一拖多變頻器控制乳化液泵的技術研究

王旭強

(河南平煤神馬電氣股份有限公司，河南 平頂山 467000)

0 引言

根據礦用變頻器的功能，在煤礦井下作業過程中，礦用的變頻器作用包括調控電機的轉動速率和電機頻率，進一步改善乳化液泵供液，輔助煤礦井下工作的設備穩定運行。在一拖多變頻器對乳化液泵調控過程中，可能會出現乳化液泵故障、乳化液泵啟動浪涌電流等問題，因此需要通過工頻(固定50 Hz/s)/變頻(從1～50 Hz可調節)不斷調整回路，采用變頻器調控實現對乳化液泵的不斷調整來調控4臺乳化液泵電機，通過研究新技術，化解乳化液泵切換的難點，保障煤礦井下作業的供液需求。

1 礦用變頻器構成

礦用變頻器包括I/O接線(即輸入和輸出接口)、功率單元(通過功率電力電子器實現高壓變頻)與主控系統、隔離變壓器柜，使其不受其他高頻電磁的干擾，具備抗干擾和防爆破作用。變頻器的功率范圍涵蓋較廣，有660 V，1 140 V，3 300 V的電壓等級，變頻器如果在井下作業，應與電源保持適當的間隔。用于礦用的變頻器必須具備可靠的安全性能、可用于操作或作業的使用壽命較長等性能，以使得其在環境多變的煤礦井下的作業能夠順利開展。

2 以1臺變頻器帶動多臺乳化液泵的控制以及變頻器的回路

2.1 變頻器的電氣回路

以1臺用于礦用的變頻器來帶動多臺乳化液泵共同作業的操作方式，能將頻率操作、數個乳化液泵和3套乳液泵工頻集成控制同時實現，此時煤礦井下的乳化液體系的容量上限是4臺。不同的工頻電路、四路變頻對Ml-M4這些乳化液泵電機實現區別控制，以保證工頻變頻能夠覆蓋各電機。采取變頻率這一方式啟動，能夠減少電流波動在乳化液泵啟動時的出現；同時，為了使乳化液泵電機在作業過程中能夠保證頻率的平穩，將在工頻(固定50 Hz/s)/變頻(從1～50 Hz可調節)之間不斷調整以控制多臺乳化液泵。

在獲得用于礦用的變頻器在控制乳化液泵電路中的電壓數據時，選取LV100型傳感器，同時，在獲得電流數據時，選取LT208-S7型電流霍爾傳感器。運用自動化PLC控制器檢查，完成了優質的礦用變頻器對回路工頻和變頻的自由調整。

2.2 變頻器以1臺變頻器實現對多個乳化液泵控制

在煤礦井下，通過采用智能化分析來檢測工作面上的乳化液泵供液情況，自動化PLC控制器能夠根據所發生的情況在變頻開關和工頻的共同幫助下，判斷并發出運行供液的指令，工作面上的4臺電機(用于乳化液泵)甚至更多臺電機被用于礦用的變頻器所控制。

當使用礦用變頻器控制多個乳化液泵時，自動化PLC控制器上被配備了諸多類型的啟動順序，PLC控制器能夠采取自動設置循環模式及作業方式，從而避免4臺乳化液泵作業中的安全隱患，保證每臺乳化液泵在較長時間的運行過程中可以順利、平穩地完成作業，避免出現乳化液泵的使用壽命較短以及供液不穩定的現象。以1臺變頻器帶動多臺乳化液泵啟動這一運行方案，分為以下步驟：從第1臺乳化液泵開始操作，當供液不足時，自動化PLC控制器如若識別出有必要調整到其他乳化液泵繼續工作時，在收到執行命令后，變頻器馬上針對命令作出對應的反映。在變頻器的運行基礎上，第1臺乳化液泵需要調整為工頻，然后第2臺乳化液泵需要采取變頻操作的方式，這是為了保證工頻作業導致的即時電流能夠最大程度上不對乳化液泵造成損壞，其余乳化液泵的操作都遵循這樣的方式。

如果頻率和功率切換模式和時間設置不正確，就會出現電流的浪涌波動、跳閘等諸多問題，從而干預電機的運轉速度。所以，乳化液泵被變頻器的整個控制過程非常重要，乳化液泵被變頻器的切換控制將在接下來的內容中展開研究。

3 一拖多變頻器對乳化液泵控制過程

3.1 以1臺變頻器實現對多個乳化液泵控制的異步切換

用于礦用防爆的變頻器異步切換(無需網絡中基站間的同步)的含義為，在不進行電壓相位(反映交流電任何時刻狀態的指標)之間切換的前提下，需要檢查輸出電壓的頻率以及變化幅度。異步切換過程是先關閉變頻，然后再輸入工頻，以保證工頻輸出和頻率轉化間不出現短路(異步切換中)現象。為闡釋用于礦用的變頻器，其異步調整對多臺乳化液泵控制方案，以M1電機為例。

異步開關的操作時間需要考慮2個因素：①波動電流(電源頻率電壓的相位差所致)以及定子繞組的感應電流(電機隨時停止所致)，即要符合1 m的要求(即延長調整時間)。②是鑒于過度滑動導致浪涌電流，造成電機在快要停止時，其轉動速度降低，這需要盡量縮短切換時間。上述2種方式能夠確保

異步開關操作期間不出現大浪涌電流。但是，在實際工作中還可能出現電源波動，這是因為頻率轉換以及電壓均不在異步開關控制的考慮范圍之內。此時，直接操作得到的電壓值要高于有效的電壓值。因此，可縮短異步開關的切換過程，設置合理的切換時間，從而有效以1個變頻器帶動多個乳化液泵的這種礦用變頻器在操作及控制過程中能夠不出現浪涌波動的現象。

3.2 以1臺變頻器對多個乳化液泵實現控制的同步切換

用于礦用的變頻器，它是通過控制1臺變頻器帶動多個乳化液泵實現同步調整的，此時裝置的相位差異和電壓均得到控制。與此同時，在高壓變頻器上可以使用鎖相功能，以避免變頻器的電壓和工作頻率出現不一致現象，能夠達到沒有干擾的自由切換，同步切換應盡可能不要出現波動電流。其中，切換成功的關鍵標志是需要識別并分析工頻的電壓相位與逆變器電壓輸出值的相同性，其中“鎖相”是上述步驟的關鍵操作。

不同于異步切換的過程，在同步切換過程中，聲音傳感器無法檢測到相關的噪聲。采取用于礦用變頻器的同步切換，能夠避免電路出現不穩定現象。對于設備的電網來說，全部電路的輸出值以及電壓相對穩定，且波動的幅度相對較小。這是因為設備所使用的同步切換控制系統具備連續性，能夠避免電機工作中出現的間斷性問題的存在。在電路的輸出過程中，切換時出現一些浪涌的形狀。通過“鎖相”這一作用逐漸消除相位差(轉換頻率與電源頻率之間)避免出現電壓變化頻率的不一致現象。研究表明，外部環境干擾工作設備力度的降低需要使用“鎖相”功能。配合自動化PLC控制器，能夠做到自由切換。

4 結語

1)當多個乳化液泵運用異步切換控制時，縮短切換過程，合理設置異步切換時間，能夠保證波動浪涌不出現的情況；為最大化消除相位差(轉換頻率和電源頻率之間)，可以將“鎖相”作用用于同步切換中，這樣的方式能夠有效避免乳化液泵電機的電壓變化頻率不一致現象的出現。

2)為使運行頻率平穩，需控制以1臺變頻器帶動多臺乳化液泵的使用電流，并用工頻電路或4路變頻電路控制4臺乳液泵電機，上述操作能夠保證全部電機采用工頻或變頻來控制。當檢測電路的電流時，運用LT208-S7型電流霍爾傳感器；當檢測電路的電壓時，運用LV100傳感器。