变频调速技术在矿井主扇风机上的应用

２００８年第６期　煤矿机电　・１０ｌ・　变频调速技术在矿井主扇风机上的应用　罗仁贵　（重庆永荣中心桥煤业有限公司，重庆４０２４００）　摘要：　为解决矿井主扇通风机经济运行和风量调节，永荣中心桥煤矿在对主扇通风机更新换代　的同时，采用变频调速技术，使用近两年来效果良好。着重介绍变频调速控制方式、变频器的选择　及采用变频器的技术经济分析等。　关键词：　主扇通风机；变频器；应用　中图分类号：ＴＭ９２１．５１　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００１－０８７４（２００８）０６—０１０１—０３　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ　ｉｎ　Ｍａｉｎ　Ｆａｎ　Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｍｉｎｅ　ＬＵＯ　Ｒｅｎ—ｇｕｉ　（Ｙｏｎｇｒｏｎｇ　Ｚｈｏｎｇｘｉｎｑｉａｏ　Ｃｏａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　４０２４００，Ｃｈｉｎａ）　１　引言　风机正常运行前提下，为达到风机经济运行、风量调　节容易的目的，在对主扇通风机更新换代的同时，风　机电机采用了变频调速器控制，使用近两年来，效果　良好。　矿井通风网络阻力和对风量的需求量，在矿井　生产过程中的不同阶段和时间，都有一定的变化，为　适应这个变化的需要，风量调节是矿井主扇通风机　正常运行和经济运行所必需的。通常煤矿风机风量　调节采用改变风机工作叶轮片安装角度、采用前导　叶及风门调节等方式。其中改变叶片安装角度需在　风机停机时才能进行，而前导叶调整范围小，不适应　２变频调速控制方式　（１）系统控制方案的确定　按风机的使用率和变频器的预期寿命，在保证　转换装置操作可靠条件下，采用２台变频器拖动４　台电动机的技术方案。变频控制系统如图１所示。　通风网络特性变化较大的情况，风门调节方式从节　能来看，又是最不经济的，因此，变频调速技术引人　注目。从研究中发现，采用变频器改变风机电动机　转速的方法，可实现风机特性曲线的变化，获得经济　（２）采用变频器的技术经济分析　１）基本原理　根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关　系：　＝６ｏｆ（１一　）／ｐ，通过改变电动机工作电源频率　来达到改变电机的转速。风机一般属于二次方转矩　负载，其机械轴功率随转速的下降而急剧降低，因　设计［Ｊ］．工矿自动化，２００５（４）　运行工况点，既能实现软起动、软停机，又降低了电　机的发热程度和可能出现的故障。重庆永荣中心桥　矿井的通风系统于２００６年进行了技术改造，在保证　为背景，介绍了自动配煤系统的设计，并针对现有焦　化厂配煤环节中存在的问题，引入Ｆｕｚｚｙ．ＰＩＤ复合　［２］申颖，王维．ＰＩＤ调节器在电子皮带秤自动配煤系统中的应用　［Ｊ］．计量技术，２００１（４）　［３］俞金寿．工业过程先进控制［Ｍ］．北京：中国石化出版社，２００２　［４］　张良，于海生，等．基于模糊一ＰＩＤ控制的主从电机同步传动系　统［Ｊ］．ＰＬＣ＆ＦＡ，２００８（１）　智能控制策略。本系统在现场获得了成功应用，在　现有设备的条件下，系统配煤精度在９９％以上（误　差小于１％），能实现配煤４３０ｔ／ｈ。系统稳定可靠，　功能齐全，人机界面友好，操作方便，运行效果良好，　取得了可观的经济效益。　参考文献：　［１］齐美星。张愉，孙伟．基于专家ＰＩＤ控制的井下自动配煤系统　作者简介：到＼纯宁（１９７４一），男，工程师。１９９４年毕业于山东科技　大学矿山机电专业，一直从事煤矿机电设备及系统的技术管理工作，　发表论文８篇。　（收稿日期：２００８—０７—２２；责任编辑：姚克）　・１０２・　煤矿机　电　２００８年第６期　５ＡＬ一联络柜　４ＡＬ－ｌＩ号风机　ｌ　３ＡＬ—ＩＩ号风机　上段墼～鳖　机一０　ｆ　ｊ　风动一号起一机一　机柜一　１级电机起动柜　Ｉ　２级电机起动柜　０．４ｋＶＩＩ段　ｆ　（　‘　、｛　Ｉ　＿Ｌ　Ｉ上　（　Ｉ　＿Ｌ　Ｉ上　｝　变频器　ＪＤ—ＢＰ３２一ｌ１Ｏ　０Ｓ３　一　｝　变频器２　ＪＤ—ＢＰ３２一ｌ１０　　Ｉ——＿＿　一一一一一一＿Ｊ一一一一－　‘一一一一一一一一一一一一一］一一一一一一一＿｛一一一一一一　）　Ｊ　Ｊ　　ｌ　Ｉ　Ｉ　Ｉ—　上　＾　　ｌ、　一　一、　Ｉ　ｌＧＬＺ２－４００／３Ｊ　ｌ　Ｉ　１　１　Ｉ—　ＧＬＺ：　Ｉ号风机　Ｉ号风机　ｌ级电机１１０　ｋＷ　２级电机１１０　ｋＷ　ＩＩ号风机　ＩＩ号风机　１级电机ｌｌ０ｋＷ　２级电机１１０ｋＷ　Ｉ　Ｉ　图１　中心桥矿主扇风机变频控制系统图　注：Ｑｓ１、ＱＳ２同时分、合，且同时处在工频、变频位置；ＱＳ３同时分、合且进线电源同时由３ＡＬ、４ＡＬ或６ＡＬ、７ＡＬ供给。　此，调速系统输入的电功率也急剧降低。根据风机　比例定律，风机的转速从ｎ　变到凡：时，风机的风量　与转速的一次方成正比，风压与转速的二次方成正　比，轴功率与转速的三次方成正比，风机的效率基本　不变。即：Ｑｌ／Ｑ２＝ｎＩ／ｎ２；Ｈ１／１－１２：（ｎ１／ｎ２）　；Ｐｌ／Ｐ２　＝用恒电压频率比方式，它具有稳定的控制特性和良　好的动态性能，功率元件采用第四代绝缘栅双极性　晶体管（ＩＧＢＴ），电磁兼容性和输出谐波得到较好的　控制，价格低廉。　（３）技术参数确定　１）主扇通风机。选择ＦＢＣＤＺ－６．Ｎｏｌ８Ｂ型隔爆　（ｎ　／ｎ　）　。当需要小风量时，用变频器降低风机　转速，电动机的输入功率将按三次方的关系大幅度　降低，达到节能的目的。　２）变频器的选择　对旋轴流式通风机，风量范围４０．２～８９．４ｍ　／ｓ，风　压范围８８８～３３５４Ｐａ，转速ｎ＝９８０ｒ／ｍｉｎ。　２）配套电机选择ＹＢＦｅ３１５Ｌ　－６型笼形电动机２　台，功率１１０×２ｋＷ，额定电压３８０Ｖ，电流１８９Ａ，额　定转速ｎ＝９８０ｒ／ｍｉｎ。　由于二次方转矩负载的定子电流对于频率敏　感，通过变频器将频率上限进行适当限制，电动机的　实际电流就不会超过变频器的额定电流，故一般按　３）变频调速器。ＪＤ．ＢＰ３２—１　１０Ｆ型国产变频器　风机电机的功率选择变频器的功率。风机变频器属　于通用变频器，风机电机采用普通笼形电动机是最　２台，额定容量１４５ｋＶＡ，额定输出电流２１０Ａ。变频　器主要参数为：　电源波动范围　抗瞬时电压降低　输出最高频率　起动频率　佳选择，但电机在４０％同步转速以下长期运行时，　随着转子转速的降低，端部风扇叶片逐步失去散热　能力，导致电机过热，这是在变频器选型和节能估算　时应认真考虑。从变频技术上，风机变频器主区采　电压±２０％、频率±５％　电压在３００Ｖ以上继续运行　在５０～４００Ｈｚ之间任意设定　２—５Ｈｚ　输出频率精度　模拟：最高设定值的±０．３％　２００８年第６期　煤矿机电　・ｌ０３・　数字：最高设定值的４－０．１％　转矩提升控制　加、减速时间　运行操作方式　ｎ１／ｎ：＝０　／ｑ　，可大致计算出变频运行的频　率为２１．７Ｈｚ。　考虑到运行工的素质和应变能力，采用面板电　根据负载转矩调整到最佳值　１～９９９ｓ，对加速和减速时间　可单独设定　位器来调节风机运行频率。但采用单台变频器控制　单台电机时，要注意两台变频器起动时，上升阶段频　率不要相差太多，也就是对旋风机的两级电机转速　键盘操作、外控操作、微机操　作　频率设定　制动　保护功能　面板键盘设定、模拟信号设定　（面板电位器）　电容器充电制动２０％以上　过流、短路、过压、欠压、缺相、　不能偏离太多，以免对变频器造成损伤。　（２）节能状况　以使用一号风机为例，其叶片角度为４６。／３８。。　通过变频柜的调节旋钮使风机平滑调速，使风机曲　线由原来的每一个叶片角度的单条，而变为在区间　内的曲线面，在矿井同一风网状态下，风机工况由一　点变为一定区间内的曲线段，风量按需调节，通过改　过热、失速、外部报警　３变频器运行分析　（１）安装调试　风机变频器应安装于室内坚固的基座上，与风　机其它电控设备布置在同一机房时，要注意电磁于　扰的防治。接地是抑制噪声和防止干扰的重要手　段，接地线尽量短并且牢固可靠，与变频器相连的控　变风机的叶片安装角度实现风量的调节蓝获得较高　的效率。经计算，通风机年电耗为５７万ｋＷｈ。在未　用变频器满足通风需求最节能的状态时，网侧电流　为１６２Ａ，平均功率因数０．９８，按此计算通风机年电　制设备要与其共地，安装布线时应将电源线与控制　电缆分开，电机电缆尽量用屏蔽电缆并接地，变频器　应尽可能单独布置或与动力配电柜放在一处。环境　温度要控制在一ＩＯ￣Ｃ～４０℃，变频器的散热对整机　的稳定性有着较大影响，周围环境的湿度和粉尘含　量也不能超标。　耗为８８万ｋｗｈ。这样，实际节电率达３５％左右，按　电能均价０．６　ｋＷｈ计算，每年节约电费１８．６万　元；变频器及其配套装置总价为１０．２万元，只需　６．５个月时间即可收回投资；一号风机变频（３８Ｈｚ）　运行时的效率＇７＝７５％。　４使用效果　调试是对设计安装工作的检验及修改过程，确　认主电路接线正确，通电检查风机运行正常，变频器　完成自检后，输入基本的参数设置，进行加载试验，　一（１）实现了软起动，取消了起动时的限流电抗　器，起动电流大大减小，避免了起动电流对电网和电　般用备用风机并打开吸风室风门进行加载试验加　机的冲击。　（２）变频改造后，根据矿井通风需求不仅进行　风量调节，且通过对通风系统的实时监控，可实现对　减速时间５ｍｉｎ。在逐步缓慢的加速过程中，必须设　专人观察风机电机处有无共振现象，发现共振区域　应设置跳跃频率参数予以规避。在实际投入通风网　络负荷运行前，应根据预先测算的矿井实际需风量　设置自动运行频率，或用面板电位器调至预测频率。　在调节风门全开且通风网络不变的情况下，根据风　机的比例定律可计算出在不同需风量时变频器的运　风量的自动控制，提高了设备自动化控制程度和设　备的可靠性。　（３）设备磨损减轻、维护费用降低，延长了维护　周期，工作强度减少；变频运行后，设备噪音降低，　改善了工作环境。　作者简介：罗仁贵（１９７０一），男，工程师。现在重庆永荣矿业公司　中心桥煤矿从事煤矿机电技术及管理Ｓ－作。　（收稿日期：２００８—０８—１１；责任编辑：姚克）　行频率。如风叶角度为４６。／３８。时，风机工频运行　时风量为８９．８ｍ　／ｓ，而实际需风量为３９ｍ　／ｓ，根据　ＪＩ’，，＇・＇・，’，，，＇ｌ，・＇＇＇＇，，　’，，＇，＇ｌ　，・，，＇ｌ，＇ｌ，’’・，，，　’＇，，，，，’’＇＇ｌｌｌｌｌ　＇＇ｌ，，’’＇，，ｌ’　；　２　请从速订阅２００９年《煤矿机电》杂志　本刊邮发代号：４－７８３。　地址：上海天钥桥路１号（煤科大厦１８楼），　邮编：２０００３０　电话：（０２１）６４３８２３４４－２８０７，２８０４　－ｔＩＩｔｔ‘‘ＩＩｔｔｌＩＩＩＩＩｔｔＩＩｔＩＩｔｔＩＩＩＩＩｔｔＩＩ‘・ｔｔＩＩＩＩｔｌ・ＩＩＩｔ・ｔ‘‘Ｉ‘‘ｔｔ‘ｌＩＩＩＩｔｔ‘・‘ＩＩ‘ｔ‘‘Ｉ