1A1，依據(jù)基準(zhǔn)電流選擇方法，則應(yīng)該選擇A1作為基準(zhǔn)電流模式。

若A2>A1時，A1作為基準(zhǔn)電流，若采集到的電機(jī)電流A2>D1，則減載2#步進(jìn)電機(jī)，降低2#電機(jī)功率使兩電機(jī)功率保持基本一致;若A2A2，依據(jù)基準(zhǔn)電流選擇方法，則應(yīng)該選擇A2作為基準(zhǔn)電流模式，算法程序流程圖如圖2所示。

4.結(jié)語

本調(diào)速型液力耦合器功率平衡算法已經(jīng)通過PLC編程實(shí)現(xiàn)，并在重慶松藻煤電集團(tuán)下的某礦主運(yùn)皮帶運(yùn)輸機(jī)上得到驗(yàn)證，經(jīng)過長期觀察，發(fā)現(xiàn)兩電機(jī)電流差值基本上維持在3A以內(nèi)，滿足礦方提出的電機(jī)電流差值不大于10%額定電流（電機(jī)額定電流為30A）的要求，實(shí)驗(yàn)表明本算法切實(shí)可行。以后如果有機(jī)會，要把該算法進(jìn)一步優(yōu)化，在更多的場合使用，并得到驗(yàn)證。

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作者簡介：

穆彪（1988—），男，陜西興平人，現(xiàn)供職于中煤科工集團(tuán)常州自動化研究院工控分院工程中心豫晉技術(shù)服務(wù)中心，從事項(xiàng)目工程管理工作。

劉端成（1986—），男，陜西商洛人，現(xiàn)供職于中煤科工集團(tuán)常州自動化研究院工控分院研發(fā)中心，從事科研開發(fā)工作。