电气自动化技术在瀑布水泵中的应用探讨

罗华军

摘 要：我国设计与生产制造水泵的技术在科学技术的推动下获得快速发展，各个行业在使用水泵时对于水泵的性能要求、质量要求不断提升，这就要求在水泵在设计与制造中立足于行业发展需求，提升水泵综合性能。在提升水泵综合性能时应用机械结构手段普遍存在一定的局限性，所以在设计与生产制作水泵的时候，需要借助于电气自动化技术，显著提升水泵综合性能，满足行业发展需求。本文将立足于水泵结构探究电气自动化技术的应用。

关键词：电气自动化技术;水泵;应用

中图分类号：TM76                                       文献标识码：A                                                 DOI：10.12296/j.2096-3475.2021.05.069

在研究与发展水泵基础理论，改进水泵性能，完善水泵设计方案等环节中，提升水泵电气自动化技术的应用能力具有十分重要的作用。所以，在研究水泵生产与制造时使用电气自动化技术，已经成为社会各界所关注的焦点。

一、水泵结构设计中的电气自动化技术

1.变频调速技术

水泵结构设计中应用电气自动化技术，当属变频调速应用的最为成熟。就原动机三相异步电动机水泵而言，在计算电动机的转动速度时，其关系表达式如下所示：

在公式1.中，字母n所表示的含义为电动机的转动速度，字母f所表示的含义为输入电源的频率值，字母s所表示的含义为电机的转差率，字母p所表示的含义为电动机的磁极对数。通过公式1.可以得知，电动机的转动速度受到电动机磁极对数、电机转差率以及电源频率值的影响。在调节电动机转动速度的时候，通过利用磁极对数和电动机转差率具有较大的效率损耗，并且局限性比较大。

在调节电动机转动速度的时候利用电机输入电源工作频率改变的方式展开，这种方法便被称作为变频调速技术。变频调速技术在实际应用中具有比较广的调节范围，同时具有较高的调节精准度和调节效率，其节能效率也是上述调节方法所不能比拟的。在大多数情况下，调节水泵电动机运行速度是利用变频器，主要思路是有机结合变频技术和微电子技术，通过利用AC-DC转换整流、DC-AC转换整流和滤波等过程完成。

2.电动机高压电气软启动技术

在启动交流电动机的过程中，需要从两个角度展开分析，第一，设定启动时的电流值为额定电流值的五倍到七倍，在有限容量的电网之上，其所形成的降压作用将会造成电网上的其他电气设备运行受到影响，甚至不能正常工作。第二，启动电动机时的转矩也将会超出额定转矩，这种问题的出现将会严重损害电动机本身，所以要适当性的降低交流电动机在启动时的电流值。为缓解电网的冲击可以通过加装装置实现，进而保证交流电动机的转动速度在运行中达到平稳上升的目的，使其在最短时间内上升的额定的转动速度，这个过程便被称作为电动机软启动，起到辅助作用的附加装置被称作为电气软启动器。反馈回路、主回路、相应的控制回路以及旁回路等组合形成高压电气软启动器，计算机可以直接对高压软启动器中的所用部分实现直接监管与控制。电动机软启动方式包含有突然跳动启动、全压启动、电压斜坡启动以及恒流启动四种方式。例如在柳州市沿江瀑布群改造工程中，水泵工况稳定，流量及运行时间持续固定，不需要调速及调节进出水流量。根据瀑布群水泵电机功率大小及负荷情况，选择了施耐德公司生产的软起动器，采用转矩控制方式起停水泵电机。

二、检测电气自动控制的运行参数和实现步骤

1.分析数学理论

根据行业水仓容量和涌水量测试结果，在水泵设计与制造中应用电气自动化技术，要展开全面且细致的考量。在实际设计与生产中，基本上可以通过四种方法解决。第一，可以利用数学中的一元二次方程式完成计算，同时要以一定的步骤为基础。首先将涌水量假设为x，将水仓的容量假设为y，水泵的排水量假设为Q，当水仓彻底充满水以后，时间耗费为T，抽完水的用时为O，完成方程式表示与计算。在一元二次方程式中，x和y所表示的含义为需要求解的数值，而其他的数字为常量。水仓容量在关系表达式中保持稳定不变的数值，随着掌子面的变化与季节的变动，涌水量将会随之发生变化，但是在短时间内所表现出来的变化幅度较小。第二，将流量统计器安装在水泵排水管和水仓入口处位置，在水仓入口处的涌水量可以通过流量统计器直接测量而得，水仓容量在两个流量通及其位置计算出空水仓和满水仓阶段的矿井流水量和水泵排水量差值。每台水泵在使用中可以设置四种工作方式，分别是检修方式、自动控制、半自动控制和就地控制，设定的时候可以在控制器上直接完成。

2.基于数理支撑的启动问题

启动问题往往是以数理支撑位模式而展开，操作人员需要手动调节，通过对人工按钮的控制完成启动水泵电机或者是闸阀开关控制，实现系统的语音提示、自动停止运行和报警等功能。倘若是水位超出警戒线、出现常规开关故障、压力骤然下降以及流量降低等问题时，真空压力将会达到设定的指标，此时自动水泵电机将会自动启动，水泵出水管路电动闸阀将会被打开，在最短时间内将水排出。倘若是打开电动闸阀后在一定的时间阶段内，水泵压力值没有达到设定的指标，系统将会自动停止水泵运行，并将将电动闸阀关闭，完成报警工作。水泵在停止运行以后，水仓的水位到达最低位置，将会首先将排水管路电动闸阀自动关闭，关闭之后在将水泵电机关闭。在系统中设置完成运行水位、低限水位、危险水位等多個水位线。当水位达到警戒水位线时，系统将会自动启动“运行泵”，以上限水位设置系统作为依据，自动启动下一个“运行泵”。当达到危险水位的时候，将会将全部水泵启动，在实际从操作中也可以其实际情况作为依据，进行手动控制，完成警报。

三、结语

综上所述，在水泵设计与制造中灵活性运用电气自动化技术，可以为其提供良好的智能化控制和数字化发展条件，为提升水泵设计与制作质量奠定坚实的技术基础。本文主要研究了电气自动化技术在水泵中的应用，从变频调速技术、电动机高压电气软启动技术两个角度阐述泵结构设计中的电气自动化技术，得到自动化控制技术应用的灵活性。其次立足于数学理论和数理支撑探究电气自动控制的运行参数和实现步骤，旨在提升水泵设计与制造的质量和应用水平。

参考文献：

[1]史华建.综采工作面排水泵电气自动化控制系统的设计[J].机械管理开发，2020（3）：198-199.

[2]周洪海，徐尚宏，刘坤，等.电气工程自动化技术在矿山工程中的应用研究[J].世界有色金属，2020（3）：26-28.

[3]郭宁，李晓青，郭志成.PLC在煤矿水泵自动化系统中的应用研究[J].信息记录材料，2020（7）：15-16.

（柳州市江滨公园管理处  广西柳州  545000）