变频器在矿井通风机中的节能应用与分析.doc

变频器在矿井通风机中的节能应用与分析 摘要 由于受作业环境的限制，井下通风不良，我们镜铁山矿也不例外，井下粉尘密度太大，最终致使井下职工患上职业病，对职工的身体健康带来了极大的威胁，因此矿井使用通风机势在必行，可是传统的通风机靠调节风门来实现的，不但浪费了电能，调节起来也不方便，对矿井通风机的变频改造, 不但节能效果显著，而且对电机保护功能齐全，有利于降低生产成本，提高自动化程度，保证了矿山的安全生产。 关键词变频调速，节能，自动化程度 引言 通风机是矿山企业为矿井送风的一种主要设备，在矿山的安全生产中起着非常重要的作用。矿井的粉尘浓度，与巷道的通风是否顺畅，风量的足否都有着直接关系，一旦通风不畅，粉尘浓度升高到一定程度，久而久之，对职工的身体造成极大的危害。矿山建设的特点是巷道逐年加深，产量逐年增加，所需的通风量逐年上升。但矿井通风机在设计选型时，往往是按最大开采量时所需的风量为依据的，一般都留有余量，因此矿井在投产后几年甚至十几年内，矿井通风机都是处在低负载下运行。此外，通常矿山井下作业不均衡，一般夜班工作人员少，所需风量也小。尽管井下人员少，但也得照常向井下送风，矿井通风机一般不调节风量，若要调节风量时，传统的调节系统，是根据风量所需的多少，靠调节风门来实现的，不但浪费了电能，调节起来也不方便，而且原电控系统采用直接或降压起动，对大功率电机（一般在55kW 以上）来说，启动时间长，启动电流大，对电动机的各种保护功能也不齐全，很容易烧毁电机，对电网也造成较大的冲击，甚至会使供电系统跳闸。对矿下通风机的变频改造,不但节能效果显著，而且启动容易,对电机保护功能齐全，有利于降低生产成本，提高自动化程度，保证了矿山的安全生产。 1. 变频电机原理 本文中所指的电机为感应式交流电机，在工业领域所使用的大部分电机均为此类型电机。感应式交流电机（以后简称为电机）的旋转速度近似地确决于电机的极数和频率。由电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的。由于该极数值不是一个连续的数值（为2 的倍数，例如极数为2，4，6），不适合改变该值来调整电机的速度。因此，电机的旋转速度同频率成比例。 n60f/pn同步转速，f电源频率，p电机级对数 频率是电机供电电源的电信号，所以该值能够在电机的外面调节 后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。所以以控制频率为目的的变频器，是做为电机调速设备的优选设备，改变频率 和电压是最优的电机控制方法。如果仅改变频率，电机将被烧坏。特别是当频率降低时，该问题就非常突出。为了防止电机烧毁事故的发生，变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压，例如为了使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从60Hz 改变到30Hz，这时变频器的输出电压就必须从200V 改变到约100V。如果要正确的使用变频器,必须认真地考虑散热的问题。变频器的故障率随温度升高而成指数的上升。使用寿命随温度升高而成指数的下降。环境温度升高10度，变频器使用寿命减半。因此，我们要重视散热问题，在变频器工作时，流过变频器的电流是很大的,变频器产生的热量也是非常大的，不能忽视其发热所产生的影响。 2. 变频器的安装与使用 2.1 工作温度 变频器内部是大功率的电子元件，极易受到工作温度的影响，产品一般要求为0～55℃，但为了保证工作安全、可靠，使用时应考虑留有余地，最好控制在40℃以下。在控制箱中，变频器一般应安装在箱体上部，并严格遵守产品说明书中的安装要求，绝对不允许把发热元件或易发热的元件紧靠变频器的底部安装。 2.2 环境温度 温度太高且温度变化较大时，变频器内部易出现结露现象，其绝缘性能就会大大降低，甚至可能引发短路事故。必要时，必须在箱中增加干燥剂和加热器。在水处理间，一般水汽都比较重，如果温度变化大的话，这个问题会比较突出。 2.3 腐蚀性气体 使用环境如果腐蚀性气体浓度大，不仅会腐蚀元器件的引线、印刷电路板等，而且还会加速塑料器件的老化，降低绝缘性能。 2.4 振动与冲击 装有变频器的控制柜受到机械振动和冲击时，会引起电气接触不良。淮安热电就出现这样的问题。这时除了提高控制柜的机械强度、远离振动源和冲击源外，还应使用抗震橡皮垫固定控制柜外和内电磁开关之类产生振动的元器件。设备运行一段时间后，应对其进行检查和维护。 2.5 电磁波干扰 变频器在工作中由于整流和变频，周围产生了很多的干扰电磁波，这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰。因此，柜内仪表和电子系统，应该选用金属外壳，屏蔽变频器对仪表的干扰。所有的元器件均应可靠接地，除此之外，各电气元件、仪器及仪表之间的连线应选用屏蔽控制电缆，且屏蔽层应接地。如果处理不好电磁干扰，往往会使整个系统无法工作，导致控制单元失灵或损坏。 2.6 变频器和电机的距离确定电缆和布线方法 变频器和电机的距离应该尽量的短。这样减小了电缆的对地电容，减少干扰的发射源。控制电缆选用屏蔽电缆，动力电缆选用屏蔽电缆或者从变频器到电机全部用穿线管屏蔽。电机电缆应独立于其它电缆走线， 其最小距离为500mm。同时应避免电机电缆与其它电缆长距离平行走线，这样才能减少变频器输出电压快速变化而产生的电磁干扰。如果控制电缆和电源电缆交叉，应尽可能使它们按90 度角交叉。与变频器有关的模拟量信号线与主回路线分开走线，即使在控制柜中也要如此。与变频器有关的模拟信号线最好选用屏蔽双绞线，动力电缆选用屏蔽的三芯电缆（其规格要比普通电机的电缆大档）或遵从变频器的用户手册。 2.7 变频器的接地 变频器正确接地是提高系统稳定性， 抑制噪声能力的重要手段。变频器的接地端子的接地电阻越小越好， 接地导线的截面不小于4mm，长度不超过5m。变频器的接地应和动力设备的接地点分开，不能共地。信号线的屏蔽层一端接到变频器的接地端，另一端浮空。变频器与控制柜之间电气相通。 3. 节能计算 对于风机设备采用变频调速后的节能效果,可根据已知风机在不 同控制方式下的流量与负载关系曲线及现场运行的负荷变化情况进行计算。以30kW 通风机为例。运行工况以24 小时连续运行,其中每天10 小时运行在90负荷（频率按46Hz 计算, 挡板调节时电机功耗按98计算），14 小时运行在50负荷（频率按20Hz 计算,挡板调节时电机功耗按70计算），全年运行时间在300天为计算依据,则变频调速时每年的节电量为 W13010［1-（46/50）3］30019918kWh W23014［1-（20/50）3］300117936kWh WbW1W219918117936137854kWh 挡板开度时的节电量为 W130（1-98）103001800kWh W230（1-70）1430037800kWh WdW1W218003780039600kWh WWb-Wd137854-3960098254kWh 每度电按0.6 元计算,则采用变频调速每年可节约电费58952 元。一般来说,变频调速技术用于风机设备改造的投资,可以在一年左右的生产中全部节省回来。 4. 结束语 风机设备采用变频调速技术是一种理想的调速控制方式,不仅具有显著的节电效果,而且方便了操作,提高了设备效率,减少了设备维护、维修费用,较好地满足了生产工艺要求,经济效益十分明显。总之，矿用通风机采用变频调速，不但实现了软起停，节约了电能，而且可根据巷道的风量需求方便的进行调速，应用效果是十分理想的。我国的矿山企业相当多，变频器在这一方面的应用应当是十分广泛。将变频调速技术列为通用节能技术加以推广，可以提高生产效率、提高产品质量。