变频调速技术在矿山中的广泛应用.docx

变频调速技术在矿山中的广泛应用摘要变频调速技术能够实现工业生产过程的节能降耗并同时提高生产效率降低维修成本。该技术在目前国内的煤炭及非煤矿山开采工程中被广泛应用也得到了专业领域的注目与研究。本文所主要探讨的是变频调速技术在矿山风机系统及提升机系统中的实际技术应用过程。【关键词】变频调速技术矿山风机系统提升机应用变频调速技术目前在工业生产中的广泛使用已经有目共睹它主要以V/F、矢量VC、直接转矩DTC作为主控方式其特性就是成本低、性能要求低而且能应用到某些技术要求较高的工程场合中。伴随着半导体MCU技术处理能力的越来越强变频调速技术也已经能够处理某些极其复杂的任务实现对控制目标的计算、观测和传动。就目前我国在变频调速技术方面的发展前景来看其主要采用的方式还是PWM合成驱动方式它利用到了控制器较强的PWM生成能力。1变频调速技术的基本原理剖析在国内煤炭及矿山开采行业中目前主流采用的是交流电牵引采集技术它依托牵引调速系统、交流变频调速系统和电磁转差离合器调速系统3方面功能优势实现了良好的设备软启动。在这其中变频调速技术所采用的主要为异步电机理论原理因此首先要明确异步电机的转速计算公式：n=60f（1-S）/P在上述计算公式中n表示异步电机中的标准转速（r/min）f表示电网频率也可以指代电机的定子频率（Hz）而S表示转差率P表示电机定子的绕组极对数。从计算公式可见变频调速系统所基本希望实现的就是电机转速与工作电源输入频率二者之间的正比例关系。如果转速n和频率f呈现近似正比例关系那么它对交流电机的要求就趋向于连续平滑大范围调速性能通过持续平滑调速来改善电源频率实现变频调速功能特性。举例来说在异步电机中50Hz的交流电就可以通过整流、逆变转换功能而成为频率可调节的特殊电源。2变频调速技术在矿山风机系统中的应用2.1风机比例定律变频调速技术在矿山风机系统中的应用相当成熟按照风机比例定律来看当雷诺数Re≥5x106时如果工作介质、风机叶片直径不变风机的功率W就应该和n3成正比例关系而风压H应该与n2也呈正比例关系。按照风机转速调节处理方式风机的风量Q与系统转速n也是呈现一次方正比关系的所以如果要降低风机功率的三次方消耗就必须改变风机系统中拖动电机的转速与工作电源频率。如图1在经过一系列的整流与滤波后380V交流电转换为直流电然后再经过逆变环节转化为频率/幅值可调的交流电。所以矿山风机系统在变频器的主回路中分别经历了“交流―直流―交流”三个转换过程基于变频调速技术的矿山风机系统变频器也被称为是“交直交变频器”。综上所述变频调速技术在风机系统中完全利用到了电机的电源频率及电机转速线性关系原理这使得矿井风机能够在交流变频器的驱动下调节快慢速率实现无级调速目的对生产节能、提高风机操控精度、范围与效率都有很大帮助同时也大幅度降低了风机系统的耗电量。2.2变频调速技术在矿山风机系统中的应用案例2.2.1技术应用概述为保证井下在无人工作时对风机按井下实际供风需要进行风量、风压调节通过风机降速降低风机输入功率达到节能目的。我公司引入了变频调速技术来对井下风机设备进行输入频率方面的调节以改变风机转速提高生产效率。实际应用中我公司选择了合康系列通用变频器它所应用的微处理器为性能较高的DSP功率输出器部分则采用的IGBT双极型晶体管。在经过一段时间的系统投入运行后发现利用该套系统的风机在实际功率因数方面已经超过1而且输出电流电压频率也相对稳定整体性能相当突出。另外我们采用了矿山风机变频调速自动控制模式它利用到了PID闭环反馈控制方法主要通过PID来控制变频调速器而由变频器来控制电动机输入频率以最终实现对电机转速的优化。如此一来在生产作业过程中就可以利用变频器来调节风机流量达到降低能耗实现高效率生产目的。2.2.2经济效益分析以“流量-负载”这一关系曲线来计算风机系统对于矿山开采作业的节能效果。目前我矿在通风系统采用两台风机进行井下供风风机额定功率为一台45KW和一台90kW。经统计风机全年运行时间为300d每天持续不间断运行24h。其中的13h约50%负荷而其余的11h为90%负荷这一应用使我公司在每年使用风机系统方面的节电量达到：W=135x11x（100%-69%）x300+60x13x（95%-20%）x300=532980kW・h如果每kW・h电量按照平均电价1元来计算那么采用变频调节技术后每年可为矿山节省费用50多万元所以说基于变频调节技术的矿山风机系统具有相当突出的节能效果。另一方面如果根据风