变频技术在煤矿主扇风机节能改造中的应用.pdf

第 2期 2 0 1 0年 2月 工矿 自 动化 I n d u s t r y a n d M i n e Au t o ma t i o n NO ． 2 Fe b．2 0 1 0 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 0 0 2 0 1 0 0 0 3 变频技术在煤矿主扇风机节能改造中的应用 孙 曼， 任 吉海 ， 董翠 霞 山东鲁泰煤业有限公司太平煤矿， 山东 济宁 2 7 3 5 1 7 摘要 介绍了变频调速技术在太平煤矿主扇风机 节能改造中的应用。理论计 算及现场 实测数据表明， 改造后 的主扇 风机 节能效 果显 著 。 关键 词 矿 井；主 扇风机 ；变频调速 ；节能 改造 中图分类 号 T D 6 3 5 文献标 识码 B 0 引言 煤矿企业作为耗能大户， 越来越重视高耗能用 电设备的节能改造工作 。变频技术凭借其显著的节 能优势 ， 在煤矿企业也逐步得到 了推广应用 。山东 鲁泰煤业有限公司太平煤矿采用先进的变频技术先 后对矿井主扇风机 、 空压机、 主副井提升机等用电设 备进行了改造 ， 改造后这些设备的节能效果显著 ， 取 得了良好的经济效益。本文仅对太平煤矿主扇风机 的变频改造做简要的可行性分析， 介 绍其改造后取 得 的节能效 果 。 1 应用 背景 1 ． 1 改造前 的主扇 风机状 况 山东鲁泰煤业有限公司太平煤矿属国有煤矿 ， 建矿初期矿井安装有 2台 4 7 2 1 1 NO 2 0 B主扇 风机 ， 1台工作 ， 1台备用。配套 J S 1 3 7 8型 电动 机 ， 额定 功率 为 2 1 0 k W ， 电压 等 级为 3 8 0 V， 额 定 转 速为 7 3 5 r ／ mi n ，实 测 风 机 排 风 能 力 为 Q 4 2 1 0 m。 ／ mi n 。按煤矿生产安全规程要求的配风量 Q 一3 4 1 0 m。 ／ mi n 。用闸门调节风量， 风门开度为 8 O 。 1 ． 2 存 在 的 问题 1 矿 井风 量是通 过调节 风 门开 度来 改 变风 道 断面尺 寸实现 的 ， 既耗时 又费力 ； 2 电动机在启动时， 采用直接启动方式 ， 启动 电流为额定电流的 5 ～7倍 ， 电动机受 到的机械、 电 收稿 日期 2 0 0 9 1 0 1 9 作者简介 孙曼 1 9 6 9 一 ， 男 ， 工程 师， 毕业于徐州煤炭工业学 校 ， 现任山东鲁泰煤业公 司太平煤矿机电科科长 ， 一直从事煤矿机电 技术管理工作 ， 已发表文章 8篇 。E ma i l s u n mi n 1 0 2 7 s i n a ． C O rn 气冲击较大 ， 缩短了电动机使用寿命 ； 3 通过调节风门， 人为地增加通风阻力 ， 改变 主扇风机的运行工况 以调节风量 ， 电动机仍 旧以额 定速度运行 ， 多余容量不能利用， 浪费了电能； 4 挡板受冲击较严重 。 2 改造 方 案及节 能原理 分析 2 ． 1 改 造 方 案 2 ． 1 ． 1 改造措施 在原主扇风机配电柜系统上并联 1台变频控制 柜， 型号为 HYF AN／ I NV--3 ． o ， 变频调速控制器 选用 富 士 F R N2 O 0 P l 1 S一 4 C X， 其 额 定 电 压 为 3 8 0 V， 频率为 O ～5 0 Hz ， 额定 电流为 3 7 7 A。 2 ． 1 ． 2 工作原理 风机启动时， 在变频器的控制下 ， 电动机从低频 1 ～2 Hz 启动 ， 在 1 0 S内达到设定的频率值 ； 风机 启动后， 通过对电位器 的调节 ， 改变变频器的频率 ， 从而改变主扇风机的工作状态 ， 精确控制风量， 使通 风系统保持在最佳工作状态 。 变频控制柜上装有故 障报警 系统 ， 发生故 障时 发出声光报警 ， 并显示故障原 因。变频控制 系统与 原有 启 动系统并 联安 装 ， 实 现 两柜手 动切换 功能 ， 在 变频 控制 系统 发生 故 障 时 ， 可及 时切 换 到 原启 动 柜 工 作 。 2 ． 2节能原理 分析 2 ． 2 ． 1 变 频器 节能 原理 由流体传输设备风机的工作原理可知 风机 的 流量 风量 与其转速成正 比； 风机的压力 扬程 与 其转速的平方成正 比， 而风机的轴功率等于流量与 压力的乘积 ， 故风机 的轴功率与其转速 的 3次方成 正 比， 即与电源频率的 3次方成正 比， 如表 1 所示。 2 0 1 0年第 2期 孙 昊等 变频技术在煤矿主扇风机节能改造 中的应用 1 0 1 根据上述原理可知 ， 改变风机 的转速就可改变 风机的输出功率 ， 所 以通过变频调速技术改变转速 即可达 到调 节矿 井 风量 的 目的 。 2 ． 2 ． 2 风 门特 性及 变频 器节 能原 理 风门的开启 角度 与管 道 压力 、 流量 的关 系如 图 1所 示 。 图 1 风 门的开启 角度与管道压力 、 流量的关系 图 当电动 机 以额定 转速 。 运 行 时 ， 风 门角度 为 a 。 全开 ， n 、 a 变化时管道压力与流量只能沿 A、 B 、 C 点变化 ， 若想减小 管道流量到 Q ， 则必须减小风 门 开度到 n ， 这使得风 门前压力 由原来的 H。提高到 H。 ， 实 现 调 速 控 制 后 ， 风 门后 压 力 由原 来 的 H。减 小到 Hh 。风门前后存在一个压差 A HH。 一H 。 如果让 风门全 开 开度 为 n 。 ， 采用 变频调速 ， 使风机转速至 ， 且流量等于 Q ， 压力等于 Hn ， 那 么工艺上与风门调节一样 ， 达到风量要求， 但在电动 机功耗上则大不一样。风机水泵 的轴功率与流量和 扬程或压力 的乘积成正 比。在流量为 Q 、 用风门节 流时 ， 令电动机 的功率为 Nfk H Q ， 则用变频调 速 比风 门调速 节省 的 电能 为 Hj N-厂一 k H。一 Hh Q 一 Q △H 1 由图 1可知 ， 流量越低 ， 风 门前后压 差越 大， 即 变频 调速在 流 量小 、 转速 低 时 ， 节 能 效果 更好 。 3改 造后 的效 益分 析 3 ． 1 理论 节能 计算 根据风机的排风量与转速之间的关系 Q2 ／ Ql n 2 ／ n 1 2 计 算得 电动 机调 节后 电动机 转速 为 5 9 6 r ／ mi n 。 根 据 电动机 转速 与 频率 的公 式 n一 6 0 f 1一 s ／ P 3 式中 ，为三 相交流 电源频率 ， 一般为 5 0 Hz ； P为电动机定 子磁 场对 数； 5为 电动机 的转 差率 ， 一 般异步电动机在额定负载下时， s 1 6 ％。 计算得变频器频率设定在 4 0 Hz 。 根据风机 、 泵类平方转矩负载关系式 P／ P0一 n ／ ． 。 。 4 式 中 P 0 为额定转速 。 时的功率 ； P为转速为 时的功率。 计算得 P一1 1 2 k w。 理论节 电率为 2 1 0 k W一1 1 2 k w ／ 2 1 0 k W 1 00 一 4 7 3 ． 2 直接 经济 效 益 改造前后的实测数据如表 2所示 。 表 2 改造前后 的实测数 据表 由表 2实测数据可计算得 出 节电率一 工频值 一变频值 ／ 工频值1 0 0 9 ／ 5 3 6 改 造前 年耗 电量 C O S 一0 ． 8 8 7 V 1 『 k w ． h Pt 一 1 ． 7 3 2 UI C O S 2 4 3 6 5 1 49 3 2 8 2． 8 改 造后 年耗 电量 c o s 一1 V 2 l k w ． h Pt 一 1 ． 7 3 2 UI C O S 2 4 3 6 5 1 08 96 7 6 ． O 年节 电量 为 w 一W2 I k w ． h 一1 4 9 3 2 8 2 ． 8 1 0 8 9 6 7 6 ． 0 40 3 6 0 6． 8 每年 节约 电 费 按 0 ． 6元／ 度计 4 0 3 6 0 6 ． 8 0 ． 6 2 4 2 1 6 4 ． O 8元 节电效果非常明显 ， 当年就可收回改造费用。 3 ． 3 间接 效 益 1 低频启动可以消除工频 5 0 Hz 直接启动对 电动机及风机负载的冲击 ， 使 风机 的启动性能更加 稳定 ， 并且减小直接启动对矿区电网的干扰和冲击 ； 电动机不用一直工作在额定转速， 运行平稳 ， 大大降 低 了系统机械的磨损 ， 延长了设备的使用寿命 ， 减少 了维护 费 用 。 2 矿井 风量 的调整方便简捷 ， 使用 变频器 只 需通过变频器的升降频率来调整频率 ， 即可达到调 整矿井风量的 目的， 几分钟即可完成 ， 有效提高矿井 第 2期 2 0 1 0年 2月 工矿 自 动 化 I n dus t r y a nd M i n e Aut o ma t i on No ． 2 Fe b ．2 0 1 0 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 0 0 2 0 1 0 2 0 6 基于D e v i c e N e t街议的新型低压断路器 智能控制器的设计 郗存根 ， 蒋卫良， 王大华 煤炭科学研究总院上海分院， 上海2 0 0 0 3 0 摘要 针对现有低压断路器控制器与控制网络通信 因采用 自定义协议而存在通信 可靠性低和互换性差 的缺 点 ， 介 绍 了一 种基 于 D e v i c e Ne t 协议 的新 型低 压断路 器智 能控 制 器 的设 计 方案 ， 详 细介 绍 了控 制 器 软 、 硬件设计。该控 制器不仅 能实现一般控制器的功能， 还具有 D e v i c e Ne t 总线接 口， 可以很 方便地与监控 中心 计算机通信。实验运行结果表明， 该智能控制器运行可靠、 操作方便 。 关 键词 低 压 断路 器 ； 控 制 器 ；网络通信 ； D S P； De v i c e Ne t 中图分类号 T D 6 1 1 文献标识码 B De s i gn o f a Ne w Ty p e o f I nt e l l i ge n t Co n t r o l l e r f o r Lo w v o l t a g e Br e a k e r Ba s e d o n De v i c e Ne t Pr o t o c o l XI Cu n g e n， J I ANG W e i ～ l i a n g， W ANG Da h u a S h a n g h a i B r a n c h o f Ch i n a C o a l Re s e a r c h I n s t i t u t e ，S h a n g h a i 2 0 0 0 3 0 ，Ch i n a Ab s t r a c t I n v i e w o f s i t u a t i o n t h a t e x i s t i ng c o nt r ol l e r a nd ne t wo r ki n g c o mm u ni c a t i on o f l o w vo l t a g e br e a ke r a d op t us e r d e f i ne d p r ot oc o l ， whi c h ha s s h o r t c o mi ng s o f po o r r e l i a bi l i t v a nd e xc ha n ge a b i l i t v i n c o m mun i c a t i o n，t he pa pe r i nt r od uc e d a d e s i g n s c h e me o f a ne w t y pe o f i n t e l l i g e n t c on t r o l l e r f o r l o w v o l t a g e b r e a ke r b a s e d o n De v i e e Ne t p r o t oc o l a nd i nt r o du c e d i t s d e s i gn o f h a r d wa r e a n d s o f t wa r e i n de t a i l s ．The c o n t r o l l e r n o t o n l y h a s f u n c t i o n s o f a g e n e r a l c o n t r o l l e r ，b u t a l s o h a s De v i c e Ne t f i e l d b u s i n t e r f a c e ．wh i c h c a n c o mmu n i c a t e wi t h c o mp u t e r s i n c o n t r o l c e n t e r e x p e d i e n t l y ．Th e e x p e r i me n t r e s u l t s h o we d t h a t t h e 收稿 日期 2 0 0 9 1 0 1 6 作者简介 郗存根 1 9 8 3 一 ， 男 ， 2 0 0 7年毕业 于山东理 工大学 ， 现为煤炭科学研究总院上海分院在读硕士研 究生 ， 研究方 向为机械 设计及其理论 。E ma i l x i e u n g e n 1 2 6 ． c o rn 通 风的安 全性 ； 3 保护功能完善 ， 减少设备维修 、 故障等。 4结语 山东鲁泰煤业有限公司太平煤矿主扇风机采用 变频调速控制器进行改造后， 与原调节风量的方式 相比， 风机效率稳定在一个较理想的范围内， 电动机 的能耗大大降低； 改善了电动机的启动性能， 有效地 延长了电动机的寿命。主扇风机改造 2年来， 运行 稳定可靠 ， 减少 了使用及维护费用， 取得 了良好的经 济效益， 达到了改造 的 目标和要求。理论计算及现 场实测数据表明， 改造后的主扇风机节能效果显著。 参考文献 [ 1 ] 李瑞 来 ， 何 洪 臣 ， 韩 文 昭． 矿 山提 升机 变 频 调速 系 统 [ J ] ． 变频器世界 ， 2 0 0 0 9 ． E 2 ] 杜秀红． 矿用 提 升机变 频调 速系 统 [ J ] ． 变频 器世 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