变频器在BRW-400/31.5A乳化液泵中的应用

张晓东

（大同煤矿集团有限责任公司挖金湾煤业公司，山西大同 037042）

0 引言

控制挖金湾矿井乳化液泵站运行的模式是“组合开关+电动机+液压泵”，此种运行模式存在启动后行程不可控的缺陷，并且乳化液泵的流量、压力等参数会随着支架等设备所受载荷不断变化[1]。采用控制阀门或者挡板开度调节乳化液泵参数，不仅控制精度差，而且能量损失严重，对机械设备冲击载荷严重[2-3]。乳化液泵站出口压力采用人工调定的机械阀门调控，存在误差较大、自动化程度低等问题，不能为安全高效生产奠定坚实的基础。而变频器具有消耗能量低，能够实现无极调速等特性，使用变频器调节可以延长机械设备使用寿命。变频器智能恒压调控供液技术可解决乳化液泵面临的难题，变频恒压供液调节结合了电磁智能调控技术[4]，实现泵站供液平稳，自动切换工频/变频确保乳化液泵连续性供液。本文简单介绍了变频器的结构组成和调节功能，阐述了变频器调节乳化液泵供液的方法，最后将BPJ-315/1140型变频器在BRW-400/31.5A乳化液泵进行了成功应用。变频器调节乳化液泵实现了恒压供液，大大节约了用电率，为自动化控制生产奠定了基础。

1 变频器

变频器是结合变频与微电子技术，通过调节电机工作频率，从而控制运行的机械设备。整流、滤波、逆变、控制结构、驱动与检测结构以及微处理器等组成了变频器[5]，根据电机实际工作需求，凭借内部IGBT的开断来调整变频器输出频率，最终实现调速作用。此外，变频器还具有保护过载、过流、过压和自动化的功能。

本文选择以BPJ-315/1140型变频器为例进行说明，该型号变频器含有隔离开关、主接触器、PLC控制器等，具有响应速度快、保护功能完善、自动化程度高等优势，其主要技术参数如表1所示。

表1 BPJ-315/1140型变频器部分主要技术参数

1.1 变频器电路

（1）主电路

BPJ-315/1140型变频器主电路主要是给异步电机提供调节电源压力的电力，分为电压型和电流型两类主电路。主电路中的整流器是将电源工频转为直流功率，主电路还能将变流器与逆变器中的脉动电压调节为平稳回路，主电路中的逆变器是将交流转换为直流。图1所示为变频器的功率分析仪，该分析仪在工作器主要作用的是主电路。

（2）平波回路

图1 变频器功率分析仪

BPJ-315/1140型变频器的整流器虽然能够将交流整流为直流电压，但是整流后的电压频率较高，与原电压相比，几乎高达6倍的脉动电压，逆变器转换的脉动电流也会促使直流电压不断变化。为了平稳电压，电路中采用电感和电容来吸收波动的电压和电流，进而控制整个回路，此回路称为“平波回路”。

（3）控制电路

为调节异步电机的电压、频率，需要给控制端一个信号，此信号的输送称为控制电路。控制电路包括运算电路、检测电路、信号放大电路、驱动电路、保护电路等。

1.2 变频器功能作用

（1）变频节能

通过工频/变频的切换，实现对乳化液泵变频调速。在BPJ-315/1140型变频器的调节下，BRW-400/31.5A乳化液泵在同等条件下运行可以节约用电达到30%，节能效果理想。

（2）自动化应用效果好

BPJ-315/1140型变频器的微处理器具有逻辑的运算和智能自动化控制功能，配备了较为完善的监测、保护、分析、计算单元，在控制BRW-400/31.5A乳化液泵中，其自动化应用效果明显。

（3）实现电机软启动

乳化液泵站的电机硬启动严重损害供电系统，在启动过程中会瞬时拉动电网中电流波动，产生局部超大电流，引起供电系统震荡，乳化液泵的阀门、管路等设施将会受到严重损伤，而且对整个电路中的设备寿命也会产生影响。而变频器具有工频/变频自动切换功能，实现变频率启动，从而使乳化液泵站电机软启动。电机启动过程，电流可以从0开始，慢慢增加，但不会超过额定电流，这就避免了对供电系统或者设备的损伤，节约了维护设备成本。

2 变频器控制乳化液泵工作原理

BPJ-315/1140型变频器控制电机工作频率，在BRW-400/31.5A乳化液泵出口安设压力传感器，传感器监测乳化液泵出液压力，反馈给控制器，控制器将该压力与给定值进行比较，并判断是否需要加压还是减压。此信号传输至变频器，随着乳化液泵供液压力变化，变频器通过工频/变频切换，自动调节乳化液泵电机频率的高低以保持压力恒定，乳化液泵进而实现智能恒压供液，确保整个供液系统维持稳定。这就是变频器控制乳化液泵恒压工作的原理，如图2所示。

图2 变频器恒压控制乳化液泵用液

变频器调控BRW-400/31.5A乳化液泵运行方案如图3所示。整个系统由3用1备乳化液泵、组合开关、变频器、控制端、传感器组成。若采煤工作面设备需要乳化液时，控制端接收到信号，将命令变频器驱动乳化液泵电机启动，变频器时刻根据接收到的信息调节乳化液泵电机工作频率，进而实现泵站稳定供液。例如，工作面液压支架在移架时需要乳化液泵提高液体流量，此时在变频器和控制端调控下维持乳化液泵恒压工作；不需要移架时，乳化液泵需要小流量供液，在变频器和控制端的调控下维持压力不变。在用液不大的情况下，变频器在工频下控制1号乳化液泵工作；若需要大流量用液，变频器切换至变频状态下，同时控制1号乳化液泵、2号乳化液泵和3号乳化液泵同时工作。整个系统在集控端的命令下，变频器实现智能自动化控制乳化液泵工作，确保系统稳定运行。

图3 变频器调控BRW-400/31.5A乳化液泵运行

变频器还具有温度保护和接地保护功能，一旦乳化液泵温度过高，就会迫使乳化液泵电机停止运行，待冷却适宜温度时重新启动电机。为了避免漏电，保护周围工作人员安全，将接地保护装置接入到变频器中，若出现漏电现象，继电器立即响应，开关执行跳闸。

3 变频器在乳化液泵中应用

为了验证变频器的调节效果，将BPJ-315/1140型变频器运用到大同煤矿集团有限责任公司挖金湾煤业中的BRW-400/31.5A乳化液泵中，图4所示为BPJ-315/1140变频器调控BRW-400/31.5A乳化液泵运行现场。BPJ-315/1140型变频器根据集控台收到的设备用液量和管路压力开启泵站电机数和运行时间，在压力传感器反馈下，自动地不断调整乳化液泵电机转动速度。BRW-400/31.5A乳化液泵在BPJ-315/1140变频器调控下，不仅实现了无极调速，还确保了乳化液泵恒压供液，大大提高了泵的工作效率。此外，对整个供电系统也起到了一定的保护作用，避免了因乳化液泵电机过电流、过电压、过负载等造成的供电故障，变频器在乳化液泵中的应用取得了良好效果。通过实践表明，BPJ-315/1140变频器调控BRW-400/31.5A乳化液泵自动化水平高，降低了设备损耗，延长了设备使用寿命，提高了工作效率和井下生产安全性，解决了乳化液泵恒压供液控制难题，对煤矿高效生产具有重要意义。

图4 变频器现场调控BRW-400/31.5A乳化液泵

4 结束语

为了解决挖金湾煤业乳化液泵供液不稳定和参数调节困难问题，本文探讨了变频器组成结构以及工作原理，阐述了变频器控制乳化液泵工作原理。通过应用表明，变频器调控乳化液泵运行效果理想，对矿井所需乳化液的设备具有重要意义。

（1）变频器集变频与微电子技术于一身，主要由整流、滤波、逆变、控制、微处理等结构组成。变频器的电路由主电路、平波回路和控制电路分别担负不同的任务。变频器具有变频节能、自动化程度高、助电机软启动等优势。

（2）在压力传感器、集控中心等作用下，变频器通过控制乳化液泵电机工作频率，进而实现调控供液。

（3）BPJ-315/1140型变频器在BRW-400/31.5A乳化液泵中的应用表明，变频器能够使乳化液泵电机无极变速，降低了设备损耗，提高了工作效率。