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

2 ．《 HA RSVERT-A 高壓變頻器技術(shù)手冊(cè)》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(shí)以來(lái)。礦用設(shè)備選型上都采用功率比較大的型號(hào)，電機(jī)全速運(yùn)行，大馬拉小車(chē)現(xiàn)象非常普遍，耗能十分嚴(yán)重。如何以技術(shù)進(jìn)步和技術(shù)創(chuàng)新為先導(dǎo)，降低企業(yè)的生產(chǎn)本錢(qián)，提高勞動(dòng)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(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)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(shí)以來(lái)。礦用設(shè)備選型上都采用功率比較大的型號(hào)，電機(jī)全速運(yùn)行，大馬拉小車(chē)現(xiàn)象非常普遍，耗能十分嚴(yán)重。如何以技術(shù)進(jìn)步和技術(shù)創(chuàng)新為先導(dǎo)，降低企業(yè)的生產(chǎn)本錢(qián)，提高勞動(dòng)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(fēng)，煤礦主通風(fēng)機(jī)是煤礦的四大主要設(shè)備之一。每天 24 小時(shí)不停地運(yùn)轉(zhuǎn)，整個(gè)礦井的呼吸 ” 系統(tǒng)。然而隨著開(kāi)采及掘進(jìn)的不時(shí)延伸，巷道延長(zhǎng)，所需的風(fēng)量也將不斷增加，風(fēng)機(jī)所用功率也將加大。四季的交替，冷熱的變化，所需的風(fēng)量也需不斷調(diào)節(jié)。但煤礦原根據(jù)反風(fēng)及開(kāi)采后期運(yùn)行工況所設(shè)計(jì)的通風(fēng)機(jī)及拖動(dòng)的電動(dòng)機(jī)的功率，通常遠(yuǎn)大于煤礦正常生產(chǎn)所需的運(yùn)行功率。

按實(shí)際通風(fēng)參數(shù)配備電機(jī)功率，礦井一般按開(kāi)采各階段中通風(fēng)最困難時(shí)期選擇風(fēng)機(jī)型號(hào)。一般礦山選型時(shí)。計(jì)算方法如下：

系指 I II 級(jí)電機(jī)的總功率（ kW N- 所需電機(jī)功率。

Pst 礦井最困難時(shí)期總阻力（ Pa

Q 礦井最困難時(shí)期總風(fēng)量（ m3/

η st 按 Pst Q 參數(shù)查本樣本的實(shí)際運(yùn)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(fēng)量所需的多少，保守的調(diào)節(jié)系統(tǒng)?？空{(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)、葉片角度來(lái)實(shí)現(xiàn)的從通風(fēng)機(jī)選型的過(guò)程和煤炭生產(chǎn)的實(shí)際情況，通風(fēng)機(jī)恒速運(yùn)行存在以下幾個(gè)問(wèn)題 :

1 ．電能的嚴(yán)重浪費(fèi)

投產(chǎn)初期到井田穩(wěn)定開(kāi)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(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)上余量特別大，相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間主扇風(fēng)機(jī)一直處在較輕負(fù)載下運(yùn)行。由于煤礦主扇風(fēng)機(jī)一般采用檔板調(diào)節(jié)，因此造成能源浪費(fèi)，增加了生產(chǎn)本錢(qián)。

機(jī)械損傷嚴(yán)重 2 啟動(dòng)困難。

啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，主扇風(fēng)機(jī)采用直接啟動(dòng)。啟動(dòng)電流大，對(duì)電動(dòng)機(jī)的絕緣有著較大的威脅，嚴(yán)重時(shí)甚至燒毀電動(dòng)機(jī)。而高壓電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的單軸轉(zhuǎn)矩現(xiàn)象使風(fēng)機(jī)產(chǎn)生較大的機(jī)械振動(dòng)應(yīng)力，嚴(yán)重影響到電動(dòng)機(jī)、風(fēng)機(jī)及其它機(jī)械的使用壽命。

3 自動(dòng)化水平低

更不具備風(fēng)量的自動(dòng)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)功能，主扇風(fēng)機(jī)依靠人工調(diào)節(jié)檔板。自動(dòng)化水平低。故障狀態(tài)下，如風(fēng)流短路，將對(duì)礦井正常生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。

已成熟地應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)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(dòng)容易，節(jié)能效果顯著，而且對(duì)電機(jī)保護(hù)功能齊全。因此，為保證礦井生產(chǎn)的平安，降低生產(chǎn)本錢(qián)，提高自動(dòng)化水平，對(duì)礦井通風(fēng)機(jī)的變頻改造就成為勢(shì)在必行的工程了

二、對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)

有一種很好的設(shè)計(jì)方案。將一個(gè)葉輪裝在另一個(gè)葉輪的后面，兩級(jí)的軸流通風(fēng)機(jī)中。而葉輪的轉(zhuǎn)向相互相反，稱(chēng)為對(duì)旋型軸流通風(fēng)機(jī)，或?qū)χ檬捷S流風(fēng)機(jī)。

兩級(jí)葉輪分別由容量及相同型號(hào)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，煤礦對(duì)旋風(fēng)機(jī)因其主要由該通風(fēng)機(jī)采用兩級(jí)葉輪對(duì)旋式結(jié)構(gòu)。兩個(gè)葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反，從進(jìn)風(fēng)口看，第一級(jí)葉輪順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，第二級(jí)葉輪則逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。當(dāng)空氣流入第一級(jí)葉輪獲得能量后并經(jīng)第二級(jí)葉輪排出，第二級(jí)葉輪兼?zhèn)淦胀ㄝS流風(fēng)機(jī)中靜葉的功能，獲得整直圓周方向速度風(fēng)量同時(shí)，增加氣流的能量，從而達(dá)到普通軸流式通風(fēng)機(jī)不能達(dá)到高效率，高風(fēng)壓。

與普通軸流風(fēng)機(jī)相比有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)

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(dòng)結(jié)構(gòu)，既避免了傳動(dòng)裝置的頻繁損壞，消除了能量損耗，也提高了風(fēng)機(jī)裝置的傳動(dòng)效率，同時(shí)也提高了使用效率。對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)因?yàn)闆](méi)有靜葉 ,2 傳動(dòng)效率高。葉輪直接安裝在電機(jī)軸上。不存在靜葉損失 , 因此 , 其效率比普通通風(fēng)機(jī)要高；

其一般可達(dá) 70% 80% ,3 對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)具有較大的逆向送風(fēng)量 . 而普通通風(fēng)機(jī)的逆向送風(fēng)量?jī)H為 30% 40%

因而對(duì)旋風(fēng)機(jī)對(duì)應(yīng)不同的使用狀態(tài)，4 軸流對(duì)旋風(fēng)機(jī)使用靈活。對(duì)旋風(fēng)機(jī)兩級(jí)工作輪分別由兩臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)?？蛇M(jìn)行各式各樣的組合，使其中一級(jí)空轉(zhuǎn)可組成前導(dǎo)加動(dòng)葉級(jí)或動(dòng)葉加后導(dǎo)葉級(jí)，亦可配備一個(gè)靜葉作為附件，可以調(diào)節(jié)柵距以實(shí)現(xiàn)變風(fēng)量調(diào)節(jié)。對(duì)旋風(fēng)機(jī)可變轉(zhuǎn)速和兩轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速比來(lái)調(diào)節(jié)流量，這是對(duì)旋風(fēng)機(jī)所特有的

三、礦用對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)的變頻改造的案例

與巷道的通風(fēng)是否順暢，煤礦主通風(fēng)機(jī)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(fēng)量的充沛與否都有著直接關(guān)系，一旦通風(fēng)不暢，瓦斯?jié)舛壬叩揭欢ㄋ?，即?huì)造成爆炸塌井，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(jī)運(yùn)行，將會(huì)給整個(gè)礦山的平安生產(chǎn)帶來(lái)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(mǎn)足安全生產(chǎn)的要求。

東風(fēng)井 BD- Ⅱ -10NO24/2 200KW 西風(fēng)井 BD- Ⅱ -10NO30/2 280KW 對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)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(tuán)汝箕溝煤礦在礦井通風(fēng)系統(tǒng)技術(shù)改造中。正式投運(yùn)，運(yùn)行穩(wěn)定，一般都運(yùn)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(diǎn)：

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(guò)對(duì) IGBT 逆變橋進(jìn)行正弦 PWM 控制，可得到單相交流輸出。每個(gè)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(gè)功率模塊供電。根據(jù)電壓等級(jí)和模塊串聯(lián)級(jí)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(jí)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(biāo)滿(mǎn)足 IEEE519-1992 和 GB/T14549-93 要求）使其負(fù)載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近 1 無(wú)需任何功率因數(shù)補(bǔ)償、諧波抑制裝置。由于變壓器副邊繞組的獨(dú)立性，使每個(gè)功率單元的主回路相對(duì)獨(dú)立，類(lèi)似慣例低壓變頻器，便于采用現(xiàn)有的幼稚技術(shù)。

通過(guò)對(duì)每個(gè)單元的 PWM 波形進(jìn)行重組，3. 輸出側(cè)結(jié)構(gòu)：輸出側(cè)由每個(gè)功率模塊的 U V 輸出端子相互串接而成星型接法給電機(jī)供電?？傻玫诫A梯正弦 PWM 波形。這種波形正弦度好， dv/dt 小，對(duì)電纜和電機(jī)的絕緣無(wú)損壞，無(wú)須輸出濾波器，就可以延長(zhǎng)輸出電纜長(zhǎng)度，可直接用于普通電機(jī)。同時(shí)，電機(jī)的諧波損耗大大減少，消除負(fù)載機(jī)械軸承和葉片的振動(dòng)。

通過(guò)控制使輸出端子短路，當(dāng)某一個(gè)功率模塊出現(xiàn)故障時(shí)?？蓪⒋藛卧月吠顺鱿到y(tǒng)，變頻器可降額機(jī)械運(yùn)行；由此可防止很多場(chǎng)合下停機(jī)造成的損失。

同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制。內(nèi)置 PLC 則用于柜體內(nèi)開(kāi)關(guān)信號(hào)的邏輯處置，4. 控制器：控制器由高速單片機(jī)、嵌入式人機(jī)界面和 PLC 共同構(gòu)成。單片機(jī)實(shí)現(xiàn) PWM 控制。嵌入式人機(jī)界面提供友好的全中文 WINDOWS 監(jiān)控和操作界面。可以和用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)靈活接口，滿(mǎn)足用戶(hù)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(shí)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(shí)，控制器可由配備的 UPS 繼續(xù)供電，散熱風(fēng)機(jī)電源取自移相變壓器）變頻器可以繼續(xù)運(yùn)行。

二）概括起來(lái)其主要應(yīng)用效果如下：

防止了起動(dòng)電流的沖擊，1 ．變頻起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)沒(méi)有任何沖擊。由于變頻器改造后風(fēng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)變頻軟起動(dòng)。不只對(duì)電網(wǎng)沒(méi)有任何沖擊，而且還可以隨時(shí)起動(dòng)或停止；

防止浪費(fèi)。進(jìn)行變頻改造后， 2 ．按需調(diào)節(jié)風(fēng)量。風(fēng)機(jī)的送風(fēng)量不再需要由風(fēng)門(mén)來(lái)調(diào)節(jié)，而是由變頻器通過(guò)變頻調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)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(fēng)量，減少了不必要的浪費(fèi)；

節(jié)約了大量能源。由于變頻改造后不再使風(fēng)機(jī)一直處于滿(mǎn)負(fù)荷工作狀態(tài)， 3 ．變頻節(jié)能運(yùn)行。節(jié)能率高達(dá) 63% 以上；

延長(zhǎng)使用壽命。進(jìn)行變頻改造后， 4 ．降低風(fēng)機(jī)工作強(qiáng)度。風(fēng)機(jī)的大部分工作時(shí)間都在較低的速度下運(yùn)行，因而大大降低了風(fēng)機(jī)工作的機(jī)械強(qiáng)度和電氣沖擊，將會(huì)大大延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)的使用壽命，降低維修強(qiáng)度；

減少傳動(dòng)環(huán)節(jié)的費(fèi)用； 5 ．可使電動(dòng)機(jī)與風(fēng)機(jī)直接相連接。

潤(rùn)滑條件改善， 6 ．電機(jī)和風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度下降。傳動(dòng)裝置的故障下降；

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

減少了檢修和維護(hù)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(tái)電機(jī)的運(yùn)行頻率盡量一致，9 ．需要注意的煤礦對(duì)旋風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速后。從而保證電機(jī)轉(zhuǎn)速一致。防止一臺(tái)轉(zhuǎn)速高，一臺(tái)轉(zhuǎn)速低，形成風(fēng)阻，影響風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行。

四、結(jié)束語(yǔ)

礦用通風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速，總之。不但實(shí)現(xiàn)了軟起停，節(jié)約了電能，而且可根據(jù)巷道的風(fēng)量需求方便的進(jìn)行調(diào)速，應(yīng)用效果是十分理想的國(guó)的煤礦企業(yè)相當(dāng)多，高壓變頻器在這一方面的應(yīng)用應(yīng)當(dāng)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(jī)電 — 2006 省煤炭系統(tǒng)機(jī)電運(yùn)輸經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)論文