李寧

（鹽城生物工程高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 江蘇鹽城 224000）

摘 要：具有"礦井肺腑"之稱(chēng)的主通風(fēng)機(jī)是煤礦的四大固定設(shè)備之一，它擔(dān)任著向井下輸送新鮮空氣、排出粉塵和污濁氣流的重任，因此，對(duì)煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性和安全性必須予以足夠的重視。由于井下工作現(xiàn)場(chǎng)條件惡劣，主通風(fēng)機(jī)一旦發(fā)生故障，將會(huì)對(duì)整個(gè)礦區(qū)生產(chǎn)和安全造成重大影響，因此對(duì)其進(jìn)行基于PLC控制的變頻調(diào)速監(jiān)控系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)，不僅可以大大提高煤礦生產(chǎn)的機(jī)械化、自動(dòng)化水平，還能節(jié)省大量的電能，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。本文闡述了變頻調(diào)速技術(shù)如何應(yīng)用到煤礦通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)中，為相關(guān)的工程設(shè)計(jì)提供了理論參考。

關(guān)鍵詞：變頻技術(shù)；礦井通風(fēng)機(jī)；智能控制

一、變頻器結(jié)構(gòu)與分類(lèi)

變頻器按結(jié)構(gòu)來(lái)分，分為交-交變頻器和交-直-交變頻器兩種。目前，交-直-交變頻器使用的很多，由主電路和控制電路組成，其中主電路包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器三個(gè)部分。其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1、整流部分

通常又被稱(chēng)為電網(wǎng)側(cè)變流部分，就是把三相或單相交流電轉(zhuǎn)換成直流電。

鑒于二級(jí)管耐壓，設(shè)備驅(qū)動(dòng)功率等特點(diǎn)，以及一般情況在系統(tǒng)工況穩(wěn)定性較好的情況下（波脈動(dòng)小），小功率型采用二級(jí)管整流。

2、中間直流環(huán)節(jié)

逆變器的負(fù)載通常都是異步電動(dòng)機(jī)，而異步電動(dòng)機(jī)屬于感性負(fù)載，因此在電機(jī)和中間直流環(huán)節(jié)之間總會(huì)有無(wú)功率的交換，一般地，需要中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件來(lái)緩沖這種無(wú)功率的交換。中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件一般都是電容或電感。

直流中間電路對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無(wú)功功率。

3、逆變部分

通常又被稱(chēng)為負(fù)載側(cè)變流部分，與整流部分正好相反，它的功能就是把直流電再次轉(zhuǎn)換成交流電。

4、控制電路

控制電路在不同的變頻器中有不同的實(shí)現(xiàn)方法。根據(jù)功率大小可采用內(nèi)置制動(dòng)單元和外置制動(dòng)單元。

二、變頻器選型及注意事項(xiàng)

在變頻調(diào)速控制中，變頻器扮演著非常重要的角色，因此變頻器的選擇合理與否直接關(guān)系到控制系統(tǒng)是否能夠正常運(yùn)行。只有事先了解了變頻器所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載特性，才能對(duì)變頻器做出正確合理的選型。變頻器驅(qū)動(dòng)的負(fù)載一般可以分為三種類(lèi)型，分別為恒功率負(fù)載、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載和風(fēng)機(jī)、水泵負(fù)載。

工程中使用變頻器，我們?nèi)绾螌?duì)其進(jìn)行選型，一般有以下的注意事項(xiàng)：

1、確定采用變頻器的目的，采用恒壓控制方式還是恒流控制方式。

2、確定變頻器的負(fù)載類(lèi)型，特別要注意負(fù)載的性能曲線，性能曲線不一樣，采用地控制方式也不一樣。

3、在使用變頻器來(lái)控制高速電機(jī)的情況下，變頻器的容量要選的稍大點(diǎn)。

4、如果使用變頻器來(lái)控制長(zhǎng)期低速轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)，變頻器應(yīng)該采用加大變速比的工作方式，使電機(jī)在較高頻率下工作。

5、如果變頻器要長(zhǎng)電纜運(yùn)行，那么變頻器容量要選的稍大點(diǎn)。

三、變頻調(diào)速節(jié)能原理

變頻器主要用于交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，是公認(rèn)的交流電動(dòng)機(jī)最理想、最有前途的調(diào)速方案，因?yàn)樗呦蚍浅Ｃ黠@的作用，那就是節(jié)能。應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)可以大大提高電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制精度，使電動(dòng)機(jī)在最節(jié)能的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。

風(fēng)機(jī)泵類(lèi)設(shè)備傳統(tǒng)的調(diào)速方法是通過(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)水量，通過(guò)調(diào)節(jié)入口或出口的擋板來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量，這樣在擋板和閥門(mén)的截流過(guò)程中消耗大量的電能，因此調(diào)速效率極低，電能損耗巨大。一般地，在用電機(jī)驅(qū)動(dòng)其他機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)時(shí)，為了保證可靠地生產(chǎn)，都應(yīng)該留有一定的余量。但多數(shù)情況下，電機(jī)不是在滿(mǎn)負(fù)荷下運(yùn)行的，此時(shí)，多余的力矩就會(huì)增加有功功率的消耗，導(dǎo)致電能浪費(fèi)。如果采用變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)流量減少時(shí)，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速也會(huì)隨之降低。這樣，不僅能夠滿(mǎn)足要求，而且還可以避免電能的浪費(fèi)，大大提高了效率。

變頻調(diào)速前后，風(fēng)機(jī)風(fēng)壓、流量、轉(zhuǎn)速、軸功率及節(jié)電率與電源頻率的關(guān)系如表1所示。

上述均為百分比，100%流量為風(fēng)機(jī)的額定流量，100%功率為工頻額定工況運(yùn)行時(shí)的消耗功率，滿(mǎn)足關(guān)系式：電機(jī)輸入功率二風(fēng)機(jī)額定軸功率/電機(jī)效率，電機(jī)效率一般為93-96%，因此額定功率較大者效率較高。變頻調(diào)速時(shí)的節(jié)能量即為兩種調(diào)節(jié)方式的能耗差值，即百分比乘額定消耗功率。

節(jié)電率為71%，考慮風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況與理論的差異，在通風(fēng)容易期，取節(jié)電率60%如式。

保守計(jì)算，取單位電價(jià)0.7元計(jì)，風(fēng)機(jī)每天可以節(jié)省電費(fèi)2217元，如果每年按200天容易期計(jì)算，則可節(jié)省電費(fèi)44.3萬(wàn)元，不出兩年可收回整個(gè)系統(tǒng)的投資。

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