屋頂風機_下盤豎井開拓法礦產百科基于除塵風機高壓變頻器的應用

               程序控制說明：爐前操縱吹煉時，接點M20．1和M2．0通，將置位復位觸發器RS置位，此時Q20．2有輸出，同時由Q20．2輸出驅動中間繼電器，從而由繼電器接點送給高壓變頻器高低速信號（繼電器通為高速，斷為低速）；當爐前工轉換開關轉到爐后或沒有吹煉的時間超過15 min時，T44或T45或M20．2通，置位復位觸發器RS復位，Q20．2沒有輸出，繼電器開釋，變頻器降速。
3 高壓變頻器調速系統
3．1 監控和操縱
      當除塵風機不吹煉時，只需要很低的轉速，根本不需要滿負荷運轉。利用高壓變頻器根據實際需要對除塵風機進行變頻運行，既保證和改善了工藝，又達到節能降耗的目的和效果。
      采用高壓變頻調速系統對除塵風機進行高壓變頻改造具體實現過程如下：變頻器操縱可以在本機控制，也可以遠程操縱。變頻器包括1臺內置的PLC，用于柜體內開關信號的邏輯處理，以及與現場各種操縱信號和狀態信號（如RS 485）的協調，并且可以根據用戶的需要擴展控制開關量，增強系統的靈活性。變頻器也可由控制室的上位機或操縱臺進行操縱，吹煉時（B到D），變頻器高速運行，不吹煉時，變頻器低速運行�？梢愿鶕�工況需要自由設定，其完全可以滿足工藝要求。變頻調速風機控制系統如圖4所示。

         5 結 語
      從以上分析及運行情況來看，在除塵風機采用高壓變頻器調速后，由變頻器直接控制電機，通過調速驅動除塵風機，進步傳動效率。電機的電壓、電流明顯下降，電機輸進功率明顯減少。運行工況點明顯改善，風門可以全部打開，完全由轉速調節流量，對生產操縱極為方便、控制精度高、響應速度快、而且高壓變頻器調速時間可以任意設定，避免了全負荷啟動時的大電流沖擊，使整個系統工作平穩并有利于除塵風機的維護保養，延長使用壽命。節電率在20 ～70 之間，具有巨大的節能效益。
參考文獻
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         　　長期以來，煤礦由于受復雜的生產條件和環境影響，在礦用設備選型上都采用功率比較大的型號，電機全速運行，大馬拉小車現象非常普遍，耗能十分嚴重。如何以技術進步和技術創新為先導，降低企業的生產本錢，進步勞動生產率是煤炭生產企業需要解決的迫切課題。

         　　煤礦主透風機是煤礦的四大主要設備之一，作為礦井主透風，它天天24小時不停地運轉，是整個礦井的“呼吸”系統。然而隨著開采及掘進的不斷延伸，巷道延長，所需的風量也將不斷增加，風機所用功率也將加大。四季的交替，冷熱的變化，所需的風量也需不斷調節。但煤礦原根據反風及開采后期運行工況所設計的透風機及拖動的電動機的功率，通常遠大于煤礦正常生產所需的運行功率。

         　　礦井一般按開采各階段中透風最困難時期選擇風機型號。一般礦山選型時，按實際透風參數配備電機功率，計算方法如下：

        
K－功率儲備系數，一般取K＝1.1～1.15。
傳統的調節系統，是根據風量所需的多少，靠調節風門、葉片角度來實現的。從透風機選型的過程和煤炭生產的實際情況，透風機恒速運行存在以下幾個題目: 

         1．電能的嚴重浪費

         　　大型煤礦的服務年限大多在幾十年以上，投產初期到井田穩定開采一般在十年以上，但是一般主扇風機設計上余量特別大，在相當長的時間主扇風機一直處在較輕負載下運行。由于煤礦主扇風機一般采用檔板調節，因此造成能源浪費，增加了生產本錢。

         2、啟動困難，機械損傷嚴重 

         　　主扇風機采用直接啟動，啟動時間長，啟動電流大，對電動機的盡緣有著較大的威脅，嚴重時甚至燒毀電動機。而高壓電動機在啟動過程中所產生的單軸轉矩現象使風機產生較大的機械振動應力，嚴重影響到電動機、風機及其它機械的使用壽命。 

         3、自動化程度低 

         　　主扇風機依靠人工調節檔板，更不具備風量的自動實時調節功能，自動化程度低。在故障狀態下，如風騷短路，將對礦井正常生產造成嚴重影響。 

         　 變頻調速器作為一種新型的電力變換裝置，已成熟地應用到產業生產的各個方面，不但啟動輕易，節能效果明顯，而且對電機保護功能齊全。因此，為保證礦井生產的安全，降低生產本錢,車間降溫設備，進步自動化程度，對礦井透風機的變頻改造就成為勢在必行的工程了。 

         二、對旋軸流透風機的特點

         　　兩級的軸流透風機中，有一種很好的設計方案。它是將一個葉輪裝在另一個葉輪的后面，而葉輪的轉向彼此相反，稱為對旋型軸流透風機，或對置式軸流風機。

         　　煤礦對旋風機因其主要由該透風機采用兩級葉輪對旋式結構，兩級葉輪分別由容量及相同型號電動機驅動，兩個葉輪旋轉方向相反，從進風口看，第一級葉輪順時針方向旋轉，第二級葉輪則逆時針方向旋轉。當空氣流進第一級葉輪獲得能量后并經第二級葉輪排出，第二級葉輪兼備普通軸流風機中靜葉的功能，在獲得整直圓周方向速度風量同時，增加氣流的能量，從而達到普通軸流式透風機不能達到的高效率，高風壓。

         它與普通軸流風機相比有以下幾個優點

         　　1）可以省略導葉，因而具有較短的結構尺寸。

         　　2） 傳動效率高。葉輪直接安裝在電機軸上，改變了傳統的傳動結構，既避免了傳動裝置的頻繁損壞，消除了能量損耗，也進步了風機裝置的傳動效率，同時也進步了使用效率。對旋軸流式透風機由于沒有靜葉,不存在靜葉損失,因此,其效率比普通透風機要高；

         　　3） 對旋軸流式透風機具有較大的逆向送風量,其一般可達70%～80% ,而普通透風機的逆向送風量僅為30%～40%；

         　　4）軸流對旋風機使用靈活。對旋風機兩級工作輪分別由兩臺電機驅動，因而對旋風機對應不同的使用狀態，可進行各式各樣的組合，使其中一級空轉可組成前導加動葉級或動葉加后導葉級，亦可配備一個靜葉作為附件，可以調節柵距以實現變風量調節。對旋風機可變轉速和兩轉子的轉速比來調節流量，這是對旋風機所特有的。

         三、礦用對旋軸流透風機的變頻改造的案例

         　　煤礦主透風機在煤礦的安全生產中起著至關重要的作用。礦井的瓦斯爆炸，與巷道的透風是否順暢，風量的充足與否都有著直接關系，一旦透風不暢，瓦斯濃度升高到一定程度，即會造成爆炸塌井，造成重大事故，危及礦工的生命安全。如此重要的安全生產關鍵設備，假如因某種故障而停機運行，將會給整個礦山的安全生產帶來巨大威脅，因此，要求與之配套的高壓變頻器必須具備非常高的可靠性才能夠滿足安全生產的要求。

         　　神華寧煤團體汝箕溝煤礦在礦井透風系統技術改造中，東風井BD-Ⅱ-10NO24/2×200KW、西風井BD-Ⅱ-10NO30/2×280KW對旋軸流透風機選用了北京利德華福公司生產的HARSVERT-A系列高壓變頻器。　　2006年11月30日，正式投運，運行穩定，一般都運行在35～40Hz，節能效果良好。

         （一）HARSVERT-A系列高壓變頻用具有以下技術特點：

         　　ARSVERT-A系列高壓變頻調速系統采用單元串聯多電平技術，屬高-高電壓源型變頻器，直接6KV輸進，直接6KV高壓輸出。變頻器主要由移相變壓器、功率模塊和控制器組成。

         　　1.功率模塊結構：功率模塊為基本的交-直-交單相逆變電力，整流側為二極管三相全橋，通過對IGBT逆變橋進行正弦PWM控制，可得到單相交流輸出。每個功率模塊結構及電氣性能上完全一致，可以互換。

         　　2.輸進側結構：輸進側由移相變壓器給每個功率模塊供電，移相變壓器的副邊繞組分為三組，根據電壓等級和模塊串聯級數，一般由24脈沖系列、30脈沖系列、42脈沖系列、48脈沖系列等構成多級相疊加的整流方式，可以大大改善網側的電流波形（網側電壓電流諧波指標滿足IEEE519-1992和GB/T14549-93的要求）。使其負載下的網側功率因數接近1，無需任何功率因數補償、諧波抑制裝置。由于變壓器副邊繞組的獨立性，使每個功率單元的主回路相對獨立，類似常規低壓變頻器，便于采用現有的成熟技術。 

         　　3.輸出側結構：輸出側由每個功率模塊的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機供電，通過對每個單元的PWM波形進行重組，可得到門路正弦PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，對電纜和電機的盡緣無損壞，無須輸出濾波器，就可以延長輸出電纜長度，可直接用于普通電機。同時，電機的諧波損耗大大減少，消除負載機械軸承和葉片的振動。

         　　當某一個功率模塊出現故障時，通過控制使輸出端子短路，可將此單元旁路退出系統，變頻器可降額機械運行；由此可避免很多場合下停機造成的損失。

         　　4.控制器：控制器由高速單片機、嵌進式人機界面和PLC共同構成。單片機實現PWM控制。嵌進式人機界面提供友好的全中文WINDOWS監控和操縱界面，同時可以實現遠程監控和網絡化控制。內置PLC則用于柜體內開關信號的邏輯處理，可以和用戶現場靈活接口，滿足用戶的特殊需要。

         　　控制器與功率單元之間采用光纖通訊技術，低壓部分和高壓部分完全可靠隔離，系統具有極高的安全性，同時具有很好的抗電磁干擾性能，可靠性大大進步。另外，交流220V控制電源掉電時，控制器可由配備的UPS繼續供電，（散熱風機電源取自移相變壓器）變頻器可以繼續運行。 

         （二）概括起來其主要應用效果如下：

         　　1．變頻起動對電網沒有任何沖擊。由于變頻器改造后風機可以實現變頻軟起動，避免了起動電流的沖擊，不僅對電網沒有任何沖擊，而且還可以隨時起動或停止；

         　　2．按需調節風量，避免浪費。進行變頻改造后，風機的送風量不再需要由風門來調節，而是由變頻器通過變頻調節風機的轉速來實現，調節范圍可以從0%?100%；因而可以根據生產需要隨意調節風量，減少了不必要的浪費； 

         　　3．變頻節能運行，節約了大量能源。由于變頻改造后不再使風機一直處于滿負荷工作狀態，節能率高達63%以上； 

         　　4．降低風機工作強度，延長使用壽命。進行變頻改造后，風機的大部分工作時間都在較低的速度下運行，因而大大降低了風機工作的機械強度和電氣沖擊，將會大大延長風機的使用壽命，降低維修強度； 

         　　5．可使電動機與風機直接相連接，減少傳動環節的用度； 

         　　6．電機和風機運轉速度下降，潤滑條件改善，傳動裝置的故障下降； 

         　　7．系統壓力降低，對管道的壓力和密封等條件緩解，延長使用壽命；

         　　8．系統完善的監控性能和高可靠性進步了工作效率，減少了檢驗和維護的工作量。

         　　9．需要留意的是煤礦對旋風機變頻調速后，一般情況下要求兩臺電機的運行頻率盡量一致，從而保證電機轉速一致。避免一臺轉速高，一臺轉速低，形成風阻，影響風機的正常運行。

         四、結束語

         　　總之，礦用透風機采用變頻調速，不但實現了軟起停，節約了電能，而且可根據巷道的風量需求方便的進行調速，應用效果是十分理想的。我國的煤礦企業相當多，高壓變頻器在這一方面的應用應當是十分廣泛的。

         參考資料：

         1．《高壓變頻調速和斬波內饋調速在煤礦生產中的應用》，焦煤機電??2006省煤炭系統機電運輸經驗交流會論文
2．《HARSVERT-A高壓變頻器技術手冊》，北京利德華福電氣技術有限公司