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摘要：本文对搅拌站电机的运行进行了分析。结合电机某些运行功率参数的实测数据，找出了电机控制策略缺乏优化的问题。在满足搅拌站生产工艺要求的条件下，进行了设计改进，并用实测数据进行了验证。根据用户的特殊需要，结合搅拌站的生产工艺，进行了设计改进，并通过具体工程实例验证了改进效果。通过对搅拌站两个常见问题的分析、研究和设计改进，成功地实现了变频技术在混凝土搅拌站中的应用。
关键词：变频技术；混凝土搅拌站；应用
在当今的建筑施工中，一个非常重要的环节就是混凝土的集中搅拌，它是一个非常大的联动机构，在实际的运行中需要涉及到很多人和设备，所以在运行和维护上也更加的复杂，在这样的情况下，只有不断的提升管理质量，才能更好的保证管理的科学化和合理化，使得整个生产过程更加的现代化，更加的高效率，这样也很好的缓解了混凝土生产过程中影响生产效率的各种问题。
1问题的提出
随着我国的城市化进程不断向前推进以及国家对基础设施建设的加强，混凝土搅拌站在全国大中城市得到了迅速发展和推广应用。但是目前国内的搅拌站在生产过程中，普遍存在两个问题，一是对电机的控制策略缺乏优化，导致了搅拌站的有些电机在实际运行的过程中，利用率低，电能浪费严重；另一方面则是在当前的搅拌站配置下，当客户需要的物料很少，同时对精度要求特别高的情况下，现有的控制方式无法实现精确计量，满足客户的特殊需求。下面将会对这两个问题分别的进行分析、研究以及改进。在问题分析及设计改进的过程中，变频器将会被用到，所以在第二部分，会简单地介绍下变频技术的工作原理。
2变频技术工作原理
变频技术是利用电力半导体器件的通断作用把电压、频率固定不变的交流电变成电压、频率都可调的交流电源。现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。
3变频技术在搅拌站电机优化控制和节能中的应用
3.1电机分类分析
由于搅拌站的大部分传动，都是由电机驱动，所以搅拌站现场的电机设备比较多，以HZS180K为例，电机数量就有27个。
大概可以分为7类：
（1）振动电机类：13个，此类电机功率为0.9~0.1kW，工作方式为S3：断续周期工作制，周期性的短时间振动，利用率高、节能空间小，故本文暂不做研究。
（2）泵类：4个，工作制为S3：断续周期工作制，每个搅拌站生产周期一段时间恒定负载，一段时间停转。电机的利用率高、节能空间小，本文不做深入地研究。
（3）螺旋类：4个，工作方式为S3：断续周期工作制，每个搅拌站生产周期一段时间恒定负载，一段时间停转，电机的利用率高、节能空间小，本文暂不做研究。
（4）除尘电机：1个，工作方式为S3：断续周期工作制，每个搅拌站生产周期一段时间恒定负载，一段时间停转。电机的利用率高、节能空间小，本文暂不做研究。
（5）空压机：1个，低于压力设定值时启动，高于0.8MPa时停止运行，属于断续周期工作制，电机的利用率高、节能空间小，本文暂不做研究。
（6）皮带类：2个，包括平皮带和斜皮带，工作方式近似可以看为S6：连续周期工作制：每个搅拌站生产周期都有一段时间近似恒定负载，其余时间为空载。电机的功率因数低、利用率低，控制策略缺乏优化，需要进行设计改进。
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从测试的数据，可以看出，斜皮带空载的时候的电流为27.5A，功率因数为0.3，空载的功率为5.72kW。一个周期以90s计算的话，斜皮带空载约占1/3周期，也就是30s。一个周期斜皮带空载所消耗的电能约为0.048kW•h。
（7）搅拌主机：2个，搅拌站主机的工作方式为每个搅拌站生产周期都有一段时间的可变负载，和一段时间的空载，而且空载的时间在正常生产期间内很短，由于可变负载的规律性不强，暂时先不做研究。
3.2皮带类控制技术改进
由上分析，斜皮带电机在一个生产周期内有一段时间的可变负载，由于负载变化不大，可看作恒定负载，和一段时间的空载，且空载的时间大约占周期的1/3，由于目前的控制方式，皮带类的电机没有调速方式，所以无法实现调速，导致电机依然工频运行，电机的利用率低，浪费电能。控制方式为：斜皮带启动的时候为工频运行，当系统检测皮带上面没有料的时候，切换为低速运行。皮带上有料的时候，切换为工频运行，保证生产的效率性。
3.3设计改进效果跟踪
使用变频以后，空载电流降为7.8A，功率因数提升到0.8。此时空载功率为4.32kW，每个配料周期，空载时间同样以30s计算，每个周期空载消耗的电能为0.036kW•h。
斜皮带使用变频技术控制以后，空载电流由27.5A降为7.8A，功率因数由0.3提高为0.8，空载功率由5.72kW降为4.32kW，平均每个周期节省电能0.012kW•h，由此可见采用变频技术控制后，空载运行节省的电能约为原来的1/4。
4变频技术在粉料微小计量中的研究与应用
在当前的搅拌站配置下，当客户需要的物料很少，同时对精度要求特别高的情况下，现有的控制方式无法实现精确计量，满足客户的特殊需求。例如：HZS180K的搅拌站，掺合料螺旋的标准配置是273螺旋，安装角度为22°，螺旋输送量为22kg/s，假设客户需要的掺合料配方量为10kg，若每一盘打3m3，目标值为30kg，加上电机的启动时间，基本上螺旋电机刚转起来，配料值就已经超差了。类似于这类情况，当前的控制方式就无法满足客户的需求了。
针对以上情况，对当前粉料计量控制方式进行设计改进。
改进后的控制方案为，定义（MI1，MI2）=（1，0）为螺旋精称，对应20HZ输出，（MI1，MI2）=（1，1）为螺旋粗称，对应50HZ工频输出。
改进后的螺旋变频控制，在低频工作时，降低螺旋每秒输送量，有效地保证了称量的精准性。得到了客户的认可。
结论
通过对斜皮带电机控制方式的改进，成功地将变频技术应用于斜皮带电机的控制。使用变频技术控制后，控制电流下降到7.8A，功率因数提升到了0.8，大大地提高了电机的利用率，平均每盘斜皮带空载阶段可以节省电能为0.012kW•h，相比之前空载耗能节省了1/4。通过粉料螺旋变频的设计改进，在低频工作时，有效降低螺旋每秒地输送量，保障了称量的精准p性ow。er并fac成to功r地应用于济南中铁十局HZS120搅拌站，将螺旋的最小输送量降低到5kg/s，点动可以达到最小一次0.5kg，计量精度得到了有效的提高，得到了客户的认可。变频调速技术作为电机节能运行的主流控制技术已经相当成熟，产品的选择范围也非常广泛。下一步将继续研究变频技术在搅拌站、干混砂浆站及其他产品中的应用。
参考文献：
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[3]李道敏，李斌贵，邓唯一，丁岩.变频技术在水泥搅拌站的应用[J].起重运输机械，2017（03）：72-73.
论文作者:贺孟
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第12期
论文发表时间:2019/1/4
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