高效永磁同步电机在乳化液泵站中的应用及验证

摘 要：本文介绍了高效永磁同步电机驱动的乳化液泵站的原理，并对系统关键元器件进行计算选配，最后通过试验对比验证了永磁同步电机的良好节能效果。

关键词：高效 永磁同步电机 乳化液泵站 验证

1.引言

乳化液泵站是用来向综采工作面液压支架或高档普采工作面单体液压支柱等输送高压乳化液的设备，是机械化采媒工作面的主要装备之一。现有乳化泵站一般采用Y系列三相异步电机驱动，在泵站为负载系统充液、补液及卸荷工况下电机均以基本恒定的转速工作，无法在泵站卸荷工况下减小泵站输出流量，造成大量的能量损耗。本文用永磁同步电机调速系统作为泵站的动力装置进行应用研究，并与普通异步电机驱动系统同时进行能耗试验，以验证节能效果。

2.高效永磁同步电机驱动的乳化液泵站驱动系统原理方案

高效永磁同步电机驱动系统主要由永磁同步电机、电机控制器、减速器、柔性联轴器和冷却水路等部分组成，系统工作原理示意图见图1。

图1 驱动系统工作原理示意图

永磁同步电机的输出经过减速器减速后将扭矩传递给乳化液泵，作为泵站工作的动力；电机控制器用来接收并处理泵站负载系统中压力传感器采集的压力信号，判断乳化液泵的最优工况，从而根据乳化液泵的工况控制电机的输出转速，电机控制器还可进行交流电转换直流电；柔性联轴器用来连接减速器输出轴和乳化液泵输入轴；冷却水路通过水循环系统确保电机及电机控制器在适宜的工作温度下工作。

3.驱动系统选配

3.1.驱动系统参数确定

乳化液泵主要技术参数要求见表1。

表1 乳化液泵主要技术参数要求

根据以上参数要求，选择公司自主研制的型号为220ST-X41的调速永磁同步电机，其性能参数见表。根据电机参数，选择匹配的控制器，型号为DKQ4635-A31，输出容量为100KVA，水冷冷却。

表2 220ST-X41电机参数

3.2.3.压力传感器

压力传感器用来采集负载系统压力，并把压力信号反馈给电机控制器，电机控制器据此判断乳化液泵站工况，然后调节电机输出转速以满足不同工况的需求。压力传感器反馈的信号为DC24V，4～20mA对应系统的压力为0～60MPa。

4.试验验证

2012年6月13日，公司与平煤机械共同对使用永磁同步电机调速系统的泵站和使用普通异步电机的泵站进行了能耗对比测试。测试的内容为两套系统在保压工况下的能耗对比，试验过程见表3。

表3 试验过程

试验结果：永磁同步电机驱动乳化液泵站能耗为6.6KW，普通异步电机能耗为8.4KW，前者相比后者节能21.4%。

5.结论与展望

通过试验对比可以看出，永磁同步电机驱动系统在乳化液泵站中应用节能效果明显，具有较强的经济效益和社会效益。

同时永磁同步电机驱动系统的节能效果还可以进一步提升，实例中采用恒压控制，若修改电机转速的控制逻辑，使系统的压力在保压过程中也在一个区间内波动，将会在一定程度上提高系统效率。

参考文献：

[1]乳化液泵站 马维绪，许昭，煤炭工业出版社 1987

[2]电机拖动及其控制技术，王暄等，中国电力出版社 2010