變頻技術(shù)在礦井主扇風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用

0 引言
    在礦井通風(fēng)系統(tǒng)中，主扇風(fēng)機(jī)需24 h連續(xù)運(yùn)行，其年用電量約占全礦年用電量的8%(20%!目前，大多數(shù)風(fēng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)仍采用工頻電源定速控制，通過(guò)人工調(diào)整閘板位置或扇葉角度來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)量和負(fù)壓控制，人工調(diào)節(jié)需停機(jī)"拆卸螺絲等，十分繁瑣，并造成電能的浪費(fèi)!
變頻技術(shù)的工程實(shí)用已經(jīng)有20 a多的歷史，新型電力電子器件和高性能微處理器不斷得到應(yīng)用，促進(jìn)了性價(jià)比更高"體積更小"運(yùn)行更可靠性的變頻器發(fā)展，已逐步取代傳統(tǒng)電磁調(diào)速!
1 概述
    變頻技術(shù)在調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)電控系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速"改善功率因數(shù)"提高啟動(dòng)平穩(wěn)性和經(jīng)濟(jì)效益等方面有顯著效果，同時(shí)還具有無(wú)沖擊啟動(dòng)和軟停機(jī)的優(yōu)良控制特性!發(fā)達(dá)國(guó)家風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速的利用率已達(dá)10%，而中國(guó)還不足0.01%，有很大發(fā)展?jié)摿?
由于煤礦生產(chǎn)環(huán)境特殊，對(duì)安全性的要求較高，煤礦機(jī)電設(shè)備中還很少有符合煤礦安全要求的隔爆型變頻器產(chǎn)品!隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，煤礦的增產(chǎn)"降耗"提效被提到了重要地位，利用變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行節(jié)能改造是大勢(shì)所趨.
2 變頻技術(shù)原理
    變頻技術(shù)的核心設(shè)備是變頻器，它是結(jié)合了應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過(guò)改變電機(jī)工作電源頻率方式來(lái)控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備!在家庭和工廠使用的工頻交流電分為單相和三相交流電源，其電壓和頻率均按各國(guó)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，有單相220 V/50 Hz，三相380 V/50 Hz等!而變頻器首先把電源的交流電經(jīng)過(guò)整流變換為直流電，再通過(guò)逆變器把直流電源逆變?yōu)轭l率和電壓可調(diào)的交流電源!根據(jù)變頻技術(shù)的基本原理，電機(jī)的轉(zhuǎn)速與工作電壓的關(guān)系是：式 （1） 中，!為電機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min；"為輸入頻率，Hz；#為電機(jī)轉(zhuǎn)差率；$為電機(jī)磁極對(duì)數(shù)!同時(shí)，根據(jù)風(fēng)機(jī)比例定律，當(dāng)葉片直徑"工作介質(zhì)密度恒定時(shí)，風(fēng)機(jī)!因此，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化直接影響著風(fēng)量的變化，而風(fēng)機(jī)消耗功率變化幅度將更大!因此，變頻技術(shù)應(yīng)用在礦井主扇風(fēng)機(jī)中，具有調(diào)速范圍更寬"節(jié)能效果好"精度高等特點(diǎn)!
3 煤礦主扇風(fēng)機(jī)對(duì)變頻技術(shù)的應(yīng)用要求
    在對(duì)煤礦主扇風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻技術(shù)改造時(shí)，首先要調(diào)研考察風(fēng)機(jī)的現(xiàn)行工作運(yùn)行情況，如現(xiàn)運(yùn)行時(shí)風(fēng)門已全部打開(kāi)，才能滿足礦井所需風(fēng)量，則沒(méi)有必要進(jìn)行變頻技術(shù)改造!由于主扇風(fēng)機(jī)屬于平方轉(zhuǎn)矩類負(fù)載，進(jìn)行變頻技術(shù)改造時(shí)需選擇適合于風(fēng)機(jī)水泵使用的通用型變頻器!變頻器通常根據(jù)主扇風(fēng)機(jī)電機(jī)的額定電流"電源與電動(dòng)機(jī)的額定電壓要求進(jìn)行選擇!變頻器額定輸出電流要大于主扇風(fēng)機(jī)電機(jī)的額定電流，同時(shí)經(jīng)常運(yùn)行頻率取值要合理，選用正規(guī)廠家質(zhì)量和服務(wù)過(guò)硬的產(chǎn)品，保證安全性和可靠性!
    煤礦主扇風(fēng)機(jī)是保障煤礦安全的主要通風(fēng)機(jī)械，一般配備2套，其中1臺(tái)作為備用，其配用功率從數(shù)十千瓦至數(shù)百千瓦!相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)也不同，一般380 V低壓電動(dòng)機(jī)適用于功率315 kW以下主扇風(fēng)機(jī)，而6kV高壓電動(dòng)機(jī)適用于功率大于315 kW的主扇風(fēng)機(jī)!礦井主扇風(fēng)機(jī)的額定風(fēng)量"風(fēng)壓通常設(shè)計(jì)時(shí)富余量較大，石家莊風(fēng)機(jī)是根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算礦井末期的通風(fēng)阻力和產(chǎn)生的風(fēng)量!過(guò)去常常通過(guò)關(guān)閉小風(fēng)門檔板，人為增加通風(fēng)阻力改變主扇風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況，使風(fēng)量和風(fēng)速達(dá)到生產(chǎn)所需!
    在煤礦投產(chǎn)初期，由于巷道短"通風(fēng)阻力小，如果按額定工況通風(fēng)，將造成采煤工作面風(fēng)速超限并引起煤塵飛揚(yáng)，影響采煤面的工作和安全!一般采取關(guān)小風(fēng)門擋板增大通風(fēng)管網(wǎng)阻力的方法使礦井的排風(fēng)量減少!風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與風(fēng)量"功率存在以下關(guān)系：通過(guò)人為增加通風(fēng)阻力的方法調(diào)節(jié)風(fēng)量造成了電能資源的浪費(fèi)，而采用改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法調(diào)節(jié)風(fēng)量節(jié)能效果顯著，同時(shí)還能有效延長(zhǎng)機(jī)械使用壽命!
4 應(yīng)用實(shí)例
    礦井主扇風(fēng)機(jī)配套電動(dòng)機(jī)采用上述人工調(diào)節(jié)閘門的方法調(diào)節(jié)風(fēng)量，按煤礦生產(chǎn)安全規(guī)程要求的配風(fēng)產(chǎn)品1臺(tái)直接驅(qū)動(dòng)工作主扇風(fēng)機(jī)，備用風(fēng)機(jī)仍然由工頻拖動(dòng)!
    艾默生該型變頻器可自整定電動(dòng)機(jī)參數(shù)，利用了對(duì)磁通電流和轉(zhuǎn)矩電流的解耦控制及低頻轉(zhuǎn)矩提升技術(shù)，使電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩增大到180%，當(dāng)電網(wǎng)電壓產(chǎn)生波動(dòng)時(shí)，額定輸出能力能較平穩(wěn)，特別適合用于潮濕和粉塵超標(biāo)的環(huán)境!
    通過(guò)進(jìn)行變頻技術(shù)改造，變頻器限制了電機(jī)的起動(dòng)電流，電機(jī)起動(dòng)時(shí)的峰值功率損耗減小了，電網(wǎng)功率因數(shù)提高到了0.96以上，消除了電動(dòng)機(jī)啟停時(shí)的機(jī)械沖擊，延長(zhǎng)了主扇風(fēng)機(jī)的使用壽命!同時(shí)，由于選擇的風(fēng)機(jī)富裕度較大，運(yùn)行頻率范圍設(shè)定在33 Hz(45 Hz之間即可滿足風(fēng)量需要，使主扇風(fēng)機(jī)達(dá)到了最優(yōu)配置，改變了大功率風(fēng)機(jī)小風(fēng)量需求的弊端，經(jīng)濟(jì)效益顯著!
    在進(jìn)行變頻技術(shù)改造前，主扇風(fēng)機(jī)全年電量按照運(yùn)行350 d計(jì)算，為320,24,350=2 688 000 kW*h，電費(fèi)按0.5元（/kW*h）計(jì)算為1 344 000元，采用變頻技術(shù)改造后，由于深部開(kāi)拓工程量小，每年12月中旬至第2年3月初自然通風(fēng)狀況良好，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速可適當(dāng)降低，全年運(yùn)轉(zhuǎn)平均頻率大約在33 Hz(45 Hz范圍內(nèi)，實(shí)測(cè)電流表電機(jī)平均電流為350 A，主扇風(fēng)機(jī)實(shí)際消耗功率約為170 kW!全年用電量則為1 428 000 kW*h，電費(fèi)則是714 000元，平均每年節(jié)約電量1 260 000kW*h，每年節(jié)約電費(fèi)630 000元!變頻技術(shù)改造后，主扇風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，通風(fēng)系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了安全規(guī)程要求!風(fēng)機(jī)以低于額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，噪聲降低"磨損減輕，減少了維護(hù)費(fèi)用!
5 結(jié)語(yǔ)
    在當(dāng)前煤炭企業(yè)，應(yīng)用變頻技術(shù)對(duì)煤礦主扇風(fēng)機(jī)的系統(tǒng)改造并不多見(jiàn)，對(duì)風(fēng)機(jī)實(shí)施變頻技術(shù)改造，其核心是利用變頻技術(shù)對(duì)拖動(dòng)風(fēng)機(jī)的電傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改造!變頻調(diào)速技術(shù)使電力傳動(dòng)系統(tǒng)的節(jié)能水平和控制性能都有較大提高，對(duì)煤炭企業(yè)科技進(jìn)步起到重要作用!