1、基于變頻技術礦用吊斗鏟運行控制的必要性

     在露天采礦作業中，通常都會應用到吊斗鏟，吊斗鏟也是目前應用最大的挖掘機械。這種機械在實際的應用中，具有工作效率高以及運轉速率快的特點，能夠長時間的運行，并且開挖的深度相對來說較深，在礦產開采中，可以使得礦產開挖的深度達到80m的程度，而且可以使得斗容盡可能的接近120m3。另外，吊斗鏟的使用年限也較長，其有著較強的抗磨損性能以及抗腐蝕性能，加上其在運行的過程中，所消耗的成本費用也較低，這就使得吊斗鏟在礦產開采中得到了廣泛的應用，并且受到了礦工人員的青睞。然而，這種吊斗鏟在應用到礦產開發中時，由于不同的礦層有著不同的厚度，而且在硬度上也不盡相同，所以，吊斗鏟在具體應用的過程中，電機所產生的轉矩也并不相同，如果針對不同的礦層采用相同的轉矩，不根據實際情況來對吊斗鏟的轉矩進行適當的調整，那么就會使得吊斗鏟的運行效率降低，無法滿足實際經濟發展的需求。所以，要根據實際的礦層情況，合理的選用相應的吊斗鏟運行控制方法，針對吊斗鏟在挖掘礦層過程中的實際情況來對吊斗鏟的拖動情況進行調節，保障吊斗鏟運行的合理性，選用合理的電機運行方式，使得吊斗鏟的運行可以滿足相應的經濟效益，從而可以使得其能夠有效的降低對能源的消耗，最大限度的達到節能的效應，使得運行成本相應的減少，最終保障礦產開采的經濟效益。

2、變頻器控制電路組成

     系統中SIEMENS變頻器直接與電機設備相連，是驅動部分的核心。其控制電路由以下幾部分組成：a.I/0電路。該電路使得變頻器有更好人機交互性，它具有多種形式的I/O(比如速度、運行等)信號，還有各種內部參數的輸出(如電壓、電流、頻率、保護動作驅動等)信號。b.逆變器和電動機的保護電路。檢測主電路的電壓、電流等，當發生過載或過電壓等異常時，為了防止逆變器和異步電動機損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。c.主電路的電壓、電流檢測電路。實現與主回路電位隔離檢測電壓、電流等。d.電動機的速度檢測電路、將運算電路的控制信號進行放大的驅動電路。它與控制電路隔離使主電路器件導通、關斷。

3、變頻技術的控制原理及其控制方式

     變頻技術主要就是通過對電壓的調換來進行電動機轉速的調節。眾所周知，在變頻調速中，應用最多的一種方法就是調換電壓的大小，通過改變電壓的大小來對電動機的轉速速率進行調整，在np，即極對數不變的情況下，n1，即同步轉速會因為頻率發生變化而出現一定的變化?？梢粤私獾剑谵D速較差率，也就是s不變的情況下，轉速n以及頻率f兩者之間呈現的是正比的關系，在轉速越大的情況下，頻率也會越高。根據這一比例關系，就可以了解到，針對頻率進行控制，可以使得電動機的轉速得到有效的控制，從而就能夠在一定程度上達到節能的效果。從這一方面來分析，就能夠說明，變頻器在發揮調速作用的情況下，交流電源的頻率也會出現相應的變化。針對電機進行速度調節的時候，要盡可能的保持磁通量的固定。一般來說，每極都會有一個固定不變的磁通量，該磁通量應用數值符號來表示就是φm。當磁通量較少的時候，鐵心的作用就無法真正的發揮出來，貼材料也就無法被充分的利用，這樣就造成了材料的浪費。而當磁通量過大的時候，會使得磁通趨向于飽和的狀態，這樣就會對勵磁電流有著較高的要求，會需要大量的電流才能夠位置磁通的流通，這樣就會使得電動機的繞組因為電流流通量較大，而出現過熱的情況，從而使得電動機出現損毀，造成一定的經濟損失。通常而言，直流電機匯總的勵磁繞組以及電樞繞組之間并不直接聯系，兩者都屬于獨立的狀態。

     所以，要想使得電動機不會被損毀，使得電流的流通量保持不變，只需要針對電樞反應進行適當的控制，并且在適當的時候做出一定的彌補即可。就以三相異步電機作為具體的實例進行分析，轉子以及定子聯合作用，就會形成一定量的磁通，而著一些磁通在每一相中，通常都會產生一定的電動勢。Eg所代表的就是因為氣隙磁通的感應的影響，而使得每相電動勢產生的相應的有效數值。而f1則指代的是定子頻率，而N1指代的就是在定子中，每一個繞組在串聯中所構成的繞組匝數，KN1代表的就是基波繞組所產生的系數。根據公式(2)可知，針對Eg以及f1兩者的比例數值進行合理的控制，將其作為固定值，就能夠使得磁通不會因為其他因素的影響而出現變化。然而，這樣的情況只是成立于理論中，而在實際中，要想使得磁通固定不變，還需要充分的考慮到基頻在上下兩個階段所具有的不同變化，從這兩個方面進行分析就可以了解到：首先，基頻在下階段進行變頻調速中，會將電動勢保持在固定不變的狀態，根據公式(2)進行計算，就可以得出，在保持φm固定不變的情況下，利用工頻對頻率f1進行向下調節的過程中，就需要將Eg的數值進行合理的降低處理。

     然而值得注意的是，定子繞組電動勢目前在控制上還無法達到精確的程度，因此，電動勢的數值一般在取值上都會偏高，在沒有充分考慮到定子繞組漏磁阻抗壓降的情況下，就會使得定子的相電壓與電動勢的有效值之間并不能夠形成等值。如果頻率相對來說較低，那么電壓以及電動勢的有效值都會相應的降低，這樣就會使得定子的組抗壓降的作用較為明顯，這時候，對其就無法進行忽視。而是要利用人工的方式來對電壓進行有效的提升，從而達到降低定子壓力的效用。其次，基頻在上階段進行變頻調速中，頻率會隨著工頻的升高而不斷的升高，然而，無論頻率如何的變化，電壓一定是保持不變的。在這種情況下，磁通與頻率的變化是負相關的關系，隨著頻率的上升而不斷下降，這與直流電機中的弱磁升的情況相類似?；l上下的兩種調速情況連在一起，就得到了異步電動機變頻調速的控制特性，而在不同的轉速下電動機都具有額定的電流，那么電動機在溫升容許的條件下就可長期穩定運行，其轉矩基也基本上隨磁通的變化而變化。基頻以下屬于“恒轉矩調速”，基頻以上屬于“恒功率調速”。變頻器控制方式的選擇由負荷的力矩特性決定，電動機的機械負載轉矩特性根據下列關系式決定：P=TN/9550(3)式中：P———電動機功率，單位KW;T———轉矩，單位Nm;N———轉速，單位r/min，在轉矩一定的情況下，調節轉速就可實現對功率的控制，從而實現節能的目的。

4、電氣控制系統構成

    由于吊斗鏟本身線性尺寸大，運載能力強，為了促使設備的各項性能充分發揮作用，以滿足安全高效生產需要，則電氣控制系統的優化設計尤為重要。系統運用以PLC為控制中心，以PROFIBUS—DP現場總線通訊協議為數據通訊控制系統，結合變頻器驅動裝置先進的控制方式，再配合以德國霍伯納(HUBNER)絕對值編碼器及人機界面(HMI)等輔助設備，來完成整個系統的監控過程，使得吊斗車在運行中具備了啟動和停止平穩、無沖擊、安全可靠的特點。

5、基于PLC變頻技術的吊斗鏟變頻節能控制

     為了使得吊斗鏟能根據實際采掘需要不斷調整轉矩，就必須實現對實際轉矩的數字監測，而轉矩在數值上是可以通過傳感器進行數據采集的。其具體實現方案是在吊斗鏟的拖動電機的主軸上放置轉矩傳感器并讓其與拖動電機同軸運行，設定轉矩值的參考值，將轉矩傳感器采集到的信息輸入到PLC中進行判斷，構成閉環控制，根據實際運行方式，不斷改變電源燈頻率，達到節能之目的。當測得的實際轉矩值大于所設定的轉矩值參考值時，這說明采掘物體硬度大，需要電機提高功率，即拖動電機的轉速無極上調，這時PLC發出指令，令變頻器提高低頻率運行，進而使從動電機的轉速無極上調，以此來使得測得的實際轉矩值下降到給定值;當測得的實際轉矩值小于所設定的轉矩參考值時，這說明采掘物體硬度小，需要電機降低功率運行，即拖動電機的轉速無極下調，這時PLC發出指令，令變頻器降低頻率運行，進而使從動電機的轉速無極下調，以此來使得測得的實際轉矩值上升給定值?？刂圃砹鞒虉D如圖2所示。

6、結束語

     利用PLC變頻技術對吊斗鏟實現變頻控制運行，可以大大提高電能的利用效率，節約電能，達到節約生產成本，提高經濟效益的目的，因此，我們在實際生產過程中要大力提倡。