摘要：异步电动机在负荷大幅度变化的情况下，运行工况差，双变量力能指标优化控制技术跟踪异步电机的负荷变化进行低碳控制，通过调节铁耗和铜耗的平衡关系使电机的总损耗最小，解决异步电机轻载、空载时功率因数低、低效率这一技术难题。双变量力能指标优化控制技术是集软启动、节能和故障保护于一体的异步电动机控制装置。
        关键词：运行工况；双变量力能指标优化控制技术；节能；控制装置
        一、前言
        赵庄煤业选煤厂隶属于晋煤集团，是一座矿井型选煤厂，设计入洗能力为6.00Mt/a，主要设备按照10.00Mt/a选型。破碎过程是选煤厂的一道重要工艺，毛煤经过筛分，手选矸，破碎后进入下一道洗选流程。赵庄煤业选煤厂破碎机采用英国MMD公司生产的625型双驱动双齿辊破碎机，电气控制中，设置了手动、自动开停机、过流保护和齿辊堵转保护。由于受外部供料条件的限制，当进入破碎机的矿石性质发生变化时，如粒级较大、给料不均、矿石难碎或混有难碎物料等，造成破碎机的负荷波动很大，表现为运行电流大幅度摆动，且经常处于超载状态，影响电动机和传动机械的正常运行，电动机烧损故障时有发生。岗位操作难度很大，靠人工调节无法准确和动态地控制最佳下料量，有时很长一段时间内被迫将给料量调至很小，这样负荷虽控制住了，但是给料量小，生产效率低，常无法满足供料需要，使下道工序出现待料情况，延长了设备的运转时间，浪费了能源。因此在目前我国工业生产不断发展，能源日趋紧张，环保要求日趋高涨的情况下，对破碎机中的异步电动机的节能理论与方法进行研究，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。
        赵庄煤业选煤厂原煤准备为双系统破碎，装机容量为2*（2*160kW），异步电机均为YB2-315M-4型，其中一台电机参数为：功率160kW，电压380V，电流287.8A，转速1480r/min，cosφ=0.89，接法：△，效率：94.9%。
        在实际生产过程中，采用日本日置示波器对破碎机电动机电流和功率因数进行监测，分析目前运行条件下的工况。
        由图1和图2可知电机的功率因数基本在0.1-0.35之间，电机电流在85-90A之间，结合电机的铭牌参数得知，此破碎机的效率非常低，只有电机额定容量的1/4-1/3，根据能量守恒定律，破碎机电机耗能情况比较严重，节电空间比较大。有必要对其进行节能改造，通过改造提高电机的效率，改善电动机的力能指标，降低能耗。
        破碎机电动机在目前运行工况条件下，存在如下问题：
        ⑴电机在轻载或空载状态下运行时，它的铜线圈绕组产生过量磁通，导致电机效率下降。该磁通（也称感应电流）是固定的，致使电机浪费了约30%-50%的电能。
        ⑵直接启动会产生电压和电流突变，使电网过载，电压瞬间波动，导致设备运行温度升高，能耗增加，造成浪费。同时也影响其它设备的供电。
        ⑶电动机和受驱动设备在启动或突变时都会受到剧烈的应力作用，造成机械损伤。
        ⑷异步电机存在的最大问题是它输出的转动扭力无法配合启动和运行时的负载扭力。电机启动时，通常在几分之一秒内产生正常时150%-200%的扭力，令负载增至正常速度，这会导致驱动结构受到极大的冲击力矩损害。与此同时电机产生比平常高4至10倍的启动电流，影响供电系统的稳定性。
        ⑸设备故障以及因需维修或停产将造成巨大经济损失。
        二、双变量力能指标优化控制技术
        （一） 双变量控制的原理
        对于长期运行在非经济状态的电动机，采用力能优化控制，就是在变频调速的基础上，从降低异步电动机自身损耗的角度出发，兼顾电动机运行时的功率因数，以提高电动机力能指标为目标，推导出一种能够根据实际负载转矩的大小和转速的要求，确定异步电动机电源电压和频率协调关系的控制方法。双变量控制原理中双变量有两层含义：一是对变频器而言，用触发角a和脉冲宽度b两个变量来实现自然无环流原理；二是对控制电机而言，用变频器输出电源的电压u和频率f两个变量来控制电机的输出转矩T和转速n。
        （二）双变量控制的研究
        针对破碎机负载波动大的特点，根据其它各矿的具体条件和掌握的资料数据，研究提出赵庄煤矿选煤厂一套破碎机电机双变量力能指标优化控制技术方案。兼顾工程实际和双变量力能指标优化控制相关技术的发展，进行方法创新，采用微机在线智能测试技术，并尽可能采用智能控制理论以解决电机参数时变性强、离散性大和节能控制中算法振荡的问题。
        工程改造兼顾了技术的先进性和生产现场的可操作性。
        ⑴原来破碎机为直接启动，将双变量力能指标优化控制器直接接入主回路的接触器与电动机之间，如图3所示。