變頻器在礦井通風機上的節(jié)能應用

1、礦井通風機

　　礦井通風機是煤礦生產的重要固定設備，其運行情況直接關系到煤礦生產的安全。在煤礦生產設備中，通風機設備主要用于通風系統(tǒng)對井下輸送新鮮空氣，增加井下氧氣濃度并排除井下有害氣體。通風系統(tǒng)通常是根據生產需要對壓力、風速、風量、溫度指標進行控制和調節(jié)以適應工藝需求和運行工況，而最常用的控制手段則是調節(jié)風門、擋板開度的大小來調整受控對象。這樣，不論生產的需求大小，通風機都要全速運轉，而運行工況的變化則使得能量以風門、擋板的節(jié)流損失掉了。這種調節(jié)方式，不僅控制精度受到限制，而且還造成大量的能源浪費和設備損耗，進而導致生產成本增加，設備使用壽命縮短，設備維護、維修費用高居不下。

　　風機在設計過程中很難計算管網管的阻力，更不易考慮到長期運行過程中發(fā)生的各種問題，因此，通?？偸前严到y(tǒng)的最大風量和風壓裕度作為選型的依據，同時風機的型號和系列分級是有限的，所以往往在選取不到合適的風機運行時就往上靠，使得裕度大于20%-30%的選型較為常見。這些過大裕度的風機運行時，只有靠調節(jié)風門或風道擋板的開度來滿足生產工藝對風量的要求。

　　采用調速控制裝置，通過改變通風機轉速，從而改變風機風量以適應生產工藝的需要，這種調節(jié)方式稱為風機的調速控制。風機以調速控制方式運行能耗最省，綜合效益最高。交流電動機的調速方式有多種，變頻調速是高效的最佳調速方案，它可以實現風機的無級調速，并可方便地組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現恒壓、恒溫或恒風量控制。

　　2、礦井通風機用變頻器的選擇

　　變頻器在礦井通風機上的應用，其作用主要是兩方面，一是在礦井通風機上應用變頻器可以提升通風機的使用效率，即有節(jié)能的作用。二是提升了礦井通風系統(tǒng)的自動化控制程度，采用閉環(huán)控制方式可以有效提高通風機的自動控制程度并提高節(jié)能效果。那么，礦井通風機該如何選用變頻器呢？

　　首先來說，要考慮的是風機在現在的運行工況下，是否還有節(jié)能的潛力，如果現在運行時風門已經接近全部打開才能滿足礦井需要的風量，那么這臺風機就沒有了安裝變頻的必要；反之，則可以考慮選用變頻器來調速。其次，礦井通風機屬于平方轉矩類負載，應選用適合于通風機使用的通用型變頻器，一般根據主扇風機電動機的額定電流選用變頻器，變頻器的電壓等級應符合電源與電動機的額定電壓要求，額定輸出電流大于主扇風機電動機的額定電流，另外要注意變頻器經常運行頻率不能太低，防止電動機溫升過高。最后，要選用正規(guī)廠家、經過運行證明質量可靠、售后服務好的變頻器產品。

　　3、礦井通風機的變頻閉環(huán)控制系統(tǒng)

　　閉環(huán)控制是控制論的一個基本概念。指作為被控的輸出以一定方式返回到作為控制的輸入端，并對輸入端施加控制影響的一種控制關系。在控制論中，閉環(huán)通常指輸出端通過“旁鏈”方式回饋到輸入。輸出端回饋到輸入端并參與對輸出端再控制，這才是閉環(huán)控制的目的，這種目的是通過反饋來實現的。閉環(huán)控制是根據控制對象輸出反饋來進行校正的控制方式，它是在測量出實際與計劃發(fā)生偏差時，按定額或標準來進行糾正的。閉環(huán)控制，從輸出量變化取出控制信號作為比較量反饋給輸入端控制輸入量，一般這個取出量和輸入量相位相反，所以叫負反饋控制，自動控制通常是閉環(huán)控制。閉環(huán)控制有反饋環(huán)節(jié)，通過反饋系統(tǒng)使系統(tǒng)的精確度提高，響應時間縮短，適合于對系統(tǒng)的響應時間，穩(wěn)定性要求高的系統(tǒng)。

3.1礦井通風機閉環(huán)控制系統(tǒng)的設計

　　礦井通風機的閉環(huán)控制系統(tǒng)，其主旨是在于解決現有的通風機不能根據現場環(huán)境進行工作狀態(tài)的自我調節(jié)，存在電能浪費及安全隱患的問題。礦井通風機閉環(huán)控制系統(tǒng)是由包括通風機、變頻器、可編程邏輯控制器來組成，可編程邏輯控制器配置有反饋信號采集單元，通風機、變頻器、邏輯控制器和負反饋采集單元構成閉環(huán)控制單元。該系統(tǒng)能實時采集礦井瓦斯?jié)舛?、風機風壓等數據對通風機轉速進行閉環(huán)控制，提高了智能化程度，有效的節(jié)約了電能，且通風機設置有過壓、欠壓、超溫保護裝置，當一臺通風機單元出現過壓、欠壓或溫度過高，可自動切換至另一臺通風機，實現了故障情況下智能切換通風機，使得礦井下能夠實時有通風機送風，提高了礦井下工作人員的安全系數。

　　3.2礦井通風機變頻閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成

　　礦井通風機閉環(huán)控制系統(tǒng)通常是由通風機、變頻器、可編程邏輯控制器以及負責信號數據采集的瓦斯?jié)舛葌鞲衅?、壓力變送器、溫度傳感器等組成。(見圖1)礦井通風機閉環(huán)控制系統(tǒng)至少包括2套由通風機、變頻器、可編程邏輯控制器以及信號采集單元構成的閉環(huán)控制單元，且每個閉環(huán)控制電路的可編程邏輯控制器形成互鎖。

　　3.3礦井通風機變頻閉環(huán)控制系統(tǒng)的具體實施

　　如圖所示，礦井通風機變頻閉環(huán)控制系統(tǒng)包括通風機、控制風機正反轉和轉速的變頻器、對變頻器輸出頻率進行控制的可編程邏輯控制器，用于采集反饋信號的反饋采集單元，包括瓦斯?jié)舛葌鞲衅髋c壓力變送器。

　　可編程邏輯控制器、變頻器風機、瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳂嫵烧答侀]環(huán)C1，且閉環(huán)C1設為最高優(yōu)先級，瓦斯?jié)舛葌鞲衅饔糜诓杉c其濃度反饋信號，當瓦斯?jié)舛瘸^預設值或者上升時，瓦斯?jié)舛刃盘柧蜁答伣o可編程邏輯控制器，可編程邏輯控制器進行PID運算后控制風機轉速加快，即增大通風機的鼓風量，降低瓦斯?jié)舛取?

　　可編程邏輯控制器、變頻器、通風機、壓力變送器構成負反饋閉環(huán)C2，且閉環(huán)C2的優(yōu)先級低于閉環(huán)C1，即當瓦斯?jié)舛冗^高或者是上升的時候，閉環(huán)C2處于不工作狀態(tài)，只有當瓦斯?jié)舛鹊陀陬A設值或者是穩(wěn)定不上升的時候，閉環(huán)C2的壓力變送器將風壓信號傳送給可編程邏輯控制器，如果風壓高于預設值，那么就下達指令給變頻器降低通風機轉速，達到節(jié)約電能的目的。通風機與電網之間設置有緊急啟動開關，當閉環(huán)系統(tǒng)如變頻器、可編程控制器、傳感器等出現故障問題時，可以將通風機直接接入電網，進行工頻50Hz的直接運行。

　　4、結束語

　　在礦井通風機上應用變頻控制技術，可以實現通風機的節(jié)能經濟運行并通過由PID或PLC、各類傳感器等組成風機變頻閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現礦井通風系統(tǒng)的綜合自動化監(jiān)控。礦井通風機閉環(huán)控制系統(tǒng)具有很強的實時監(jiān)測和故障診斷能力，變頻器控制系統(tǒng)拖動通風機可以克服電機起動時大電流的沖擊，明顯提高通風機的管理水平，保證井下供風的安全、合理、穩(wěn)定。