在各行业中,煤炭企业是耗电大户,其电耗成本在整个生产运作中占有很大比例,其中通风、提升、排水等机械设备的电能消耗又占总能耗3/4以上,由于最初设备选型原因,多数设备在实际应用中都达不到最大生产能力,电能浪费较大。煤炭企业的节电潜力是很大的,在当前“节能减排”的大格局下,节能降耗已成为企业降本增效、提高产品质量,实现科学发展的必由之路。利用变频调速技术对现有设备进行技术改造,是当今煤矿企业节约电能、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速性能和起制动平稳性能,完全能达到煤炭企业提高效率、节能降耗的目的。
1、电动机的调速方式
三相异步电动机转速公式为:
n=60f/p(1-s)
从上式可见,改变供电频率f、电机的极对数p及转差率s均可达到调速的目的。
电动机的调速方式一般有以下三种:(1)变极调速,是通过改变电机定子绕组的接线方式以改变电机极数实现调速,这种调速方法是有级调速,不能平滑调速,而且只适用于鼠笼电动机。(2)改变电机转差率调速,多采用改变电机转子回路的电阻进行调速,此种调速方式效率不高,且不经济。(3)变频调速,通过改变电机定子的供电频率,以改变电机的同步转速达到调速的目的,其调速性能优越,调速范围宽,能实现无级调速。
2、变频调速技术的原理及优点
交流变频调速技术是微机技术、电力电子技术和电机传动技术的综合应用,其基本原理是通过整流桥将工频交流电压变为直流电压,再由逆变器转换为频率、电压可调的交流电压作为电机的驱动电源,使电机获得无级调速所需的电压和电流,是一种无附加转差损耗的高效调速方式之一。变频调速技术之所以能广泛应用,就是因为它能根据电机负载的变化实现自动、平滑的增速、减速,从而大幅度提高工作效率。
(1)通过改变交流电动机定子绕组的供电频率,在改变频率的同时也改变电压,从而达到调节电机转速的目的。变频器系统可根据电机负载的变化实现自动、平滑地增速或减速,降低电机噪音及机械震动。低速时,电机的转矩加大,运转更稳定、不共振,可延长设备使用寿命。(2)工艺改造简单易行,可利用原有异步电动机对旧设备进行技术改造,它保留了原有电机,具有改造简单、可靠、耐用,维护方便的优点,既能达到节电的显著效果,又能保持原工艺需求,还能减小机械磨损。(3)软启动功能,减少了设备起动时大电流对电网的浪涌冲击和机械冲击。利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始,最大值也不超过额定电流,减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求,加、减速过程平滑,保护了电机,降低电机维护费用。
3、变频调速技术在煤矿机电中的应用
变频调速技术在煤矿企业中的提升机、通风设备、空气压缩机、水泵等各种矿山机电设备控制系统得到了广泛的应用,具有明显的节能效果和便捷的调速性能。利用变频调速技术对煤炭企业机电设备进行技术改造应用,完全能实现节能效果、提高设备利用率、延长机电设备使用寿命的目的。
以煤矿通风机为例说明变频调速在机电设备中的应用。煤矿通风机是保障煤矿安全的主要机电设备,在煤矿生产中有着重要的地位。该设备全年不停地运转,是整个矿井的"呼吸"系统。当然,其耗电量也很大。矿井通风机的额定通风能力是根据设计计算的矿井末期的通风阻力和达产时的风量确定。将通风机改为变频器控制,当煤矿通风量发生变化时,自动调速,使通风机在经济的转速下高效运行,从而达到节电的效果。
经改造后的通风机变频调速装置的具有以下优点:(1)采用变频器后启动风机时可以实现变频软启动,避免了启动电流对电网及控制设备的冲击,可以有效地延长电气设备的使用周期,保证电网安全;(2)按需调节风量,进行变频改造后,风机的风量不再需要通过改变叶片角度来调节,而是由变频器通过调节电机的转速来实现,调节线性度好,因而可以根据井下生产需要随时调节风量,避免了浪费;(3)变频器具有短路、过载、过压、欠压、缺相等各种保护,启动电流小,有效地保护了电机,进行变频改造后,风机的大部分时间工作在低速状态下,因而大大降低了风机的机械冲击,延长了风机寿命,提高了风机的安全运行系数和运行周期。(4)减少了反风中的操作环节,以前反风需要操作系统的立式风门、水平风门以及反风风门,工序繁多而且经常出现倒错风门的事故。现在使用变频器控制后,反风时极其简单,只要在人机界面上将运行频率调整为负的频率,电机就会先减速至零点然后再反转到所调频率,这期间不用再调整整个风门系统,减少了工作量,降低了操作过程中的故障率。
变频调速装置可以利用原普通交流异步电动机,对原有旧设备进行技术改造,它既降低了改造成本,又能达到节电的显著效果,是煤矿通风机改造的理想方法。
4、结语
煤矿机电设备通过变频调速技术改造,从而实现煤矿机电设备高效节能的目的。变频器用于风机、水泵等流体类设备驱动控制场合取得了显著的节电效果,是一种理想的调速控制方式。提高了设备利用率,延长了机电设备寿命,减少了设备维护,获得了良好的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]祝龙记,王汝琳.矿用变频调速局部通风机的模糊控制技术[J].煤炭科学技术,2003年04期.
[2]解启栋.大中小变频调速技术在矿井轴流式通风机的应用[J].煤矿机电,2003年第06期.
[3]毛金良.连续采煤机变频调速装置的设计[J].工矿自动化;2011年07期.
[4]呼守信.连续采煤机变频调速装置独立控制保护电路设计[J].煤矿机电,2011年06期.
[5]祝龙记.局部通风机变频调速系统的应用[J].煤矿机电,2004年04期.
[6]赵永刚.许爱娟;变频器在煤矿主通风机系统中的应用[J].煤矿机电,2010年02期.
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