摘要：異步電動(dòng)機(jī)在負(fù)荷大幅度變化的情況下，運(yùn)行工況差，雙變量力能指標(biāo)優(yōu)化控制技術(shù)跟蹤異步電機(jī)的負(fù)荷變化進(jìn)行低碳控制，通過調(diào)節(jié)鐵耗和銅耗的平衡關(guān)系使電機(jī)的總損耗最小，解決異步電機(jī)輕載、空載時(shí)功率因數(shù)低、低效率這一技術(shù)難題。雙變量力能指標(biāo)優(yōu)化控制技術(shù)是集軟啟動(dòng)、節(jié)能和故障保護(hù)于一體的異步電動(dòng)機(jī)控制裝置。
??????? 關(guān)鍵詞：運(yùn)行工況；雙變量力能指標(biāo)優(yōu)化控制技術(shù)；節(jié)能；控制裝置
??????? 一、前言
??????? 趙莊煤業(yè)選煤廠隸屬于晉煤集團(tuán)，是一座礦井型選煤廠，設(shè)計(jì)入洗能力為6.00Mt/a，主要設(shè)備按照10.00Mt/a選型。破碎過程是選煤廠的一道重要工藝，毛煤經(jīng)過篩分，手選矸，破碎后進(jìn)入下一道洗選流程。趙莊煤業(yè)選煤廠破碎機(jī)采用英國(guó)MMD公司生產(chǎn)的625型雙驅(qū)動(dòng)雙齒輥破碎機(jī)，電氣控制中，設(shè)置了手動(dòng)、自動(dòng)開停機(jī)、過流保護(hù)和齒輥堵轉(zhuǎn)保護(hù)。由于受外部供料條件的限制，當(dāng)進(jìn)入破碎機(jī)的礦石性質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，如粒級(jí)較大、給料不均、礦石難碎或混有難碎物料等，造成破碎機(jī)的負(fù)荷波動(dòng)很大，表現(xiàn)為運(yùn)行電流大幅度擺動(dòng)，且經(jīng)常處于超載狀態(tài)，影響電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)械的正常運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)燒損故障時(shí)有發(fā)生。崗位操作難度很大，靠人工調(diào)節(jié)無法準(zhǔn)確和動(dòng)態(tài)地控制最佳下料量，有時(shí)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)被迫將給料量調(diào)至很小，這樣負(fù)荷雖控制住了，但是給料量小，生產(chǎn)效率低，常無法滿足供料需要，使下道工序出現(xiàn)待料情況，延長(zhǎng)了設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，浪費(fèi)了能源。因此在目前我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)不斷發(fā)展，能源日趨緊張，環(huán)保要求日趨高漲的情況下，對(duì)破碎機(jī)中的異步電動(dòng)機(jī)的節(jié)能理論與方法進(jìn)行研究，提高電機(jī)運(yùn)行效率，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，具有十分重要的理論和實(shí)際意義。
??????? 趙莊煤業(yè)選煤廠原煤準(zhǔn)備為雙系統(tǒng)破碎，裝機(jī)容量為2*（2*160kW），異步電機(jī)均為YB2-315M-4型，其中一臺(tái)電機(jī)參數(shù)為：功率160kW，電壓380V，電流287.8A，轉(zhuǎn)速1480r/min，cosφ=0.89，接法：△，效率：94.9%。
??????? 在實(shí)際生產(chǎn)過程中，采用日本日置示波器對(duì)破碎機(jī)電動(dòng)機(jī)電流和功率因數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析目前運(yùn)行條件下的工況。
??????? 由圖1和圖2可知電機(jī)的功率因數(shù)基本在0.1-0.35之間，電機(jī)電流在85-90A之間，結(jié)合電機(jī)的銘牌參數(shù)得知，此破碎機(jī)的效率非常低，只有電機(jī)額定容量的1/4-1/3，根據(jù)能量守恒定律，破碎機(jī)電機(jī)耗能情況比較嚴(yán)重，節(jié)電空間比較大。有必要對(duì)其進(jìn)行節(jié)能改造，通過改造提高電機(jī)的效率，改善電動(dòng)機(jī)的力能指標(biāo)，降低能耗。
??????? 破碎機(jī)電動(dòng)機(jī)在目前運(yùn)行工況條件下，存在如下問題：
??????? ⑴電機(jī)在輕載或空載狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，它的銅線圈繞組產(chǎn)生過量磁通，導(dǎo)致電機(jī)效率下降。該磁通（也稱感應(yīng)電流）是固定的，致使電機(jī)浪費(fèi)了約30%-50%的電能。
??????? ⑵直接啟動(dòng)會(huì)產(chǎn)生電壓和電流突變，使電網(wǎng)過載，電壓瞬間波動(dòng)，導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行溫度升高，能耗增加，造成浪費(fèi)。同時(shí)也影響其它設(shè)備的供電。
??????? ⑶電動(dòng)機(jī)和受驅(qū)動(dòng)設(shè)備在啟動(dòng)或突變時(shí)都會(huì)受到劇烈的應(yīng)力作用，造成機(jī)械損傷。
??????? ⑷異步電機(jī)存在的最大問題是它輸出的轉(zhuǎn)動(dòng)扭力無法配合啟動(dòng)和運(yùn)行時(shí)的負(fù)載扭力。電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，通常在幾分之一秒內(nèi)產(chǎn)生正常時(shí)150%-200%的扭力，令負(fù)載增至正常速度，這會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)受到極大的沖擊力矩?fù)p害。與此同時(shí)電機(jī)產(chǎn)生比平常高4至10倍的啟動(dòng)電流，影響供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
??????? ⑸設(shè)備故障以及因需維修或停產(chǎn)將造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。
??????? 二、雙變量力能指標(biāo)優(yōu)化控制技術(shù)
??????? （一） 雙變量控制的原理
??????? 對(duì)于長(zhǎng)期運(yùn)行在非經(jīng)濟(jì)狀態(tài)的電動(dòng)機(jī)，采用力能優(yōu)化控制，就是在變頻調(diào)速的基礎(chǔ)上，從降低異步電動(dòng)機(jī)自身損耗的角度出發(fā)，兼顧電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的功率因數(shù)，以提高電動(dòng)機(jī)力能指標(biāo)為目標(biāo)，推導(dǎo)出一種能夠根據(jù)實(shí)際負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小和轉(zhuǎn)速的要求，確定異步電動(dòng)機(jī)電源電壓和頻率協(xié)調(diào)關(guān)系的控制方法。雙變量控制原理中雙變量有兩層含義：一是對(duì)變頻器而言，用觸發(fā)角a和脈沖寬度b兩個(gè)變量來實(shí)現(xiàn)自然無環(huán)流原理；二是對(duì)控制電機(jī)而言，用變頻器輸出電源的電壓u和頻率f兩個(gè)變量來控制電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩T和轉(zhuǎn)速n。
??????? （二）雙變量控制的研究
??????? 針對(duì)破碎機(jī)負(fù)載波動(dòng)大的特點(diǎn)，根據(jù)其它各礦的具體條件和掌握的資料數(shù)據(jù)，研究提出趙莊煤礦選煤廠一套破碎機(jī)電機(jī)雙變量力能指標(biāo)優(yōu)化控制技術(shù)方案。兼顧工程實(shí)際和雙變量力能指標(biāo)優(yōu)化控制相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)行方法創(chuàng)新，采用微機(jī)在線智能測(cè)試技術(shù)，并盡可能采用智能控制理論以解決電機(jī)參數(shù)時(shí)變性強(qiáng)、離散性大和節(jié)能控制中算法振蕩的問題。
??????? 工程改造兼顧了技術(shù)的先進(jìn)性和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的可操作性。
??????? ⑴原來破碎機(jī)為直接啟動(dòng)，將雙變量力能指標(biāo)優(yōu)化控制器直接接入主回路的接觸器與電動(dòng)機(jī)之間，如圖3所示。