平煤股份八矿破碎机智能节能控制技术的研究

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摘要： 随着经济的不断发展，能源紧张日趋严重，为了满足经济发展的需要，各种节能技术应运而生。本文以破碎机为例，对智能节能控制技术进行阐述，为煤矿企业进行节能控制提供参考依据。

Abstract： With the continuous development of economy， the energy is increasingly short. In order to meet the needs of economic development， all kinds of energy-saving technology arises at the historic moment. Based on the breaker as an example， the paper elaborates the intelligent energy-saving control technology， providing a reference basis for coal mining enterprises to carry out energy saving control.

关键词： 智能节能控制技术；破碎机；技术创新

Key words： intelligent energy-saving control technology；crusher；technology innovation

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）32-0061-02

作者简介：董献勇（1978-），男，河南平舆人，本科，助理工程师，研究方向为矿山机电。

1 智能节能控制技术的概述

1.1 项目的背景、依据和意义 随着能源紧张的日趋严重，煤炭行业也越来越重视生产的高效率。在实际使用中，胶带输送机、刮板机、破碎机等设备中的电动机负荷变动比较大，其平均输出功率与最高输出功率之比一般为 0.2～0.4，电动机的负载率低，效率不高，进而浪费了大量电能，节能空间比较大。

智能节能控制技术以破碎机为研究对象，研究分析电机的较准确模型、变频调速、功率匹配原理、最大效率运行以及矢量控制等，并结合调压和无功补偿等技术，对低碳控制方法进行综合研究，借助人工智能专用芯片，自动监测电动机的负荷状况，能根据电机实际负荷的大小，供给电机最适宜的电压与电流，进而满足节能的需要。

1.2 国内外发展现状 传统的控制采用Y—（星-三角）运行、转子串电阻调速，该方法通过降低电机励磁电流进而提高功率因数和运行效率，但是节能效果不是十分理想。对于特定的周期性变工况负载，在空载和发电工况时断开电源，将电流和损耗变为零，当重新进入电动工况时可以再通电继续运行，对电网冲击太大。目前国内外已经有部分企业采用调速节能，但会改变工作周期和工作效率，这对于煤炭行业有工作周期要求的变工况负载不适合。

1.3 本项目对促进集团公司发展工作的作用和意义 该申请研究项目通过研究煤矿典型周期性变工况负荷，以破碎机为研究对象，结合调压和无功补偿等技术研究综合智能节能控制方法，采用人工智能专用芯片，自动调节，无需人工干预，在轻负荷的情况下电机电压自动降至最低需求而转速保持恒定，对煤炭行业的能源高效利用和节能减排工作有重要意义。

2 主要研究内容、试验内容和技术关键方案

2.1 研究的主要内容：①研究探讨功率匹配原理在周期性变工况负荷控制中的应用。②研究功率匹配最大效率控制下的矢量控制，确定带有磁链观测器、转矩估算器的较为简单的功率匹配下的最大效率控制的矢量控制系统框图。③在恶劣电网条件下，对周期性变工况载荷控制中的扰动抑制控制、转速控制器设计等若干技术的研究。④兼顾工程实际和智能节能控制相关技术的发展，采用智能控制理论以解决电机参数时变性强、离散性大的特点和节能控制中算法振荡的问题。⑤对本项目的主要工作和贡献作总结，根据其他原煤生产单位的具体条件和掌握的资料、数据，研究提出周期性变工况典型负荷智能节能控制技术方案。

2.2 关键技术如下：①研究变化着的铁心损耗和磁饱和等非线性问题对异步电机的运行的影响以及相应的处理方法。②对电机的功率匹配原理进行完善，深入研究功率匹配原理在电机控制中的应用。③针对与功率匹配最大效率控制的特点，研究分析几种常用的开关脉冲的产生方法。④进行恒速恒负载转矩变频实验和恒负载转矩变频调速两组实验，从而也验证异步电机的功率匹配最大效率控制的原理。⑤根据系统实施情况，及时将研究的结果加以推广应用。

2.3 技术路线：①元器件在工厂经过筛选；②尽可能采用贴片工艺；③板级做好前三防和后三防；④整机经过24小时运输考验后进行工业化试验和运行；⑤同时进行两台样机的试验；⑥工业运行至少三个月。

2.4 技术指标（2*37kW破碎机一台）：①供电电压：380～440V（+10%/-15%）；②起动负荷：3倍装置额定电流可承受30秒；5.5倍装置额定电流可承受5秒；③起动电压：供电电压之30～70%；④起动扭力：直接起动扭力的9-49%；⑤故障检测：可控硅短路及缺相会自动中断；⑥散热：自然散热53安；⑦具有缺相、过载、短路、不对称、自动重合等比较齐全的保护功能；⑧操作形式：符合现场操作习惯的操作。

2.5 环境效益 该产品属于电子电气产品，采用板级外协，最后装配的生产模式。因此，工厂对外不产生废气、废水，只有少量报废的电子元器件和电路板。对城市环境不会造成污染，设备本身有许多降低谐波和提高功率因数措施，电机在最高转速时所产生的第5及第7类电源谐波只有8%及1%。

3 本项目技术先进性、可行性分析评价

①智能节能控制技术在确保煤矿安全生产条件下，利用最小输入有功功率最优控制方法实现电机经济运行。②智能节能控制装置安装后所产生的谐波电压的总畸变率和各次谐波电流的有效值能够符合国家标准，不会造成谐波污染。③该系统同时具有电流、电压和功率因数在线检测功能，并且可以通过CAN总线与上位机进行数据交换，可以方便实现远程监控。④结合高速发展的计算机技术、人工神经网络技术等，实现异步电动机的高级智能控制。⑤本项目所设计的智能节能控制装置实现了电机的软起动与软刹车、过载保护、缺相以及三相不平衡保护，通过在实验室以及现场实验，证明其功能是可靠的。

4 本项目预期目标、预计推广前景

4.1 预期目标 ①提交一套周期性变工况负荷智能节能控制方案及其安装图；②提交安装周期性变工况负荷智能节能控制器后，破碎机在空载、轻载和满载条件下的节能测试报告。

4.2 市场需求情况分析及经济、社会和环境效益预测 ①国内外市场推广应用前景和市场需求情况分析预测。周期性变工况负载智能节能控制技术实现了异步电机轻载或空载情况下节能，提高电机运行效率，降低生产成本，提高经济效益，具有十分重要的理论和实际意义。②项目完成后的预期经济、社会和环境效益。使用智能节能控制器不仅能在一年至两年左右利用减少的电费开支收回设备投资，还能减少维护修理费用、减少设备的再投入资金、减少用电设备的故障，从而给用户带来了不可估量的经济效益。

5 实施措施和进度安排

①2013.1～2013.2，深入矿区，分析其运行状态和安全运行要求，消化资料，组织综述报告，找出问题的切入点； ②2012.3～2012.5，对典型负荷各种智能节能控制技术以及软起动方式进行研究比较，在此基础上确定合适的智能节能控制技术以及软起动方案；③2013.6～2013.7，智能节能控制器的构建：包括设计和搭建整个控制系统；④2013.8～2013.9，现场安装以及工业性试验，对前期算法进行最终确定，进一步积累经验；⑤2013.10～2013.11，电路及程序调试：根据控制要求完成和改进控制算法，进一步调整程序实现系统的正确运行。

6 结束语

通过上述分析，随着能源的日趋紧张，智能节能控制技术适应了环保的需要，同时智能节能控制技术，在一定程度上提高了电机的运行效率，为煤矿企业节能减排工作的顺利实施创设了便利条件。

参考文献：

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[2]赖卫平.颚式破碎机更新设计中的价值分析[J].价值工程，1989（01）.

[3]王伟，尹基刚，丌霞.莱新洁净煤公司洗煤厂构架资源节约型和节能型企业[J].能源环境保护，2007（02）.