程高言

摘 要：在煤礦巷道的通風(fēng)系統(tǒng)中，礦井通風(fēng)機(jī)的作用是給井下工作人員輸送足夠的新鮮空氣，稀釋排除有害、有毒、爆炸氣體，調(diào)節(jié)井下空氣的溫度和濕度，改善工作環(huán)境，保護(hù)煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)。由于總用氣量為權(quán)衡壓風(fēng)機(jī)最大容量的標(biāo)準(zhǔn)，且受自身生產(chǎn)特點(diǎn)的影響，煤礦企業(yè)現(xiàn)有風(fēng)動(dòng)設(shè)備開(kāi)停不均衡，總體用電處于不斷變化的狀態(tài)，在一定程度上造成電能的浪費(fèi)。研究變頻調(diào)速技術(shù)在煤礦壓風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用，對(duì)煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益的提升具有重要價(jià)值。基于此，本文主要對(duì)煤礦風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析探討。

關(guān)鍵詞：煤礦風(fēng)機(jī) 變頻調(diào)速技術(shù) 應(yīng)用

1、前言

目前，節(jié)能減排已成為我國(guó)企業(yè)發(fā)展的主要方向，煤礦企業(yè)不僅是產(chǎn)能大戶，也是耗能大戶。因此很多煤礦企業(yè)都在研究如何減少能源的消耗，節(jié)能減排。而應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)正好符合煤礦企業(yè)發(fā)展的需要，因?yàn)閼?yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)量目的，不僅能保障煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)，還能減少煤礦能源的消耗，提高煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益來(lái)說(shuō)都有著十分重要的意義。

2、變頻技術(shù)在煤礦通風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

變頻器是根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式可知，只要平滑地調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的供電頻率，就可以平滑調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速。變頻器的基本作用就是將工頻電源變?yōu)轭l率可調(diào)、電壓可調(diào)的三相交流電源。變頻器分為交-交和交-直-交兩種形式。交-交變頻器可將工頻交流直接變換成頻率、電壓均可控制的交流電，又稱直接變頻器。

變頻技術(shù)應(yīng)用于煤礦通風(fēng)機(jī)中用變頻器代替開(kāi)關(guān)柜，盡管在初期所需的費(fèi)用較高，但是長(zhǎng)期運(yùn)行以后，可以節(jié)省大量的電費(fèi)，為煤礦節(jié)約更大的資源。一般來(lái)說(shuō)，一年的時(shí)間就能夠基本收回設(shè)備投資的成本，而且變頻調(diào)速應(yīng)用于煤礦通風(fēng)機(jī)還具有以下優(yōu)點(diǎn)。

2.1 節(jié)能效果顯著

目前，我國(guó)礦井用風(fēng)機(jī)調(diào)整風(fēng)量的方法基本上有兩種，一是機(jī)械調(diào)整風(fēng)量，另一種是電氣調(diào)整風(fēng)量。用機(jī)械調(diào)整風(fēng)量是調(diào)整葉片角度和調(diào)整空氣網(wǎng)絡(luò)阻力的方法，調(diào)整葉片角度可以調(diào)整風(fēng)量，但風(fēng)機(jī)的效率較低，通過(guò)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)增加系統(tǒng)阻力可調(diào)整風(fēng)量，但不節(jié)電。電氣調(diào)整風(fēng)量，即電氣調(diào)速。調(diào)整電機(jī)的極對(duì)數(shù)，或調(diào)整電源頻率即變頻調(diào)速，另一種方法是串極調(diào)速，其中串極調(diào)速和變頻調(diào)速是調(diào)整風(fēng)量的最佳方法。因?yàn)轱L(fēng)量與功率、轉(zhuǎn)速是立方關(guān)系，調(diào)整風(fēng)量轉(zhuǎn)速可以獲得最佳的效果，礦井通風(fēng)機(jī)使用變頻調(diào)速，節(jié)電效果可達(dá)30%以上，這在目前我國(guó)資源緊張的情況下，節(jié)電的效果尤為明顯。

2.2 變頻調(diào)速具有電機(jī)軟啟動(dòng)功能

在現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)發(fā)現(xiàn)啟動(dòng)時(shí)電流從零開(kāi)始，緩慢地增加到實(shí)際生產(chǎn)需要的負(fù)荷電流，并沒(méi)有沖產(chǎn)生擊電流，這樣就可以延長(zhǎng)電器設(shè)備的使用壽命。

2.3 提高功率因素

從變頻器的監(jiān)視窗口可以看出，電機(jī)的功率因素為0.984，采用變頻器后，可代替電機(jī)的無(wú)功功率就地補(bǔ)償裝置，從而減少設(shè)備投資。

2.4 降低噪聲

由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速小于其額定轉(zhuǎn)速，風(fēng)機(jī)的噪音大幅度降低，改善了工作環(huán)境，有利于操作人員的身心健康。

2.5 操作簡(jiǎn)單

風(fēng)量調(diào)節(jié)可通過(guò)變頻器控制面板的箭頭，非常方便地實(shí)現(xiàn)。

3、變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)例應(yīng)用分析

本文探討的是變頻調(diào)速技術(shù)在礦山風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用。為了達(dá)到電機(jī)負(fù)荷變速運(yùn)行從而自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的，應(yīng)用PLC構(gòu)成了風(fēng)壓閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)，這樣既可節(jié)能，又滿足了生產(chǎn)需要。以下將結(jié)合某礦務(wù)公司實(shí)例，重點(diǎn)就該公司礦山電氣拖動(dòng)設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中遇到的輸出功率不能隨負(fù)荷變化而變化的情況（此情況浪費(fèi)能源且普遍存在），對(duì)其變頻調(diào)速與節(jié)能效果及特點(diǎn)進(jìn)行分析。

3.1 技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)用概況

該礦務(wù)公司采用的變頻調(diào)速運(yùn)行機(jī)制為：通過(guò)傳感器、測(cè)量裝置檢測(cè)所需信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，再反饋給變頻器，這樣變頻器就可將標(biāo)準(zhǔn)情況與被檢測(cè)到的信號(hào)作對(duì)比，以適當(dāng)對(duì)風(fēng)機(jī)電機(jī)輸入頻率進(jìn)行調(diào)整，從而改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。具體來(lái)說(shuō)，變頻調(diào)速節(jié)能的基本原理就是，在煤礦某個(gè)工作面無(wú)人工作的情況下，風(fēng)機(jī)無(wú)需滿負(fù)荷運(yùn)行，而要使風(fēng)機(jī)減速，就要降低風(fēng)機(jī)輸入功率，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

本文所舉實(shí)例采用的是GS系列變頻器，其微處理器為高性能DSP，功率輸出器使用絕緣雙極型晶體管（IGBT）。系統(tǒng)投入運(yùn)行以來(lái)，實(shí)測(cè)功率因數(shù)可達(dá)0.9以上，輸出電流、電壓和頻率穩(wěn)定，運(yùn)行狀況良好，節(jié)能效果突出，整體性能穩(wěn)定，可視顯示、技術(shù)成熟，具有全面而完善的保護(hù)功能。此外，為了更好地適應(yīng)特殊環(huán)境的要求，礦山風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速采用自動(dòng)控制方式。自動(dòng)控制信號(hào)采用PID閉環(huán)反饋控制的方法，即由PID控制變頻調(diào)速器，變頻器控制電動(dòng)機(jī)的輸入頻率以改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。這樣可以更好地滿足自動(dòng)控制的要求，實(shí)現(xiàn)訓(xùn)節(jié)風(fēng)機(jī)流量的目的。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

首先，根據(jù)風(fēng)機(jī)在不同控制方式下的“流量一負(fù)載”關(guān)系曲線變化情況進(jìn)行計(jì)算，以分析“流量一負(fù)載”關(guān)系曲線的節(jié)能效果。如本文實(shí)例巾應(yīng)JE}j風(fēng)機(jī)額定流量5l8m3/min，額定功率60kW，配備YBF200L1—2型電動(dòng)機(jī)，風(fēng)機(jī)仝年運(yùn)行時(shí)300天，縛天連續(xù)24h運(yùn)行，其中13h以50%負(fù)荷運(yùn)行，11h以90%負(fù)荷運(yùn)行，則每年的節(jié)電量為：

W=60×11X（100%-69%）X300～0×13×（95%-20%）×300=236880kW.h

假設(shè)每kW·h電按1元計(jì)算，則采用變頻調(diào)速技術(shù)每年可節(jié)約費(fèi)用高達(dá)20余萬(wàn)元，這表明將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于變負(fù)荷設(shè)備，節(jié)能效果十分突出。再者，根據(jù)風(fēng)機(jī)負(fù)載關(guān)系公式Pl/P2=（n1/n2）3進(jìn)行節(jié)能分析，可知要改變電機(jī)轉(zhuǎn)速可通過(guò)改變電機(jī)工作電源頻率實(shí)現(xiàn)。這種調(diào)節(jié)方式雖操作簡(jiǎn)單，但消耗功率大，節(jié)能效果不佳，運(yùn)行成本高。而本文實(shí)例中應(yīng)用了變頻調(diào)速技術(shù)，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)變頻調(diào)速后風(fēng)機(jī)所需功率明顯減少。

由上述2種節(jié)能效果分析可以得出的結(jié)論是：在改變風(fēng)機(jī)能耗方面，變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用效果突出。值得注意的是，本文實(shí)例中變頻調(diào)速技術(shù)通過(guò)平滑的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)運(yùn)行方式，既能使風(fēng)機(jī)軟停機(jī)、軟啟動(dòng)，還能降低電機(jī)發(fā)生故障的概率和電機(jī)的發(fā)熱程度，也能使特性曲線發(fā)生變化，獲得最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工況點(diǎn)，確保風(fēng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性及精確性。但在實(shí)際工作中，可能由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的負(fù)載、控制目標(biāo)、運(yùn)行工況等存在差異，計(jì)算和分析方式難免會(huì)有特殊性，所以建議在實(shí)際案例應(yīng)用中應(yīng)采取不同的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、分析。此外，因改造時(shí)應(yīng)用的是單臺(tái)變頻器控制單臺(tái)電機(jī)，所以為避免導(dǎo)致變頻器損壞，在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)2臺(tái)對(duì)旋風(fēng)機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)設(shè)定不宜相差太大。

4、結(jié)語(yǔ)

由于傳統(tǒng)模式的風(fēng)機(jī)為煤礦企業(yè)帶來(lái)了耗電量高等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，因此，煤礦企業(yè)需積極引進(jìn)變頻調(diào)速技術(shù)，將之與傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)設(shè)備相融合，并從功能實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)配置、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)三方面全方位提升風(fēng)機(jī)的工作水平。

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