变频调速技术在矿井主通风机上应用
2017-07-10李宁
李宁
（盐城生物工程高等职业技术学校 江苏盐城 224000）
摘 要：具有"矿井肺腑"之称的主通风机是煤矿的四大固定设备之一，它担任着向井下输送新鲜空气、排出粉尘和污浊气流的重任，因此，对煤矿通风系统的可靠性和安全性必须予以足够的重视。由于井下工作现场条件恶劣，主通风机一旦发生故障，将会对整个矿区生产和安全造成重大影响，因此对其进行基于PLC控制的变频调速监控系统的研究和设计，不仅可以大大提高煤矿生产的机械化、自动化水平，还能节省大量的电能，具有较高的经济效益。本文阐述了变频调速技术如何应用到煤矿通风机控制系统中，为相关的工程设计提供了理论参考。
关键词：变频技术；矿井通风机；智能控制
一、变频器结构与分类
变频器按结构来分，分为交-交变频器和交-直-交变频器两种。目前，交-直-交变频器使用的很多，由主电路和控制电路组成，其中主电路包括整流器、中间直流环节、逆变器三个部分。其基本结构如图1所示。
1、整流部分
通常又被称为电网侧变流部分，就是把三相或单相交流电转换成直流电。
鉴于二级管耐压，设备驱动功率等特点，以及一般情况在系统工况稳定性较好的情况下（波脉动小），小功率型采用二级管整流。
2、中间直流环节
逆变器的负载通常都是异步电动机，而异步电动机属于感性负载，因此在电机和中间直流环节之间总会有无功率的交换，一般地，需要中间直流环节的储能元件来缓冲这种无功率的交换。中间直流环节的储能元件一般都是电容或电感。
直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波、直流储能和缓冲无功功率。
3、逆变部分
通常又被称为负载侧变流部分，与整流部分正好相反，它的功能就是把直流电再次转换成交流电。
4、控制电路
控制电路在不同的变频器中有不同的实现方法。根据功率大小可采用内置制动单元和外置制动单元。
二、变频器选型及注意事项
在变频调速控制中，变频器扮演着非常重要的角色，因此变频器的选择合理与否直接关系到控制系统是否能够正常运行。只有事先了解了变频器所驱动的负载特性，才能对变频器做出正确合理的选型。变频器驱动的负载一般可以分为三种类型，分别为恒功率负载、恒转矩负载和风机、水泵负载。
工程中使用变频器，我们如何对其进行选型，一般有以下的注意事项：
1、确定采用变频器的目的，采用恒压控制方式还是恒流控制方式。
2、确定变频器的负载类型，特别要注意负载的性能曲线，性能曲线不一样，采用地控制方式也不一样。
3、在使用变频器来控制高速电机的情况下，变频器的容量要选的稍大点。
4、如果使用变频器来控制长期低速转动的电机，变频器应该采用加大变速比的工作方式，使电机在较高频率下工作。
5、如果变频器要长电缆运行，那么变频器容量要选的稍大点。
三、变频调速节能原理
变频器主要用于交流电动机转速的调节，是公认的交流电动机最理想、最有前途的调速方案，因为它具向非常明显的作用，那就是节能。应用变频调速技术可以大大提高电动机转速的控制精度，使电动机在最节能的转速下运行。
风机泵类设备传统的调速方法是通过调节阀门开度来调节水量，通过调节入口或出口的挡板来调节风量，这样在挡板和阀门的截流过程中消耗大量的电能，因此调速效率极低，电能损耗巨大。一般地，在用电机驱动其他机械设备的设计时，为了保证可靠地生产，都应该留有一定的余量。但多数情况下，电机不是在满负荷下运行的，此时，多余的力矩就会增加有功功率的消耗，导致电能浪费。如果采用变频调速技术进行调节，当流量减少时，相应的转速也会隨之降低。这样，不仅能够满足要求，而且还可以避免电能的浪费，大大提高了效率。
变频调速前后，风机风压、流量、转速、轴功率及节电率与电源频率的关系如表1所示。
上述均为百分比，100%流量为风机的额定流量，100%功率为工频额定工况运行时的消耗功率，满足关系式：电机输入功率二风机额定轴功率/电机效率，电机效率一般为93-96%，因此额定功率较大者效率较高。变频调速时的节能量即为两种调节方式的能耗差值，即百分比乘额定消耗功率。
节电率为71%，考虑风机实际运行情况与理论的差异，在通风容易期，取节电率60%如式。
保守计算，取单位电价0.7元计，风机每天可以节省电费2217元，如果每年按200天容易期计算，则可节省电费44.3万元，不出两年可收回整个系统的投资。
参考文献：
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