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变频调速技术在矿井通风系统控制中的应用

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  摘 要:矿井作业中,矿井设备的应用是最为普遍的。设备中的通风系统在矿产开采作业中,具有重要的作用,因为,它能够提供输送新鲜空气,还能够改善井下的工作环境。文章主要对矿井的通风系统的节能方法进行分析和研究,重点强调了变频调速技术的应用。从而使煤矿的生产达到节能的目的。
  关键词:变频调速技术;矿井;通风系统
  0 前言
  煤矿开采作业中,通风机主要承担的工作是改善井下的环境,并向井内传输新鲜的空气,让煤矿开采人员能够正常工作。所以,通风系统的稳定程度影响着生产安全性,因此,对于此设备的重视程度要高于其他设备。如何提高通风系统的稳定性和安全性,又能够正常的工作是技术人员一直研究的课题。因为此设备一旦发生故障,那么就会对整个矿区的开采人员造成严重的生命威胁,技术人员采用了PLC控制的变频调速监控系统,从而使此问题得到解决,还提高了经济效益。
  1 通风系统的节能方法和重要意义
  1.1 通风系统运行的特点
  当前通风系统主要有运行时间长,能耗高的特点 其向井下传输风力往往达不到实际需求,因为井下通风系统的工作依据主要根据井下人员的数量,还有瓦斯的情况,劳动生产率,采煤采用的方法,产量是否变化以及巷道的阻力来设定输送的风量。但是这几个因素还存在变化的因素,瓦斯量是需要预先预测的,预测的数值往往要大于实际情况。所以最好的送风方式是根据变化进行风量的调节,还要使通风机和电动机的容量规格留有余量。
  1.2 对设备进行节能设置的意义和方法研究
  根据国家加大对节能力度的要求,对于井下矿业所利用的设备的耗能问题就要进行节能设计的工作。而井下作業中,有两大设备是耗能最大的,一个是通风机,一个是水泵,因此要进行节能工作。通风机是井下作业中不可缺少的设备,因为它承载着所有开采人员的生命安全,它可以向井内输送新鲜空气,还可以改善井下环境,因此,长时间的运转作业,所耗的能量是很大的,近年来,通风系统的节能把控已经是矿井技术一直研究的课题,需要利用科学技术进行改造环节,改进的原则是,要在保障通风和工作面安全的基础上,对其供风量进行调节,提升风机的工作效率。
  调节风机的主要方法是:第一,利用液力进行耦合工作。此方法是利用液体进行传递扭矩的工作,利用液力耦合装置放入电机和负载间,通过装置中的涡轮部件,泵轮部件,勺管部件,三者互相协调工作,再利用液面的高低调节耦合能力来改变风机的转速。虽然此方法有一定的效果,但是还是有缺点的,它的缺点在于效率低和调速范围窄的缺点。第二,利用串级调速。此方法的使用可以达到一定的目的,但是缺点还是很多的,它调速的范围还不够高,而且电机需要不停的更换,加大了后期的维护工作量,功率也达不到很高,它所利用的是绕线式异步电动机的模式,可以将转子绕阻的一部分能量通过整流方法和逆变方法再送回到电网中。第三,利用变频调速。利用变频调速达到节能的要求,是目前最有效节能的方法内容。它具有调速范围宽,结构非常简单,保护功能全面,工作效率高,稳定性能好的特点,而且在实际过程中,可以得到理想的速度参数。此方法所利用的是利用变频器把交流电转变成电压或者是频率,两者都可进行调整从而把控电动机的变速工作。
  2 变频调速技术工作原理
  通过实践研究我们知道改变了电源的频率后,可以对电动机进行调速控制工作,如果电源的频率越高,那么电动机的转速也会越高,反过来讲,当风量逐渐下降时,把电源的频率降低,那么电机的转速也会越低,此实践过程主要利用的是电机学原理,通过异步电动机的转速公式可以得到需要符合的标准,通过电机学原理还可以得到异步电动机的转速和转差之间的关系,从而能够使异步电动机应用于通风系统中。在实际作业过程中,还可以利用异步电动机和油泵的调节电源频率,来改变电机的转速从而实现了变频调速要求。
  3 如何实现变频调速技术
  在实践中已经被证实,变频调速技术是最佳的节能方法,那么就需要把这一技术应用于通风系统节能工作中,如果达到有效的利用,这就需要采取一些措施,第一,要选择具有优势的电动机和变频器。因为通风系统需要持续的向井下输送空气,那么就需要它有很大的容量,因此,在选择电动机时一定要选择中压的电动机,还要根据电压和容量值来选择中压的变频器。在进行变频改造时,还要根据现实的情况而选择是否保留原有的电动机。对通风设备进行研究可以得到,通风设备如果在低速工作时,它的负载力较轻,因此对过载能力的要求不是很高,而负载对于转速的精度要求也很低,基于以上因素,可以采用经济性的普通功能型的通用变频器。只不过在进行此项环节时,要注意通用的变频器利用的是SPWM调制,所以异步电动机中的电流会含有高次谐波的成分,高次谐波对电动机的影响是很大的,它加大了电动机的损耗,会使电动机的工作效率还有功率都会变得很差。所以,在选择通用变频器时,一定要选择高次谐波小的。另外,在利用变频调速技术时,还要把频率的信号控制还有通风系统在低速运行时产生的散热考虑在内,举例来说,如果矿用的通风机,它的变频调速应设定在转速的75-100%之间为宜,它的最小转速可以通过实际的通风管道的曲线来确定。针对井下的信号干扰过大,可以选择PLC频率信号控制器,它利用远程通信就可以达到控制转速的目的。
  4 运行效果
  利用变频调速技术进行的节能工作,通过一段时间的实践,从而可看出它的节能工作效率是最大的,变频器主要是利用调节频率来达到控制电机的转速的,它还可以达到以自动进行控制,不需要通风机停机以后再进行调整工作,因此,矿井下的新鲜空气,以及所有开采人员的安全也得到了有效的保障。变频调速技术的工作特点是,如果利用了高压的变频调速装置,促使通风系统进行软起动工作,它起动产生的电流绝对不会超过额定电流,虽然加长了起动时间,但却不冲击电网,从而延长了电机和风机的使用年限。变频调速技术的使用,可以让起动更加的平稳,还可以在低速下工作,一些噪音还有温度都明显的下降了,可以使检修工作能够达到延长,进一步节省了成本费用。另外,变频技术的广泛应用,变频设备已经成一种单独的商品陈列在市场中,购买它用于通风系统中不需要动所有的设备,只需要直接接入电路,然后设置相应的软件,从此可以看出,它的利用具有时间短,便捷安装的特点,不需要大量繁琐的工作量。
  5 结束语
  通过以上的论述,可以知道变频调速技术是真正能达到通风系统的节能效果的,这就达到了国家节能的要求。变频调速技术不只达到了节能的要求,还能使井下工作在负载运行的情况下,依然保持着高效能,平滑度和稳定的工作状态,从而使井下工作更加顺利的开展。根据我国目前的情况来看,矿井中的风机运行和设计的目标还存在着很大的差距,耗能过大,所以,要加快推广变频调整技术的使用,从而使通风系统能够更好的为井下开采人员服务,又达到了国家的节能要求,从而实现了企业的经济效益,提高了矿业开采的工作效率。
  参考文献:
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  [3]徐磊,赵强,庞静.矿井主扇风机变频控制方案设计与研究[J].煤矿机械,2010(07):78.
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