下载文档原格式
变频技术在煤矿主通风机中的节能应用摘要：本文从变频技术在矿井主通风机的应用出发，阐述了变频技术节能应用的原理，并通过实例说明变频技术在通风机中产生的经济效益。
关键词：变频技术主通风机节能1引言矿井主通风机是向井下输送新鲜空气，排出CO等有毒有害气体，维护矿井正常生产的大型设备。
因功率大运行时间长，电能消耗多。
因此，对矿井通风机进行合理调节，使其在高效条件下安全经济运行，对提高煤矿效益具有重要的现实意义。
2 风机调速运转节能原理通风机要改变流量和风量时，一般采用转速调节来进行，这样还可以节电。
其原理如下：风量Q与转速n成正比：Q=K1n风压H与转速n的平方成正比：H=K2n?电动机的轴功率P与Q、H之间的积成正比，与转速n的立方成正比，P =K3 n ?。
其中式中的K1、K2、K3 都作为常数，轴功率P 也可表示为P=QH/102，式中为风机总效率，Q为风量，H为风压。
因此采用转速调节时，当要使风量Q由1减为1/2 时，只要使转速由1降为1/2，轴功率则由1减少为（1/2）3 = 1/8，可节约7/8的电功率。
若采用传统的节流调节，转速不变而挡板的开度减小，使Q由1减为1/2 时，风压H变化不大，大部分略有上升。
而且随着风量Q 的减少，风机的效率也降低（见图1中曲线）。
因此由P=QH/102 可见功率P减少不明显，与风量的减少不成比例，而功率P中的大部分用来克服管道的通风阻力而浪费。
虽然风门完全关闭，效率和风量Q 皆为零，轴功率也只能减少到全开时的45% -65%。
上面所述也可由风机的风压一风量特性图算出。
图1中曲线R 即为管道的风阻特性（代表挡板在某一开度下，管道的通风阻力与风量的关系），曲线H即为风机的风压特性（代表在某一恒定转速下，风压与风量的关系），两者的交点A就是风机运行的工作点（此时风机的压力同管道的通风阻力大小相等，方向相反，并处于稳定运转状态）。
图2中，曲线R与挡板开度有关，随着开度的减小变得陡峭。
文章编号:1001-0874(2000)04-0024-03煤矿风机变频调速技术的应用达善荣1,王燕娇1,韩菊娣2,李云罡2,陈萍2(1.西山煤电(集团)有限责任公司屯兰矿,山西太原030206;2.煤炭科学研究总院上海分院,上海200030)摘要:变频调速技术具有节能、速度和转矩的高精度控制、高速驱动、软起动等优点,而煤矿井下由于其特殊工况环境限制了变频调速技术的应用与发展。
矿用变频调速技术可适用于煤矿井下的特殊工况条件。
井下巷道通风风机改用变频调速装置驱动,是交流变频调速技术在煤矿井下应用的一个比较典型的例证,根据风机的特性及工作的过程分析,可看到矿用变频调速技术在煤矿井下应用的应用前景。
关键词:煤矿风机;变频调速;应用中图分类号:TD63+5;TH43文献标识码:B1前言用于传动调速的变频技术具有如下特点:可使标准电动机连续调速,即在不更换原有电动机的条件下可以调速,并可选择最佳速度;起动电流小,低速时定转矩输出;最高速度不受电源影响,即最大工作能力不受电源频率影响;采用鼠笼形异步电动机,维护简便,易使用于具有爆炸性气体的场合。
由于这些特点,使变频调速技术的应用,产生许多优良的效果,如可使风机、泵类机械根据要求流量调节转速,节约大量的电能,又可根据负载调节并降低转速,以减小机械和风的噪声;对于输送机可实现平滑加速、减速,产生性能优良的软起动效果,特别是重负载起动时,可提升输出转矩,产生普通软起动器所不能起的效果,由于采用了对设备不产生冲击的起动、停止和空载时低速或高速运行,可增加设备的使用寿命。
另外变频调速技术对生产自动化、提高产品质量、提高生产率及产品合格率有明显的效果。
煤矿井下的风机、水泵、提升机、运输机、采煤机、绞车、压缩机等机械的负载都比较适用于变频调速控制,但目前煤矿井下交流变频调速技术的应用尚在起步阶段。
煤矿井下大量使用的660V/ 1140V级供电电压,不同于目前市场上广泛使用交流380V级的变频器,另外,煤矿井下使用的供电装置,其外壳防护等级至少为IP44以上,而目前市场上的变频器多为IP23以下。
举例说明离心式风机与水泵采用变频调速节能的原理在各种工业用风机、水泵中，如锅炉鼓、引风机、深井、离心泵等，大部分是额定功率运行，而它们的能耗都与机组的转速有关。
通常在工业生产、产品加工制造业中风机设备主要用于锅炉燃烧系统、烘干系统、冷却系统、通风系统等场合，根据生产需要对炉膛压力、风速、风量、温度等指标进行控制和调节以适应工艺要求和运行工况。
风机流量的设计均以最大风量需求来设计，其调整方式采用调节风门、挡板开度的大小、回流、启停电机等方式控制，无法形成闭环控制，也很少考虑省电。
这样，不论生产的需求大小，风机都要全速运转，而运行工况的变化则使得能量以风门、挡板的节流损失消耗掉了。
在生产过程中，不仅控制精度受到限制，而且还造成大量的能源浪费和设备损耗。
从而导致生产成本增加，设备使用寿命缩短，设备维护、维修费用高居不下。
同样，离心式水泵在我国当前的工业生产和人民日常生活中起到很大的作用，水泵使用三相异步电动机进行拖动，水泵流量的设计同样为最大流量，压力的调控方式只能通过控制阀门的大小、电机的启停等方法。
这种人为增加管阻的调节方式虽然满足了生产生活所需的对流量的控制，但是浪费了大量的电能，不是一种经济的运行方式。
电气控制采用直接或Y-△启动，不能改变风机和水泵的转速，无法具有软启动的功能，机械冲击大，传动系统寿命短，震动及噪声大，功率因数较低等是其主要难点。
为解决这些难题，相关科研技术人员根据生产需要对风机和水泵等装置的转速进行控制和调节以适应工艺要求和运行工况，在满足生产需求的基础上又节约了能源。
所以，变频调速对生产生活具有十分重要的意义，这也就意味着我们有必要了解风机和水泵等装置采用变频调速节能的原理。
为了对变频调速节能原理有更清晰、更深入的理解，我们可以先从变频器的工作原理出发。
变频器电路（见下图）的基本工作原理为：三相交流电源经二极管整流桥输出恒定的直流电压，由六组大功率晶体管组成逆变器，利用其开关功能，由高频脉宽调制（PWM）驱动器按一定规律输出脉冲信号，控制晶体管的基极，使晶体管输出一组等幅而不等宽的矩形脉冲波形，其幅值为逆变器直流侧电压Vd而宽度则按正弦规律变化，这一组脉冲可以用正弦波来等效，此脉冲电压用来驱动电机运转，通过控制PWM驱动器输出波形的幅值和频率，即可改变晶体管输出波形的频率和电压，达到变频调速的目的。
隧道通风风机变频控制节能技术1 前言1.1 风机变频技术概况隧道施工一般为多作业面、多工序交替作业。
施工中，由于钻孔、爆破、装碴、喷射混凝土等工序，以及内燃机械的废气排放等会产生大量的有害气体、粉尘,并导致气温升高。
施工中必须向洞内供给新鲜空气，以改善隧道施工作业环境,保障施工作业人员的身体健康和施工装备正常运转，实现安全生产。
隧道通风方案,通常按照掘进通风中最大新鲜空气需求量选择风机,然而在掘进工作面较短的情况下,掘进通风机仍以较大功率运行,造成了极大的能源浪费。
现有隧道施工用轴流式通风机，少数采用了变频控制技术，当需要对风机供风量进行调整时，必须在变频控制柜面板上对外接电源频率进行手动操作（即“本地操作”），如果通风机和控制柜安装在距离隧道口一定距离处，工序转换时需要改变风量甚至停止风机时，由于交通等方面的原因，通风机可能一直在满负荷状态下工作，变频功能得不到正确使用；另外，上述手动操作对象（频率值）为连续按键设置，而不是一键操作，不利于值班人员的快速选用。
根据石林隧道进口端通风机进洞运行的要求，通过对通风机变频器自动控制和远程控制技术的研究,使隧道通风机因采用变频技术而获得了显著的节能效果,具有良好的经济效益和广泛的应用前景。
1.2风机变频节能的基本原理通风机的输出风量由其转速决定，而通风机是由电动机驱动的，即电动机的转速决定了风机的输出风量。
因此通过改变电动机的转速就可以实现对风机输出风量的调节。
由电机理论可知, 交流异步电动机的转速与电源频率成正比，与电动机极对数成反比，由下式确定：p sf n-⨯⨯=160式中：n—异步电动机的转速；f —电动机的电源频率；s—电动机转差率；p —电动机磁极对数。
由上式可以看出，通过调节电动机交流电源频率（f），可以实现对电动机转速（n）的调节。
采用电动机变频调速技术，并采用恰当的控制方式，就可以方便地实现根据不同工况所要风量而改变风机输出风量，从而达到节约能源的目的。
风机水泵负载变频调速节能原理相似定律：两台风机或水泵流动相似，在任一对应点上的统计和尺寸成比例，比值成相等，各对应角、叶片数相等，排挤系数、各种效率相等。
流量按照相似定律，由连续运动方程流量公式：φπηη⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯=d D A vm vm vv v q流速公式： 60π⨯⨯=n D v m 式中：qv——体积流量，s m3；ηv——容积效率，实际容积效率约为0.95；A ——有效断面积（与轴面速度vm垂直的断面积），m²；D ——叶轮直径，m ； n ——叶片转速，r/mi n ； b ——叶片宽度，m ；vm——圆周速度，m/s ；φ——排挤系数，表示叶片厚度使有效面积减少的程度，约为0.75～0.95；按照电机学的基本原理，交流异步电动机转速公式： p f s n ⨯⨯-=60)1( 式中： s ——滑差； P ——电机极对数； f ——电机运行频率。
流量、转速和频率关系式：φππφππηη⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯-⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⇒d D p f s D d D n D v v v q 6060)1(60f n q v∞∞⇒ 可见流量和转速的一次方成正比，和频率的一次方成正比。
扬程按照流体力学定律，扬程公式：²21v m H ⨯⨯=ρ扬程、转速和频率关系式：²²21216060)1(6022f n H H p f s D n D ∞∞⇒⨯⨯=⨯⨯=⇒⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯⨯-⨯⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯ππρρ 可见扬程和转速的二次方成正比，和频率的二次方成正比。
式中：H ——水泵或风机的扬程，m ；功率风机水泵的有效功率：每秒钟流体经风机水泵获得的能量。
水泵：H g q Pve⨯⨯⨯=ρ或 风机：P qP ve⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯-⨯⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯⇒⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=6060)1(6022216060)1(2160πηπηρφππρρφππρp f s D n D P d D p fs D g d D n D g vv e fnPe33∞∞⇒可见有效功率和转速的三次方成正比，和频率的三次方成正比。
变频调速在矿井风机中的节能效果分析摘要：文章简要介绍了变频器的工作原理和控制方式，并对矿井的主通风机进行节能效果分析，分析了变频调速系统的优缺点。
变频调速技术不仅具有较好的调速性能，而且具有显著的节能效果。
但是变频器的使用也是有一定条件的，节能效果与不同机械设备的特性有关，盲目使用也会适得其反，应该对所有节能措施进行技术和经济比较，选出性价比最高的方案。
关键词：变频器；调速；u/f控制；节能效果分析中图分类号：u264.91+3.4 文献标识码：a 文章编号：abstract: this paper briefly introduces the working principle and control of frequency converter way, and the lord of the mine on the ventilator energy saving effect, analyzes the advantages and disadvantages of variable frequency speed regulation system. frequency conversion technology not only has good performance of speed, but also has significant effect in energy saving. but the use of frequency converter is also a certain condition, energy saving effect and the different characteristics of the mechanical equipment, blindly use will backfire, should to all energy saving measures for technical and economic comparison, select the highest cost-effective solutions.keywords: inverter; speed; u/f control; energy savingeffect analysis一、前言变频调速技术是利用电力半导体器件的导通/关断作用，将工频电源变换为不同频率的电能控制装置，能实现对交流异步电动机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数,实现过流、过压、过载保护等功能。
