欧瑞EN2000防爆机芯在乳化液泵的应用

一、引言

能源短缺是人类当前共同面临的世纪性难题。我国人口众多，能源资源相对匮乏,节约能源犹显重要。电力资源是资源战略问题中的重中之重，是国民经济和社会发展的重要基础。通过技术进步，逐步提高电力利用效率尤为重要。

现代化煤矿大多采用综合机械化开采方式，而乳化液泵站是专供采掘面液压支架工作的设备。由于井下乳化液泵站处于长期连续运转状态，运行环境恶劣，工况复杂，而有效工作时间却很短，这样必然造成一定程度电力浪费。若将乳化液泵站工作改为变频器恒压供液控制，即将控制阀门打开时，由变频器控制乳化液泵站电动机的转速从而达到改变管网的流量、压力，使供给量与需求量达到平衡，减少资源浪费。通过改造后的系统较改造前的系统节省大量电力资源，一般节电率在40%—50%。本文针对欧瑞传动EN2000变频防爆机芯在乳化液泵的应用做详细分析。

二、乳化液泵简介

乳化液泵用途：

乳化液泵用于采煤工作面，为液压支架提供乳化液，工作原理靠曲轴的旋转带动活塞做往复运动，实现吸液和排液。液压支架用于支撑顶板，为采煤机采煤时提供一定的空间，防止顶板垮塌，乳化液由95%的水加5%的油组成，液压支架靠液压缸支撑伸缩。

乳化液泵工频工作原理：

在乳化液泵的应用中,流量、压力等参数随应用的改变而变化。目前乳化液泵多采用真空电磁起动器直接启动，当工作面设备需要供液时，泵排出的高压乳化液进入系统执行元件采面设备动作。 当采面不需供液或需要供液流量较小系统压力高于设定压力时，泵排出的乳化液经卸载阀和回液管返回到泵箱的储液室，卸载阀内的单向阀关闭，高压系统与卸载回路隔断，系统维持在高压状态，处于空载运转状态。

当采面液压系统的液压元件动作，液压系统压力下降至卸载阀的恢复压力时，卸载阀切断卸载回路，打开单向阀向液压系统供液。随着综采工作的安装完成，液压支架的推溜和移架等动作都是间歇性的，每次的工作时间极短，动作时间也不固定除在动作时间需要提供高压液体外，其余多数时间液压系统执行元件都处于静止支撑状态，不需要向系统供液。但为了保证执行液压元件随时都能动作，乳化液泵站必须连续不间断运转。

工频运行方式的缺点：

工频运行中由于技术水平的限制,只能采用控制阀门或挡板开度的方法来改变流量、压力等,即用人为增减阻力的办法来实现调节，当工作面需要注小流量时,大量能量损失在阀门上；而通常情况下，由于乳化泵的选型是按照最不利条件下、最大时流量及相应压力设计的,而在实际运动中,由于工作面条件的变化,乳化泵多为低负荷工作,以前靠泵出口阀门开度的大小来调节乳化液流量与压力,其能量耗损很大，而且对机械（如乳化泵、阀门）冲击较大，增加机械的损耗。主要总结为以下5点：

电动机采用真空电磁起动器直接启动方式，启动产生的振动和磨擦对泵体和阀门部件的损害极大。

直接启动方式，启动电流为电动机额定电流4～7倍，对电网造成较大的冲击。

当工作面不需要高压液体时，电动机仍然以额定转速运转，泵站长期高负荷运行浪费了大量的电能。

电动机和泵体一直处于全速运行状态加快了机械磨损，卸载阀频繁开启和关断直接造成寿命较短，增加维修频次和成本的投入。

乳化液泵站不能根据液压系统的实际需求量自动调整泵站的供液量，系统长期处于高压大流量工作状态，在工作面设备不需要高压液体时，多余的液体只能通过卸载阀回流到乳化液箱，系统运转磨擦产生的热量使泵体温度升高系统内密封件老化较快造成串液和漏液。

三、EN2000变频防爆机芯控制方案

若将乳化液泵站工作改为变频器恒压供液控制，即将控制阀门打开时，由变频器控制泵站电动机的转速从而改变液管网的流量、压力，使供给量与需求量达到动态平衡，可减少不必要电力资源的浪费。

乳化液泵变频控制原理：

首先将原矿用隔爆兼本质安全型真空电磁启动器控制乳化液泵站运行改为矿用隔爆兼本质安全型变频器控制乳化液泵站运行，泵站高压系统出口增设压力传感器。系统主要环节的控制信号：压力设定信号、变频故障信号处理、压力检测处理均由变频器完成设定。压力给定量由控制面板输入，将压力变送器的4～20mA反馈信号送入变频器的AI1端子，经过内置PI调节器构成模拟闭环控制系统。变频器是整个系统控制核心。

变频系统工作原理如图：

当变频器被投入自动运行时，乳化泵电机变频接触器首先被控制导通，变频器输出频率上升，同时管网压力信号逐渐增加，出液管网的压力信号与压力设定信号负反馈闭环，当管网压力与设定压力基本平衡时，变频器控制变频电机维持在一定的频率下运行，此时变频器的PID调节器对管网的压力反馈信号与设定压力信号进行比较，当压力反馈信号值高于设定压力信号值时，PID自动调节变频器的输出频率，使变频器的输出频率降低，从而降低电动机的转速，使乳化泵站的输出液体减少，管网的压力下降，使系统的管网压力与设定压力基本平衡，并在新的平衡点运行。

当压力反馈信号值低于设定压力信号值时，PID自动调节变频器的输出频率，使变频器的输出频率升高，从而提高电动机的转速，使乳化泵站的输出液体增加，管网的压力升高，使系统的管网压力与设定压力基本平衡，并在新的平衡点运行。变频器的PID调节是动态它对调节，它对管网的压力信号时时检测，并与压力设定信号进行比较，即时对变频器的输出频率进行调整，使管网的实际压力与设定压力一致，达到系统地恒压供液的效果，从而满足使用现场的工艺要求。

方案优点：

网侧功率因数提高，原电机直接由工频驱动时，满载时功率因数为0.8左右，实际运行功率因数远低于0.7。采用变频调速系统后，电源侧的功率因数可提高到0.9以上，无需无功补偿装置就能大大的减少无功功率，满足电网要求，可进一步节约上游设备的运行费用。

设备运行费用下降。采用变频调节后，通过接收乳化泵的反馈信号，变频自动调节输出频率，从而降低电动机的转速，达到高效节能的效果。

电机使用寿命延长。用变频调速装置后，可对电机实现软启动，启动时电流不超过电机额定电流的1.2倍，对电网无任何冲击，电机使用寿命延长。在整个运行范围内，电机可保证运行平稳，损耗减小，温升正常。

更完善地保护了电机。与原来旧系统相比较，变频器具有过流、短路、过压、欠压、缺相、过热等多项保护功能，更完善地保护了电机。

适应电网电压波动能力强。电压工作范围宽，电网电压在-15%～+10%之间波动时，系统可正常运行。

四、应用案例：

现场情况：

山东济宁某煤矿，井下750米一个综合机械化开采工作面，采面配套 100台ZY3800/15/33型液压支架，两台BRW200/315型乳化液泵，公称压力为200L/min、公称压力位 31.5MPa，配用电动机功率为132KW、电压1140/660V。现场使用防爆变频器替换原真空电磁起动器进行变频改造，防爆变频器内使用欧瑞EN2000-1600T11Q2防爆机芯。在泵站高压系统出口增设压力传感器，传感器4-20MA模拟量信号接到变频器AI2端子。

EN2000系列防爆机芯性能特点：

EN2000系列防爆机芯是欧瑞传动自主研发的用于有爆炸性气体或粉尘较多的环境的变频器机芯，可应用于风机、传送、矿井车辆、提升机、采掘等设备。主要有660/690V和1140V两个电压等级的产品。机芯采用32位DSP数字处理器控制，系统功能丰富，具有电压利用率高、功率因数高、动态响应速度快、精度高、噪音小等优点，能够满足矿山行业的高防爆安全要求。

产品特性

● 采用特殊的中性点不接地系统，能够适应煤矿中性点不接地的特殊要求；

● 特殊的主电路结构，最大程度上杜绝了打火、发热等不安全因素；

● 结构紧凑，模块化设计，方便后续的系统维护；

● 网侧电流谐波小，基波功率因数接近于1；

● 先进的电机控制技术，能够实现转矩控制、速度控制；

● 具有多种保护功能，控制保护及时可靠，系统稳定性高；

● 电压自动调整，适用于煤矿电压波动大的场合保持输出电压恒定；

● 采用特殊工艺，防震、防潮，确保机芯在恶劣环境下可靠运行；

此采掘面改造前乳化液泵每月需耗电约6.4万KWh， 改造后每月耗电3万KWh， 月节电3.4 万KWh、年节电40.8万KWh。改造后乳化液泵的维修频次和配件投入减少了一半，停机检修时间大大减少，有效工作时间得到提升，提高了乳化液泵使用寿命和可靠性。

五、小结

目前，随着国家对节能环保工作的推进，实现企业经济利益的提高，推动企业可持续发展，再乳化液泵行业使用变频技术推广是一个发展趋势，欧瑞传动的EN2000防爆机芯，在各地乳化液泵变频应用中达到且节能高效的显著效果，完全可以满足现场工况要求，值得大力推广。