礦用風機的變頻改造及高壓變頻調(diào)速的應(yīng)用--益大風機（山東）有限公司-益大風機（山東）有限公司

2 ．《 HA RSVERT-A 高壓變頻器技術(shù)手冊》北京利德華福電氣技術(shù)有限公司

煤礦由于受復(fù)雜的生產(chǎn)條件和環(huán)境影響，摘要：臨時以來。礦用設(shè)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(xiàn)象非常普遍，耗能十分嚴重。如何以技術(shù)進步和技術(shù)創(chuàng)新為先導(dǎo)，降低企業(yè)的生產(chǎn)本錢，提高勞動生產(chǎn)率是煤炭生產(chǎn)企業(yè)需要解決的迫切課題。

一、礦用對旋軸流通風機的變頻改造的必要性

煤礦由于受復(fù)雜的生產(chǎn)條件和環(huán)境影響，臨時以來。礦用設(shè)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(xiàn)象非常普遍，耗能十分嚴重。如何以技術(shù)進步和技術(shù)創(chuàng)新為先導(dǎo)，降低企業(yè)的生產(chǎn)本錢，提高勞動生產(chǎn)率是煤炭生產(chǎn)企業(yè)需要解決的迫切課題。

作為礦井主通風，煤礦主通風機是煤礦的四大主要設(shè)備之一。每天 24 小時不停地運轉(zhuǎn)，整個礦井的呼吸 ” 系統(tǒng)。然而隨著開采及掘進的不時延伸，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(diào)節(jié)。但煤礦原根據(jù)反風及開采后期運行工況所設(shè)計的通風機及拖動的電動機的功率，通常遠大于煤礦正常生產(chǎn)所需的運行功率。

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

系指 I II 級電機的總功率（ kW N- 所需電機功率。

Pst 礦井最困難時期總阻力（ Pa

Q 礦井最困難時期總風量（ m3/

η st 按 Pst Q 參數(shù)查本樣本的實際運行工況效率；

一般取 K ＝ 1.1 1.15 K 功率貯備系數(shù)。

根據(jù)風量所需的多少，保守的調(diào)節(jié)系統(tǒng)?？空{(diào)節(jié)風門、葉片角度來實現(xiàn)的從通風機選型的過程和煤炭生產(chǎn)的實際情況，通風機恒速運行存在以下幾個問題 :

1 ．電能的嚴重浪費

投產(chǎn)初期到井田穩(wěn)定開采一般在十年以上，大型煤礦的服務(wù)年限大多在幾十年以上。但是一般主扇風機設(shè)計上余量特別大，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(diào)節(jié)，因此造成能源浪費，增加了生產(chǎn)本錢。

機械損傷嚴重 2 啟動困難。

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

3 自動化水平低

更不具備風量的自動實時調(diào)節(jié)功能，主扇風機依靠人工調(diào)節(jié)檔板。自動化水平低。故障狀態(tài)下，如風流短路，將對礦井正常生產(chǎn)造成嚴重影響。

已成熟地應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)的各個方面，變頻調(diào)速器作為一種新型的電力變換裝置。不但啟動容易，節(jié)能效果顯著，而且對電機保護功能齊全。因此，為保證礦井生產(chǎn)的平安，降低生產(chǎn)本錢，提高自動化水平，對礦井通風機的變頻改造就成為勢在必行的工程了

二、對旋軸流通風機的特點

有一種很好的設(shè)計方案。將一個葉輪裝在另一個葉輪的后面，兩級的軸流通風機中。而葉輪的轉(zhuǎn)向相互相反，稱為對旋型軸流通風機，或?qū)χ檬捷S流風機。

兩級葉輪分別由容量及相同型號電動機驅(qū)動，煤礦對旋風機因其主要由該通風機采用兩級葉輪對旋式結(jié)構(gòu)。兩個葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反，從進風口看，第一級葉輪順時針方向旋轉(zhuǎn)，第二級葉輪則逆時針方向旋轉(zhuǎn)。當空氣流入第一級葉輪獲得能量后并經(jīng)第二級葉輪排出，第二級葉輪兼?zhèn)淦胀ㄝS流風機中靜葉的功能，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通風機不能達到高效率，高風壓。

與普通軸流風機相比有以下幾個優(yōu)點

因而具有較短的結(jié)構(gòu)尺寸。 1 可以省略導(dǎo)葉。

改變了保守的傳動結(jié)構(gòu)，既避免了傳動裝置的頻繁損壞，消除了能量損耗，也提高了風機裝置的傳動效率，同時也提高了使用效率。對旋軸流式通風機因為沒有靜葉 ,2 傳動效率高。葉輪直接安裝在電機軸上。不存在靜葉損失 , 因此 , 其效率比普通通風機要高；

其一般可達 70% 80% ,3 對旋軸流式通風機具有較大的逆向送風量 . 而普通通風機的逆向送風量僅為 30% 40%

因而對旋風機對應(yīng)不同的使用狀態(tài)，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(qū)動?？蛇M行各式各樣的組合，使其中一級空轉(zhuǎn)可組成前導(dǎo)加動葉級或動葉加后導(dǎo)葉級，亦可配備一個靜葉作為附件，可以調(diào)節(jié)柵距以實現(xiàn)變風量調(diào)節(jié)。對旋風機可變轉(zhuǎn)速和兩轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速比來調(diào)節(jié)流量，這是對旋風機所特有的

三、礦用對旋軸流通風機的變頻改造的案例

與巷道的通風是否順暢，煤礦主通風機在煤礦的平安生產(chǎn)中起著至關(guān)重要的作用。礦井的瓦斯爆炸。風量的充沛與否都有著直接關(guān)系，一旦通風不暢，瓦斯?jié)舛壬叩揭欢ㄋ剑磿斐杀ㄋ?，造成重大事故，危及礦工的生命平安。如此重要的平安生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備，如果因某種故障而停機運行，將會給整個礦山的平安生產(chǎn)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干夠滿足安全生產(chǎn)的要求。

東風井 BD- Ⅱ -10NO24/2 200KW 西風井 BD- Ⅱ -10NO30/2 280KW 對旋軸流通風機選用了北京利德華福公司生產(chǎn)的 HA RSVERT-A 系列高壓變頻器。 2006 年 11 月 30 日，神華寧煤集團汝箕溝煤礦在礦井通風系統(tǒng)技術(shù)改造中。正式投運，運行穩(wěn)定，一般都運行在 35 40Hz 節(jié)能效果良好。

一） HA RSVERT-A 系列高壓變頻器具有以下技術(shù)特點：

屬高 - 高電壓源型變頻器，HA RSVERT-A 系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用單元串聯(lián)多電平技術(shù)。直接 6KV 輸入，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。

整流側(cè)為二極管三相全橋，1. 功率模塊結(jié)構(gòu)：功率模塊為基本的交 - 直 - 交單相逆變電力。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(jié)構(gòu)及電氣性能上完全一致，可以互換。

移相變壓器的副邊繞組分為三組，2. 輸入側(cè)結(jié)構(gòu)：輸入側(cè)由移相變壓器給每個功率模塊供電。根據(jù)電壓等級和模塊串聯(lián)級數(shù)，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(gòu)成多級相疊加的整流方式，可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形（網(wǎng)側(cè)電壓電流諧波指標滿足 IEEE519-1992 和 GB/T14549-93 要求）使其負載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近 1 無需任何功率因數(shù)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，類似慣例低壓變頻器，便于采用現(xiàn)有的幼稚技術(shù)。

通過對每個單元的 PWM 波形進行重組，3. 輸出側(cè)結(jié)構(gòu)：輸出側(cè)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?？傻玫诫A梯正弦 PWM 波形。這種波形正弦度好， dv/dt 小，對電纜和電機的絕緣無損壞，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。

通過控制使輸出端子短路，當某一個功率模塊出現(xiàn)故障時?？蓪⒋藛卧月吠顺鱿到y(tǒng)，變頻器可降額機械運行；由此可防止很多場合下停機造成的損失。

同時可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制。內(nèi)置 PLC 則用于柜體內(nèi)開關(guān)信號的邏輯處置，4. 控制器：控制器由高速單片機、嵌入式人機界面和 PLC 共同構(gòu)成。單片機實現(xiàn) PWM 控制。嵌入式人機界面提供友好的全中文 WINDOWS 監(jiān)控和操作界面?？梢院陀脩衄F(xiàn)場靈活接口，滿足用戶的特殊需要。

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

二）概括起來其主要應(yīng)用效果如下：

防止了起動電流的沖擊，1 ．變頻起動對電網(wǎng)沒有任何沖擊。由于變頻器改造后風機可以實現(xiàn)變頻軟起動。不只對電網(wǎng)沒有任何沖擊，而且還可以隨時起動或停止；

防止浪費。進行變頻改造后， 2 ．按需調(diào)節(jié)風量。風機的送風量不再需要由風門來調(diào)節(jié)，而是由變頻器通過變頻調(diào)節(jié)風機的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)，調(diào)節(jié)范圍可以從 0% 100% 因而可以根據(jù)生產(chǎn)需要隨意調(diào)節(jié)風量，減少了不必要的浪費；

節(jié)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(tài)， 3 ．變頻節(jié)能運行。節(jié)能率高達 63% 以上；

延長使用壽命。進行變頻改造后， 4 ．降低風機工作強度。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；

減少傳動環(huán)節(jié)的費用； 5 ．可使電動機與風機直接相連接。

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

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

減少了檢修和維護的工作量。 8 ．系統(tǒng)完善的監(jiān)控性能和高可靠性提高了工作效率。

一般情況下要求兩臺電機的運行頻率盡量一致，9 ．需要注意的煤礦對旋風機變頻調(diào)速后。從而保證電機轉(zhuǎn)速一致。防止一臺轉(zhuǎn)速高，一臺轉(zhuǎn)速低，形成風阻，影響風機的正常運行。

四、結(jié)束語

礦用通風機采用變頻調(diào)速，總之。不但實現(xiàn)了軟起停，節(jié)約了電能，而且可根據(jù)巷道的風量需求方便的進行調(diào)速，應(yīng)用效果是十分理想的國的煤礦企業(yè)相當多，高壓變頻器在這一方面的應(yīng)用應(yīng)當是十分廣泛的

參考資料：

1 ．《高壓變頻調(diào)速和斬波內(nèi)饋調(diào)速在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用》焦煤機電 — 2006 省煤炭系統(tǒng)機電運輸經(jīng)驗交流會論文