摘要：異步電動機在負荷大幅度變化的情況下，運行工況差，雙變量力能指標優(yōu)化控制技術(shù)跟蹤異步電機的負荷變化進行低碳控制，通過調(diào)節(jié)鐵耗和銅耗的平衡關(guān)系使電機的總損耗最小，解決異步電機輕載、空載時功率因數(shù)低、低效率這一技術(shù)難題。雙變量力能指標優(yōu)化控制技術(shù)是集軟啟動、節(jié)能和故障保護于一體的異步電動機控制裝置。
??????? 關(guān)鍵詞：運行工況；雙變量力能指標優(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，是一座礦井型選煤廠，設(shè)計入洗能力為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，破碎后進入下一道洗選流程。趙莊煤業(yè)選煤廠破碎機采用英國MMD公司生產(chǎn)的625型雙驅(qū)動雙齒輥破碎機，電氣控制中，設(shè)置了手動、自動開停機、過流保護和齒輥堵轉(zhuǎn)保護。由于受外部供料條件的限制，當進入破碎機的礦石性質(zhì)發(fā)生變化時，如粒級較大、給料不均、礦石難碎或混有難碎物料等，造成破碎機的負荷波動很大，表現(xiàn)為運行電流大幅度擺動，且經(jīng)常處于超載狀態(tài)，影響電動機和傳動機械的正常運行，電動機燒損故障時有發(fā)生。崗位操作難度很大，靠人工調(diào)節(jié)無法準確和動態(tài)地控制最佳下料量，有時很長一段時間內(nèi)被迫將給料量調(diào)至很小，這樣負荷雖控制住了，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，延長了設(shè)備的運轉(zhuǎn)時間，浪費了能源。因此在目前我國工業(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，對破碎機中的異步電動機的節(jié)能理論與方法進行研究，提高電機運行效率，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益，具有十分重要的理論和實際意義。
??????? 趙莊煤業(yè)選煤廠原煤準備為雙系統(tǒng)破碎，裝機容量為2*（2*160kW），異步電機均為YB2-315M-4型，其中一臺電機參數(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%。
??????? 在實際生產(chǎn)過程中，采用日本日置示波器對破碎機電動機電流和功率因數(shù)進行監(jiān)測，分析目前運行條件下的工況。
??????? 由圖1和圖2可知電機的功率因數(shù)基本在0.1-0.35之間，電機電流在85-90A之間，結(jié)合電機的銘牌參數(shù)得知，此破碎機的效率非常低，只有電機額定容量的1/4-1/3，根據(jù)能量守恒定律，破碎機電機耗能情況比較嚴重，節(jié)電空間比較大。有必要對其進行節(jié)能改造，通過改造提高電機的效率，改善電動機的力能指標，降低能耗。
??????? 破碎機電動機在目前運行工況條件下，存在如下問題：
??????? ⑴電機在輕載或空載狀態(tài)下運行時，它的銅線圈繞組產(chǎn)生過量磁通，導致電機效率下降。該磁通（也稱感應電流）是固定的，致使電機浪費了約30%-50%的電能。
??????? ⑵直接啟動會產(chǎn)生電壓和電流突變，使電網(wǎng)過載，電壓瞬間波動，導致設(shè)備運行溫度升高，能耗增加，造成浪費。同時也影響其它設(shè)備的供電。
??????? ⑶電動機和受驅(qū)動設(shè)備在啟動或突變時都會受到劇烈的應力作用，造成機械損傷。
??????? ⑷異步電機存在的最大問題是它輸出的轉(zhuǎn)動扭力無法配合啟動和運行時的負載扭力。電機啟動時，通常在幾分之一秒內(nèi)產(chǎn)生正常時150%-200%的扭力，令負載增至正常速度，這會導致驅(qū)動結(jié)構(gòu)受到極大的沖擊力矩損害。與此同時電機產(chǎn)生比平常高4至10倍的啟動電流，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)濟損失。
??????? 二、雙變量力能指標優(yōu)化控制技術(shù)
??????? （一） 雙變量控制的原理
??????? 對于長期運行在非經(jīng)濟狀態(tài)的電動機，采用力能優(yōu)化控制，就是在變頻調(diào)速的基礎(chǔ)上，從降低異步電動機自身損耗的角度出發(fā)，兼顧電動機運行時的功率因數(shù)，以提高電動機力能指標為目標，推導出一種能夠根據(jù)實際負載轉(zhuǎn)矩的大小和轉(zhuǎn)速的要求，確定異步電動機電源電壓和頻率協(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：一是對變頻器而言，用觸發(fā)角a和脈沖寬度b兩個變量來實現(xiàn)自然無環(huán)流原理；二是對控制電機而言，用變頻器輸出電源的電壓u和頻率f兩個變量來控制電機的輸出轉(zhuǎn)矩T和轉(zhuǎn)速n。
??????? （二）雙變量控制的研究
??????? 針對破碎機負載波動大的特點，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電機雙變量力能指標優(yōu)化控制技術(shù)方案。兼顧工程實際和雙變量力能指標優(yōu)化控制相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，進行方法創(chuàng)新，采用微機在線智能測試技術(shù)，并盡可能采用智能控制理論以解決電機參數(shù)時變性強、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)的先進性和生產(chǎn)現(xiàn)場的可操作性。
??????? ⑴原來破碎機為直接啟動，將雙變量力能指標優(yōu)化控制器直接接入主回路的接觸器與電動機之間，如圖3所示。