关于拖泵方面的一篇文章

变频调速技术在混凝土泵上的应用

一 、引言

变频调速技术自上世纪80年xx始在推广以来，已经被广泛地在生产和人们的日常生活中。变频调速技术的广泛应用,主要得益于其优良的节能特性和调速特性。中国的产值能耗是世界上{zg}的国家之一。要解决产品能耗，除其它相关的技术问题需要改进外，变频调速技术已成为节能及提高产品质量的有效措施之一。

以往，使用混凝土电泵的电费都由承租方承担，所以，浪费多少电能租赁方也不以为然。随着电力紧张、电费涨价，有些承租方开始寻找那些节能型的混凝土泵。因此，本人将变频调速技术与开式液压系统相结合，设计了一种新型的变频调速控制的混凝土电泵。变频调速控制的混凝土电泵技术主要是通过改变驱动电动机的转速，从而调节液压泵排量的大小，从而实现泵送速度的调节。以便达到即节约能源，又降低机械磨损的目的。

二、传统的混凝土电泵原理、使用中存在的电能浪费问题及采用变频调速技术控制混凝土电泵的必要性

1、传统的混凝土电泵系统原理简介

传统的混凝土电泵液压系统一般采用轴向柱塞变量泵对主泵送液压回路提供动力，油泵变量是通过机械（手轮式）或外加减压阀改变外控口Y的液控压力，实现油泵排量的变化。如对正控制油泵，当控制压力由0～3.5MPa升压时，油泵排量也由0～{zd0}变化。现在{zlx}的电控比例泵系统中，电控比例阀取代了液控换向阀，通过调节控制面板上的旋钮开关等，致使微处理器给电控比例泵系统的比例阀一个可调的电流信号，相应油泵排量由0变到{zd0}，混凝土泵泵送次数也随之增加。前两种的液控泵上的恒功率控制，是通过油泵上的机械伺服机构实现的，而电控比例泵上本身不带恒功率模块，所以油泵相对结构简单，价格便宜些，它的恒功率控制功能是通过微处理器里编写的程序运算结果来完成混凝土泵的恒功率控制。传统的混凝土电泵开式主液压系统原理简图如图1a所示、闭式主液压系统原理简图如图1b所示。

    图1a  开式主液压系统原理简图

      图1b闭式主液压系统原理简图

目前，混凝土电泵液压控制系统中，应用比较广泛的控制方式是阀控节流调速方式，无论使用手动节流阀控制液压泵斜盘角度，还是用电控比例阀控制液压泵斜盘角度，它都是利用节流技术来控制泵送的速度。而由于调速系统方式采用节流控制方式，系统的能量损耗还是较大、效率较低。而且混凝土泵电机和液压泵需要长时间工作在{zg}转速，对电机和液压泵以及整个系统的使用寿命是不利的。

2、传统的混凝土电泵使用中存在的电能浪费问题及采用变频调速控制的混凝土电泵的必要性

以往在设计混凝土电泵时，为了克服较大的起动转矩和瞬间变大的负荷，采用的电动机都大于实际所需功率，工作时电动机的功率利用率一般在50%～70％之间，电动机常常处于轻载工作状态，造成了电动机资源的浪费。另一方面，混凝土电泵的工作情况是时刻变化的，这些都取决于混凝土配合比、塌落度及工地的施工进度等多种因素。电动机若始终处于{zg}速运转，势必也会造成电能的浪费和机械磨损。为了节约电能，提高电动机的工作效率，也为增加社会效益，需对混凝土电泵进行变频技术改造。若能大面积推广混凝土电泵变频技术改造，将带来良好的经济效益和效益。

通过流体力学的基本定律可知:风机、泵类设备均属平方转矩负载，其转速n与液压泵排量Q，压力H以及轴功率P具有如下关系:Q∝n，H∝n2，P∝n3;即，排量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，功率与转速的立方成正比。通过上述可以知道，通过改变电动机转速可方便地改变液压泵的排量；通过改变电动机转速，在降低液压泵的排量的同时，可有效降低系统的电能损耗，起到节能的作用 。因此，采用变频器控制混凝土电泵的方法是可行的。

三 、变频调速控制的混凝土电泵的液压系统原理

    液压系统以其传动平稳、调速方便等优点在许多领域得到了广泛的应用，但是液压动力传动的能量利用率并不是很高。电机变频调速技术依靠改变供电电源的频率就可实现对执行机构的速度的调节，电机始终处于在高效率的工作状态。将电机变频调速技术用于混凝土电泵液压控制系统中，可以克服液压系统的一些缺点，如简化液压回路，减小液压系统的能量损失，扩大调速范围，提高系统效率和减少系统磨损，可以延长系统使用寿命等。变频调速控制的混凝土电泵的液压系统包括主泵送系统；换向阀系统；搅拌及冲洗系统。其中的换向阀系统与搅拌及冲洗系统由一台22KW电机单独驱动，由一只恒压泵和两只齿轮泵同轴连接，在此就不再赘述了。主泵送液压系统是由变频器调速控制的，由一台45KW的两极电动机（2960转/分钟）驱动的190毫升/分钟的定量泵组成的液压动力部分，而其它部分与传统的HBT6013混凝土电泵主液压系统无太大区别。变频调速控制的混凝土电泵的主液压系统原理简图参考图1a，只是将其中的主泵由变量泵换成定量泵即可。

通过压力传感器检测液压系统压力变化，通过PLC的程序运算后控制变频器的输出频率，依靠改变液压泵驱动电机转速，改变液压泵的排量，从而实现泵送速度的调节。

四、变频调速控制的混凝土电泵的电气系统原理

1、根据电动机可知，其转速公式为   n=60f(1-s)/p   其中:p为电动机的极对数，s为转差率，f为供电电源频率，n为电动机的实际转速。从式中可以看出，电动机转速与频率近似成正比，改变频率即可以平滑地调节电机转速，从而可以无极地调节混凝土泵的排量。根据电动机工作电流的大小确定电动机的工作频率，达到节能和提高电网功率因数的目的。同时变频调速器具有低速软启动，转速可以平滑地大范围调节，对电动机保护功能齐全，如短路、过载、过压、欠压及失速等，可有效地保护电动机及液压系统设备，保证设备在安全的电压下工作，具有运行平稳、可靠，提高功率因数等诸多优点。

2、 混凝土电泵转速的设定方法

在控制盘面板上安装一只自复位旋钮，左旋减小变频器输出的频率，右旋增加变频器输出的频率，PLC根据旋钮触点接触的时间长短换算成调整信号输出，该调整信号经D/A转换后输入给变频器即可，在变频器的LED显示器上显示电动机转速。

3、变频器运行状态的监视

     变频器的运行状态包括开关量和模拟量两种，开关量有:变频器运行(RUN)、故障(FAULT)等;模拟量有:变频器运行频率、电机电流、电机转矩等。开关量以无源接点的形式送往PLC，模拟量则经信号隔离变换器变换为0～10VDC标准信号送给PLC系统。变频调速控制的混凝土电泵的电气系统原理图如图2所示。在电机轴端安装一只接近开关检测转速信号输入给PLC，PLC再根   图2 变频调速控制的混凝土电泵的电气系统原理图

据该脉冲信号的频率计算出电机的转速，输出控制信号给变频器，变频器再修正电机的转速。液压泵的出口压力通过压力传感器检测出压力信号，经A/D转换后反馈给PLC（也可直接采用带A/D转换模块的PLC）。液压缸中的活塞到位信号经接近开关检测后也发送给PLC，PLC输出信号控制换向电磁阀换向。

五 、混凝土电泵变频调速系统的优点

以往在混凝土电泵的液压系统的设计中，选择电动机时，是以工作循环中负载所需的{zd0}功率来选择，但是，混凝土电泵在实际运行时，大部分时间都是半负载左右运行，因而电动机的效率不高，整个系统功率效率的提高也受到了限制。变频液压动力传动是一种全局性的新型节能传动方式，它相对于传统的阀控节流调速方式和电控比例阀控油泵具有很多优点：

1、采用变频调速控制的混凝土电泵的系统具有传动效率高、节约电能效果非常明显。

2、采用变频液压技术，使电动机和液压泵不需要长时间工作在{zg}转速，不仅节约能源，而且能延长电机和液压泵以及整个系统的使用寿命。

3、混凝土泵的电动机总功率下降，采用45KW的主电动机和22KW的副电动机，总功率才是77KW，只是主电机采用了2级（2960转/分）的电机。比传统的HBT6013混凝土电泵的110KW电动机功率少了33KW。

4、软起软停的功能代替了单独的星—三角启动或软启动方式，变频调速控制器的启动效果更好，使电动机起停平稳，减少了对电网和液压设备的冲击。

5、可采用定量泵代替变量泵，降低了液压设备的成本。

6、提高了功率因数，改善了电动机电源质量，电动机的功率与实际负荷相匹配，系统达到节能运行的目的。

7、xx了油泵的喘振现象，使油泵运行处于{zj0}工况状态。

8、故障诊断功能强:过流、过压、欠压、过热、过载等等。对故障状态下的电流、频率都有记载，便于故障分析和处理。一旦变频器出现问题，这对分析故障及解决问题提供了依据。

六、结语

    《中华人民共和国节约能源法》第39条，已将变频调速技术列为通用节能技术加以推广。在混凝土泵上推广应用变频调速节能技术是非常必要的，尤其，它的应用能产生强大的社会效益。同时也能提高生产效率、降低维修工作量、提高产品质量等。在制造成本方面，与带软启动的传统HBT6013混凝土电泵相比，一台变频器的成本不比品牌的软启动控制器高多少，而且采用定量泵后会比原来所用的变量泵的成本低许多，因此，采用变频器控制的电泵总成本不会高多少。采用变频调速技术后的混凝土泵估计节约电能在30％～40％之间。因此，本人认为以上采用变频调速技术混凝土泵的设计方案是xx可行的。这种混凝土泵在不久的将来会有广阔的市场前景。本文的目的在于抛砖引玉，由于本人的水平有限，所述内容错误之处，欢迎读者和朋友们批评指正。