高壓變頻器在煤礦通風(fēng)機變頻調(diào)速中的應(yīng)用

趙二進(jìn)

(山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司大陽煤礦分公司,山西晉城 048003)

高壓變頻器在煤礦通風(fēng)機變頻調(diào)速中的應(yīng)用

趙二進(jìn)

(山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司大陽煤礦分公司,山西晉城 048003)

文章簡要分析了變頻調(diào)速技術(shù)的原理及變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)點,最后結(jié)合工程實際詳細(xì)介紹了高壓變頻器在煤礦通風(fēng)機變頻調(diào)速中的應(yīng)用情況。

煤礦 變頻控制 應(yīng)用

煤礦企業(yè)在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有重要的地位，隨著近年來科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，一些新的技術(shù)和先進(jìn)設(shè)備也不斷應(yīng)用到煤礦企業(yè)的生產(chǎn)中，尤其是隨著煤礦企業(yè)產(chǎn)量的不斷增加，井下機電設(shè)備正在向著大功率、高耗能的方向發(fā)展。由于現(xiàn)在我國煤礦企業(yè)的開采技術(shù)相比國際先進(jìn)水平相對落后，煤礦企業(yè)的用電量不斷增加，高耗能和低的生產(chǎn)效率之間的矛盾日益突顯，造成目前煤炭行業(yè)經(jīng)濟(jì)不景氣的局面。變頻調(diào)速技術(shù)在煤礦企業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，在節(jié)約能源、提高生產(chǎn)效率方面起到了很重要的作用，為進(jìn)一步降低煤礦企業(yè)的生產(chǎn)成本、減少能源消耗起到了不可忽視的作用。

1 變頻調(diào)速技術(shù)的原理

變頻調(diào)速技術(shù)是機電一體化、強弱電混合的綜合性應(yīng)用技術(shù)，其任務(wù)是：用電力電子器件及其控制電路，完成大功率電能的形態(tài)變換，包括頻率、波形、電壓等變換；用形態(tài)變換后的電能驅(qū)動電動機，并通過機械裝置將電能轉(zhuǎn)換成工作系統(tǒng)所需要的機械運動，實現(xiàn)工作系統(tǒng)的運動控制和節(jié)能控制；而要完成上述任務(wù)，必須采用傳感器、電子電路、計算機等組成自動控制電路，實現(xiàn)電機拖動系統(tǒng)運行信息的采集、處理、傳輸和運行狀態(tài)的實時控制，這就是變頻調(diào)速控制。

變頻調(diào)速控制技術(shù)是自動控制技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)在電機拖動系統(tǒng)中的整合集成，用以處理電機拖動系統(tǒng)的運動控制、節(jié)能控制和運行管理等問題，是用電子信息技術(shù)改造傳統(tǒng)耗能設(shè)備，實現(xiàn)電機拖動系統(tǒng)自動化和節(jié)能運行的主流方法。

可以通過調(diào)節(jié)電機的磁極對數(shù)來控制電機的速度，但是電機的磁極對數(shù)是固定不變的，為了達(dá)到自由控制電機速度的目的，只能在電機的外部調(diào)節(jié)磁極對數(shù)之后再進(jìn)行供電。如果只改變供電頻率的話，這樣很容易造成電機燒壞，為了不損壞電機還需要改變供電電壓。變頻調(diào)速技術(shù)就是能在改變電機供電頻率的同時也改變供電電壓，用這種方式調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，有效的防止電機燒壞事故的發(fā)生。

2 變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)點

(1)調(diào)速效率高。變頻調(diào)速的特點是在頻率變化后，電動機仍在該頻率的同步轉(zhuǎn)速附近運行，基本上保持額定轉(zhuǎn)差率，轉(zhuǎn)差損失不增加。變頻調(diào)速時的損失，只是在變頻裝置中產(chǎn)生的變流損失，以及由于高次諧波的影響，使電動機的損耗有所增加，相應(yīng)效率有所下降，所以變頻調(diào)速是一種高效調(diào)速方式。

(2)調(diào)速范圍寬。一般調(diào)速范圍可達(dá)10：1(50～5Hz)或20：1(50～2.5Hz)，并在整個調(diào)速范圍內(nèi)均具有較高的調(diào)速裝置效率。所以變頻調(diào)速方式適用于調(diào)速范圍寬且經(jīng)常處于低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下運行的負(fù)載。

(3)必要時，變頻裝置可以退出運行，改由電網(wǎng)直接供電。這對于泵或風(fēng)機的安全經(jīng)濟(jì)運行是很有利的。如萬一變頻裝置發(fā)生故障，就退出運行，不影響泵與風(fēng)機的繼續(xù)運行。又如在接近額定頻率

(50Hz)范圍工作時，由變頻裝置調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性并不高，變頻裝置可退出運行，由電網(wǎng)直接供電，改用節(jié)流等常規(guī)的調(diào)節(jié)方式。

(4)變頻裝置可以兼作軟起動設(shè)備，通過變頻器可將電動機從零速起動連續(xù)平滑加速直致全速運行。變頻軟起動是目前最好的軟起動方式，變頻器是目前最好的軟起動設(shè)備。

3 高壓變頻器在煤礦通風(fēng)機變頻調(diào)速中的應(yīng)用

山西某煤礦是一個新建礦，年生產(chǎn)能力已達(dá)100萬t。礦井通風(fēng)方式為抽出式，兩臺軸流通風(fēng)機互為備用，風(fēng)機起動方式為串電抗器減壓起動。主扇風(fēng)機為沈陽風(fēng)機廠生產(chǎn)的2K58系列礦井軸流通風(fēng)機，型號為2K58-NO28，轉(zhuǎn)速為590r/min。配備電動機型號為JS-157-10，額定電壓為6000V，額定電流為33A，額定功率為260kW，轉(zhuǎn)速590r/min。礦井通風(fēng)設(shè)備是根據(jù)生產(chǎn)發(fā)展規(guī)劃配備的，由于建礦時間短，實際生產(chǎn)能力沒有達(dá)到中遠(yuǎn)期設(shè)計水平，因此通風(fēng)設(shè)備存在較大裕量。山西省煤礦節(jié)能監(jiān)測中心對通風(fēng)機的性能進(jìn)行了技術(shù)測定，其運行工況點為：風(fēng)量104m3/s，全壓為1996Pa，風(fēng)機效率僅為27.5%，風(fēng)機軸功率為90kW。針對礦井實際的風(fēng)量需求，采用調(diào)節(jié)葉片角度和調(diào)節(jié)垂直風(fēng)門開啟度實現(xiàn)風(fēng)量調(diào)整。經(jīng)計算，兩臺通風(fēng)機運行偏離最佳工況，每年多消耗電能45.32萬kW·h，電能浪費十分嚴(yán)重。

改造方案：選用一臺260kW/6000V的高壓變頻器進(jìn)行調(diào)速運行，首先恢復(fù)風(fēng)機扇葉數(shù)量，將扇葉調(diào)整到最佳工作角度(30°)，使風(fēng)機工作在最佳狀態(tài)；利用變頻器的調(diào)速功能，根據(jù)生產(chǎn)對風(fēng)量和風(fēng)壓的要求，自動調(diào)節(jié)風(fēng)機吸風(fēng)量，使風(fēng)機獲得最大的節(jié)能效果；同時變頻器具有軟起動功能，可根據(jù)實際情況，設(shè)定相應(yīng)的起動時間，以減少直接起動所產(chǎn)生的大沖擊電流，取消了直接起動時所串接的限流電抗器。

通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與總結(jié)表明：流通風(fēng)機變頻改造后，在滿足正常生產(chǎn)對風(fēng)量(現(xiàn)在為46.33～53.67m3/s)和風(fēng)壓(1700Pa)需求的前提下，電動機實際轉(zhuǎn)速比額定轉(zhuǎn)速590r/min下降了17%。電動機實際功率為電動機額定功率的56%，節(jié)電率約為44%。

變頻改造后，由于高壓變頻器功率因數(shù)高，不需無功功率補償，因而去掉了原有的并聯(lián)在電動機輸人側(cè)的電容器。變頻改造后，實現(xiàn)了生產(chǎn)對通風(fēng)機的自動控制，提高了設(shè)備自動化控制程度和設(shè)備的可靠性，設(shè)備磨損減輕，維護(hù)費用降低，延長了維護(hù)周期，工作強度減少，設(shè)備的噪聲降低，改善了工作環(huán)境。

4 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，變頻技術(shù)在煤炭行業(yè)內(nèi)使用范圍越來越廣泛，很大程度上為礦井節(jié)約了電能，從變頻技術(shù)在煤礦企業(yè)應(yīng)用的現(xiàn)狀來看，變頻器會應(yīng)用到更多的煤礦機械設(shè)備中，因此研究高壓變頻器在煤礦中的應(yīng)用具有十分必要的意義。

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