平煤股份八礦破碎機(jī)智能節(jié)能控制技術(shù)的研究

 1 智能節(jié)能控制技術(shù)的概述
1.1 項(xiàng)目的背景、依據(jù)和意義 隨著能源緊張的日趨嚴(yán)重，煤炭行業(yè)也越來越重視生產(chǎn)的高效率。在實(shí)際使用中，膠帶輸送機(jī)、刮板機(jī)、破碎機(jī)等設(shè)備中的電動機(jī)負(fù)荷變動比較大，其平均輸出功率與最高輸出功率之比一般為 0.2～0.4，電動機(jī)的負(fù)載率低，效率不高，進(jìn)而浪費(fèi)了大量電能，節(jié)能空間比較大。
智能節(jié)能控制技術(shù)以破碎機(jī)為研究對象，研究分析電機(jī)的較準(zhǔn)確模型、變頻調(diào)速、功率匹配原理、最大效率運(yùn)行以及矢量控制等，并結(jié)合調(diào)壓和無功補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)，對低碳控制方法進(jìn)行綜合研究，借助人工智能專用芯片，自動監(jiān)測電動機(jī)的負(fù)荷狀況，能根據(jù)電機(jī)實(shí)際負(fù)荷的大小，供給電機(jī)最適宜的電壓與電流，進(jìn)而滿足節(jié)能的需要。
1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 傳統(tǒng)的控制采用Y—△（星-三角）運(yùn)行、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，該方法通過降低電機(jī)勵磁電流進(jìn)而提高功率因數(shù)和運(yùn)行效率，但是節(jié)能效果不是十分理想。對于特定的周期性變工況負(fù)載，在空載和發(fā)電工況時斷開電源，將電流和損耗變?yōu)榱?，?dāng)重新進(jìn)入電動工況時可以再通電繼續(xù)運(yùn)行，對電網(wǎng)沖擊太大。目前國內(nèi)外已經(jīng)有部分企業(yè)采用調(diào)速節(jié)能，但會改變工作周期和工作效率，這對于煤炭行業(yè)有工作周期要求的變工況負(fù)載不適合。
1.3 本項(xiàng)目對促進(jìn)集團(tuán)公司發(fā)展工作的作用和意義 該申請研究項(xiàng)目通過研究煤礦典型周期性變工況負(fù)荷，以破碎機(jī)為研究對象，結(jié)合調(diào)壓和無功補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)研究綜合智能節(jié)能控制方法，采用人工智能專用芯片，自動調(diào)節(jié)，無需人工干預(yù)，在輕負(fù)荷的情況下電機(jī)電壓自動降至最低需求而轉(zhuǎn)速保持恒定，對煤炭行業(yè)的能源高效利用和節(jié)能減排工作有重要意義。
2 主要研究內(nèi)容、試驗(yàn)內(nèi)容和技術(shù)關(guān)鍵方案
2.1 研究的主要內(nèi)容：①研究探討功率匹配原理在周期性變工況負(fù)荷控制中的應(yīng)用。②研究功率匹配最大效率控制下的矢量控制，確定帶有磁鏈觀測器、轉(zhuǎn)矩估算器的較為簡單的功率匹配下的最大效率控制的矢量控制系統(tǒng)框圖。③在惡劣電網(wǎng)條件下，對周期性變工況載荷控制中的擾動抑制控制、轉(zhuǎn)速控制器設(shè)計(jì)等若干技術(shù)的研究。④兼顧工程實(shí)際和智能節(jié)能控制相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，采用智能控制理論以解決電機(jī)參數(shù)時變性強(qiáng)、離散性大的特點(diǎn)和節(jié)能控制中算法振蕩的問題。⑤對本項(xiàng)目的主要工作和貢獻(xiàn)作總結(jié)，根據(jù)其他原煤生產(chǎn)單位的具體條件和掌握的資料、數(shù)據(jù)，研究提出周期性變工況典型負(fù)荷智能節(jié)能控制技術(shù)方案。
2.2 關(guān)鍵技術(shù)如下：①研究變化著的鐵心損耗和磁飽和等非線性問題對異步電機(jī)的運(yùn)行的影響以及相應(yīng)的處理方法。②對電機(jī)的功率匹配原理進(jìn)行完善，深入研究功率匹配原理在電機(jī)控制中的應(yīng)用。③針對與功率匹配最大效率控制的特點(diǎn)，研究分析幾種常用的開關(guān)脈沖的產(chǎn)生方法。④進(jìn)行恒速恒負(fù)載轉(zhuǎn)矩變頻實(shí)驗(yàn)和恒負(fù)載轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速兩組實(shí)驗(yàn)，從而也驗(yàn)證異步電機(jī)的功率匹配最大效率控制的原理。⑤根據(jù)系統(tǒng)實(shí)施情況，及時將研究的結(jié)果加以推廣應(yīng)用。
2.3 技術(shù)路線：①元器件在工廠經(jīng)過篩選；②盡可能采用貼片工藝；③板級做好前三防和后三防；④整機(jī)經(jīng)過24小時運(yùn)輸考驗(yàn)后進(jìn)行工業(yè)化試驗(yàn)和運(yùn)行；⑤同時進(jìn)行兩臺樣機(jī)的試驗(yàn)；⑥工業(yè)運(yùn)行至少三個月。
2.4 技術(shù)指標(biāo)（2*37kW破碎機(jī)一臺）：①供電電壓：380～440V（+10%/-15%）；②起動負(fù)荷：3倍裝置額定電流可承受30秒；5.5倍裝置額定電流可承受5秒；③起動電壓：供電電壓之30～70%；④起動扭力：直接起動扭力的9-49%；⑤故障檢測：可控硅短路及缺相會自動中斷；⑥散熱：自然散熱<42安，強(qiáng)制散熱>53安；⑦具有缺相、過載、短路、不對稱、自動重合等比較齊全的保護(hù)功能；⑧操作形式：符合現(xiàn)場操作習(xí)慣的操作。
2.5 環(huán)境效益 該產(chǎn)品屬于電子電氣產(chǎn)品，采用板級外協(xié)，最后裝配的生產(chǎn)模式。因此，工廠對外不產(chǎn)生廢氣、廢水，只有少量報(bào)廢的電子元器件和電路板。對城市環(huán)境不會造成污染，設(shè)備本身有許多降低諧波和提高功率因數(shù)措施，電機(jī)在最高轉(zhuǎn)速時所產(chǎn)生的第5及第7類電源諧波只有8%及1%。
3 本項(xiàng)目技術(shù)先進(jìn)性、可行性分析評價(jià)
①智能節(jié)能控制技術(shù)在確保煤礦安全生產(chǎn)條件下，利用最小輸入有功功率最優(yōu)控制方法實(shí)現(xiàn)電機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。②智能節(jié)能控制裝置安裝后所產(chǎn)生的諧波電壓的總畸變率和各次諧波電流的有效值能夠符合國家標(biāo)準(zhǔn)，不會造成諧波污染。③該系統(tǒng)同時具有電流、電壓和功率因數(shù)在線檢測功能，并且可以通過CAN總線與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，可以方便實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。④結(jié)合高速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)異步電動機(jī)的高級智能控制。⑤本項(xiàng)目所設(shè)計(jì)的智能節(jié)能控制裝置實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟起動與軟剎車、過載保護(hù)、缺相以及三相不平衡保護(hù)，通過在實(shí)驗(yàn)室以及現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，證明其功能是可靠的。
4 本項(xiàng)目預(yù)期目標(biāo)、預(yù)計(jì)推廣前景
4.1 預(yù)期目標(biāo) ①提交一套周期性變工況負(fù)荷智能節(jié)能控制方案及其安裝圖；②提交安裝周期性變工況負(fù)荷智能節(jié)能控制器后，破碎機(jī)在空載、輕載和滿載條件下的節(jié)能測試報(bào)告。
4.2 市場需求情況分析及經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境效益預(yù)測 ①國內(nèi)外市場推廣應(yīng)用前景和市場需求情況分析預(yù)測。周期性變工況負(fù)載智能節(jié)能控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了異步電機(jī)輕載或空載情況下節(jié)能，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。②項(xiàng)目完成后的預(yù)期經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境效益。使用智能節(jié)能控制器不僅能在一年至兩年左右利用減少的電費(fèi)開支收回設(shè)備投資，還能減少維護(hù)修理費(fèi)用、減少設(shè)備的再投入資金、減少用電設(shè)備的故障，從而給用戶帶來了不可估量的經(jīng)濟(jì)效益。
5 實(shí)施措施和進(jìn)度安排
①2013.1～2013.2，深入礦區(qū)，分析其運(yùn)行狀態(tài)和安全運(yùn)行要求，消化資料，組織綜述報(bào)告，找出問題的切入點(diǎn)； ②2012.3～2012.5，對典型負(fù)荷各種智能節(jié)能控制技術(shù)以及軟起動方式進(jìn)行研究比較，在此基礎(chǔ)上確定合適的智能節(jié)能控制技術(shù)以及軟起動方案；③2013.6～2013.7，智能節(jié)能控制器的構(gòu)建：包括設(shè)計(jì)和搭建整個控制系統(tǒng)；④2013.8～2013.9，現(xiàn)場安裝以及工業(yè)性試驗(yàn)，對前期算法進(jìn)行最終確定，進(jìn)一步積累經(jīng)驗(yàn)；⑤2013.10～2013.11，電路及程序調(diào)試：根據(jù)控制要求完成和改進(jìn)控制算法，進(jìn)一步調(diào)整程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的正確運(yùn)行。
6 結(jié)束語
通過上述分析，隨著能源的日趨緊張，智能節(jié)能控制技術(shù)適應(yīng)了環(huán)保的需要，同時智能節(jié)能控制技術(shù)，在一定程度上提高了電機(jī)的運(yùn)行效率，為煤礦企業(yè)節(jié)能減排工作的順利實(shí)施創(chuàng)設(shè)了便利條件。