煤礦主扇風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能改造應(yīng)用研究

廖日忠 薛寧超

【摘 要】 針對(duì)國(guó)內(nèi)煤礦主扇風(fēng)機(jī)普遍存在大馬拉小車(chē)，效率低，調(diào)風(fēng)量困難的問(wèn)題，提出進(jìn)行變頻調(diào)速節(jié)能改造的方法，經(jīng)理論計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，改造后的主扇風(fēng)機(jī)，節(jié)能效果明顯。

【關(guān)鍵詞】 變頻 礦井 主扇風(fēng)機(jī) 節(jié)能改造

主扇風(fēng)機(jī)是煤礦生產(chǎn)中的最主要用電設(shè)備之一，具有功率大、運(yùn)行不間斷，可靠性要求高的特點(diǎn)。其配置常按煤礦生產(chǎn)周期中最大需求風(fēng)量并預(yù)留余量，實(shí)際生產(chǎn)中，需求的風(fēng)量普遍遠(yuǎn)小于額定的風(fēng)量，常用通過(guò)調(diào)整葉片角度或風(fēng)閥開(kāi)度使得風(fēng)量與生產(chǎn)相匹配。但風(fēng)機(jī)葉片角度調(diào)整工作量大，風(fēng)機(jī)效率降低；風(fēng)閥開(kāi)度調(diào)節(jié)方法簡(jiǎn)易，但是節(jié)能效果差，有大量的能量浪費(fèi)到風(fēng)機(jī)擋板上。而變頻調(diào)速技術(shù)，可以徹底解決以上問(wèn)題，既操作簡(jiǎn)單、可實(shí)時(shí)調(diào)整，節(jié)能效果又好。

1 變頻技術(shù)原理

變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。它是按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖寬度或幅度，以調(diào)節(jié)輸出量和波形的，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)電壓和頻率的平滑變化。

根據(jù)其原理可分為交一交變頻器和交一直一交變頻器。

交一交變頻器是將頻率固定的交流電源直接變換成頻率連續(xù)可調(diào)的交流電源.其主要優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有中間環(huán)節(jié)，變換效率高。但其連續(xù)可調(diào)的頻率范圍較窄，一般在額定頻率的1/2以下，故主要用于容量較大的低速拖動(dòng)系統(tǒng)中。

交一直一交變頻器是先將頻率固定的交流電整流后變成直流，再經(jīng)過(guò)逆變電路，把直流電逆變成頻率連續(xù)可調(diào)的三相交流電。由于把直流電逆變成交流電較易控制，因此在頻率的調(diào)節(jié)范圍，以及變頻后電動(dòng)機(jī)特性的改善等方面，都具有明顯的優(yōu)勢(shì)，目前使用最多的變頻器均屬于交一直-交變頻器。變頻器通過(guò)控制系統(tǒng)，可調(diào)節(jié)輸入的電壓和頻率，進(jìn)而控制電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。

交一直-交變頻器原理如圖1所示。

2 變頻器主要功能

（1）軟啟動(dòng)功能。變頻器可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟起動(dòng)，減小對(duì)電網(wǎng)和機(jī)械負(fù)載的沖擊，延長(zhǎng)了電機(jī)和負(fù)載的壽命。

（2）保護(hù)功能。變頻器具有過(guò)載、過(guò)壓、過(guò)流、欠壓、電源缺相等自動(dòng)保護(hù)功能及聲光報(bào)警功能。

（3）延長(zhǎng)設(shè)備壽命。電機(jī)和負(fù)載低于額定轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下運(yùn)行，降低了設(shè)備的故障率，減少了噪聲對(duì)環(huán)境的影響。

（4）節(jié)能。在水泵和風(fēng)機(jī)等負(fù)載中，傳統(tǒng)通常采用閥門(mén)或擋板來(lái)調(diào)節(jié)流量，這往往造成系統(tǒng)效率降低，造成大量能源浪費(fèi)，若采用變頻調(diào)速，效率通常高達(dá)96%，節(jié)能效果明顯。

3 風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能原理

帶動(dòng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)速與變頻后供電的頻率成同比例關(guān)系。當(dāng)通過(guò)變頻使風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)腘l變?yōu)镹2時(shí)，風(fēng)量Q、風(fēng)壓H、功率P大致變化關(guān)系為：

Q2=Q1（N2/N1）

H2=H1 （N2 /N1）2

P2=P1（N2/N1）3

由上式可知風(fēng)機(jī)（或水泵）流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，而軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。當(dāng)需求流量下降時(shí)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速可以節(jié)約大量能源。例如：當(dāng)流量需求減少一半時(shí)，如通過(guò)變頻調(diào)速，則理論上講，僅需額定功率的12.5%，如采用傳統(tǒng)的風(fēng)門(mén)方式調(diào)節(jié)風(fēng)量，雖然也可相應(yīng)降低能源消耗，但節(jié)約效果與變頻相比，則有天壤之別。

4 變頻器在主扇風(fēng)機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用

煤礦主扇風(fēng)機(jī)一般采用兩套，一用一備，每套配備2臺(tái)對(duì)流風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)功率大，且365天不停運(yùn)行，每年消耗大量的電能。由于煤礦實(shí)際生產(chǎn)所需的風(fēng)量遠(yuǎn)小于風(fēng)機(jī)額定的風(fēng)量，為了風(fēng)量匹配，通常