通风机的变频调速驱动及保护.doc

一、离心式和轴流式通风机的工作原理
1.1特性曲线
在通风机系统中,通风机的静压是控制机外管路损失压力的动力,而动压部分一般难以利用,即都是损失的能量。据介绍,因为,通风机在最佳工况时的动压头Pfdy能占到总压力的10%～20%,所以,静压效率是衡量实际经济性能的重要指标。
离心式通风机的特性曲线前向导叶和后向导叶有明显差异如图1所示。

图1离心式通风机特性曲线
前者则压力—流量(QUOTE—(QUOTE)曲线有驼峰形,功率—流量(P—QUOTE)曲线呈上升形,大流量时风机有过载产生。后者则压力—流量(QUOTE—QUOTE)曲线呈递降形,功率—流量(P—QUOTE)曲线有峰值,大流量时不会过载,效率比前向风机稍高一些。轴流式风机典型的特性曲线如图2所示。

图2轴流式通风机特性曲线
其特点:一是升压曲线有驼峰形。在这一状况下各种流动损失比较小,风机可达QUOTE最佳状态,升压特性也有良好的稳定性;二是在较小流量区压力—流量(QUOTE—QUOTE)曲线曲线跌落明显,是不稳定工况区;三是零流量时功率值较大,有些风机还可能处于最大功率状态。
轴流式通风机的特性曲线陡斜有驼峰,工况点只能在驼峰右侧,相对应用范围较小,适用于矿井阻力变化大而风量变化不大的矿井。还有一部分轴流式通风机,在改进装置后,性能曲线已无驼峰。
因离心式通风机的特性曲线较平缓,一般没有驼峰,适用于风量变化较小而阻力变化不大的矿井,所以,离心式通风机可用闸门调节风量,应用范围较广。虽然离心式通风机最高效率比轴流式通风机要高,但离心式通风机的平均效率不如轴流式通风机高。
1.2通风机运行工况点的调节
在运行中,用户人为地去改变系统的平衡工作点就是工况的调节。实现调节的途径:一是改变管网特性,使风机特性迁移变化;二是改变风机特性,使工作点沿管网特性曲线迁移变化。前者可通过调节闸门开度实现,方便但不经济;后者与前者相比有一定的节能性。
调节风机转速对离心式通风机和轴流式通风机都适用,经济性能良好,但投入较大。
轴流式通风机性能还可通过改变动叶或静叶安装角度、改变叶轮级数、改变叶轮数量等方法进行调节,经济性能良好。
离心式通风机性能调节一般采用闸门调节法,通风阻力较大,经济性能较差,虽然也可通过调节转速和采用导流器调节的方法,但有一定的局限性或较复杂性,还未普遍采用。总之,离心式通风机的可调性不如轴流式通风机。
对现代大型轴流通风机的叶轮叶片和导叶叶片的安装角可以做成可调节的,这样可提高风机的运行范围,使它在经济性能方面比离心式通风机有了更广的适应性。当然,由于性能参数上的不同特点,二者必然有相互不可取代的地方。

R为工作风阻H为风压Q为风量M为工况点

二、调速系统
在煤矿的安全生产中,矿井通风系统起着极其重要的作用,它是煤矿安全生产的关键环节"而矿井局部通风机又是矿井通风系统的主要设备之一,因此对其进行PLC控制的变频调速系统的设计和研究,不仅可以大大提高煤矿生产的机械化!自动化水平,还能节省大量的电能,具有较高的经济效益"
本课题的研究目的是利用PLC控制技术、变频调速技术和组态监控技术,设计局部通风机的变频调速控制系统"当井下掘进巷道延伸时,风机的管网阻力增加,风机的出气风量随之减少"为了解决这一问题,本课题通过对风机实验特性曲线的研究,提出了一种控制风机风量的算法"该控制算法使用压力传感器采集管道的出气风压信号,根据风机的比例定律求出风量达到设定值时风机需要达到的转速,再根据变频器模拟输入电压与风机转速的线性关系,求出变频器模拟输入电压与风机出气风压的理论拟合关系"根据此拟合关系,就可以由传感器采集的风压信号求出相应的变频器模拟输入电压,从而改变风机输入电源电压的频率,调整风机的转速,控制风机的出气风量"
矿井通风机按结构来分,有离心通风机和轴流通风机,目前矿上使用最多的是轴流通风机"轴流通风机是气体沿轴向进入旋转叶片通道,由叶片与气体的相互作用,使气体被压缩并沿轴向排出的通风机"在两级的轴流通风机中,有一种性能比较好的轴流通风机)对旋式轴流通风机,它的一个叶轮装在另一个叶轮的后面,同时两个叶轮的旋转方向彼此相反"它具有结构尺寸短,效率高,反风性能好的特点,在矿井中的应用最为普遍"矿井通风机若按其具体作用来分,有
两种:一种是主通风机(主扇),用来向井下输送新鲜空气,其流量较大,多采用轴流式的,也有用离心式的;另一种是局部通风机(局扇),用于矿井中掘进工作面的通风,其流量!压力均小,多采用防爆轴流通风机。
由于矿井通风机是煤矿通风系统的主要设备之一,其运行状况直接影响着煤矿的安全生产"目前,许多煤矿的主通风机控制系统采用继电器控制,而局部通风机采用防爆开关直接