由于主扇風(fēng)機(jī)是井下通風(fēng)的主要設(shè)備，其風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)容量都存在的一定的余量。在目前生產(chǎn)情況下所需的風(fēng)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到風(fēng)機(jī)的額定值，只能采用調(diào)節(jié)風(fēng)葉角度或風(fēng)門來(lái)滿足工況要求，而采取這種辦法，電機(jī)所消耗的能量并沒(méi)有顯著減少，能量有效利用率低，同時(shí)機(jī)械震動(dòng)、噪音、磨損以及操作等方面對(duì)設(shè)備造成不同程度的損害。為此對(duì)風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻改造，上述問(wèn)題就能得到很好的解決。
1、變頻改造方案設(shè)計(jì)
我公司南翼主扇風(fēng)機(jī)為2臺(tái)2K60型軸流式風(fēng)機(jī)，電機(jī)功率為132 kW，24 h運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)這2臺(tái)主扇進(jìn)行變頻改造。
1.1變頻調(diào)速控制原理
變頻器的構(gòu)成：電機(jī)的變頻調(diào)速是通過(guò)變頻器實(shí)現(xiàn)的，變頻器一般由整流器、濾波器、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路以及控制器（MCU/DSP）等部分組成的。PWM型交一直一交變頻器的控制原理框圖，如圖1所示。
在變頻調(diào)速中，使用最多的變頻調(diào)速器是電壓型變頻調(diào)速器，由整流器、濾波系統(tǒng)和逆變器3部分組成。在其工作時(shí)，首先將三相交流電經(jīng)橋式整流為直流電，脈動(dòng)的直流電壓經(jīng)平滑濾波后在微處理器的調(diào)控下，用逆變器將直流電再逆變?yōu)殡妷汉皖l率可調(diào)的三相交流電源，輸出到需要調(diào)速的電動(dòng)機(jī)上。由電工原理可知，電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比，通過(guò)變頻器可任意改變電源輸出頻率從而任意調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)平滑的無(wú)級(jí)調(diào)速。
1.2系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的功能
變頻器調(diào)速控制系統(tǒng)除了大量節(jié)約能源外，還可以根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)多種控制功能。
a．系統(tǒng)可以根據(jù)需要設(shè)定頻率和工頻2種工作方式，可以方便的進(jìn)行切換，變頻系統(tǒng)根據(jù)相關(guān)參數(shù)調(diào)節(jié)變頻器運(yùn)行的頻率，手動(dòng)方式可以通過(guò)原有設(shè)備和工作模式進(jìn)行工作。系統(tǒng)平常工作在變頻方式下，在需要時(shí)可切換到手動(dòng)方式下進(jìn)行控制。同時(shí)在變頻系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可以在幾秒鐘內(nèi)自動(dòng)切換到手動(dòng)控制狀態(tài)。
b．電機(jī)由變頻器控制實(shí)現(xiàn)軟啟軟停，減少設(shè)備損耗，延長(zhǎng)電機(jī)壽命。
c．系統(tǒng)具有多種保護(hù)和報(bào)警功能，能對(duì)過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、過(guò)載、變頻器故障等多種非正常情況發(fā)出報(bào)警信號(hào)，還能把異常狀態(tài)內(nèi)容存儲(chǔ)起來(lái)，以便檢修分析。系統(tǒng)具有完善的電氣安全保護(hù)及電機(jī)故障自跨越功能。
1.3系統(tǒng)特點(diǎn)
a．控制電機(jī)按需工作，減少能源浪費(fèi)；
b．自動(dòng)化程度高，操作方便，只需通過(guò)按鍵或旋
鈕調(diào)節(jié)運(yùn)行頻率即可，各種參數(shù)指示顯示一目了然；
c．節(jié)電率可達(dá)20 %～50%；
d．安全可靠，故障率低，具有多種安全的保護(hù)功能；
e．體積小，檢修擴(kuò)充方便；
f．實(shí)施變頻后，操作方便省力，降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；
g．電機(jī)啟動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，避免了工頻啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)和電機(jī)的沖擊，有效降低電機(jī)和機(jī)械部分的工作強(qiáng)度，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命和檢修周期，減少了維修、維護(hù)強(qiáng)度。
1.4風(fēng)機(jī)節(jié)能原理
風(fēng)機(jī)節(jié)能原理曲線圖如圖2所示。
假設(shè)風(fēng)機(jī)工作在A點(diǎn)效率最高，此時(shí)風(fēng)壓為H2，風(fēng)量為Qi，軸功率Ni與Qi、H2的乘積成正比，在圖中可用AH2 0Qi表示，如果生產(chǎn)工藝要求風(fēng)量從Qi減至Q2，這時(shí)用調(diào)節(jié)風(fēng)門的方法相當(dāng)于增加管網(wǎng)阻力，使管網(wǎng)阻力特性變到曲線(3)，系統(tǒng)由原來(lái)的工況點(diǎn)A變到新的工況點(diǎn)B運(yùn)行，從圖1中可以看出，風(fēng)壓反而增加，軸功率與面積BHi OQ2成正比。顯然軸功率下降不大，如果采用變頻器調(diào)速控制方式，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由n1下降到n2，根據(jù)風(fēng)機(jī)參數(shù)比例定律，畫出在轉(zhuǎn)速n2風(fēng)量(H-Q)特性，如曲線(4)所示。可見(jiàn)，在滿足同樣風(fēng)量Q2的情況下，風(fēng)壓H3大幅度降低，軸功率N3顯著減少，用面積BHi H3C表示。顯然節(jié)能效果十分明顯。
1.5 變頻器調(diào)速和風(fēng)門調(diào)節(jié)的比較
當(dāng)使用風(fēng)門凋節(jié)風(fēng)量時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速N2=Nl，所以理論上消耗的功率P保持不變。當(dāng)使用變頻調(diào)速時(shí)，N2隨Q2變化，如果Q2降低為Q1的60%，那么P2=P1×90.603= 0.216 P10。假設(shè)60%開(kāi)度時(shí)的實(shí)際運(yùn)行功率為額定功率的80%左右，則理論節(jié)電率為額定功率的60%。變頻器調(diào)速機(jī)風(fēng)門調(diào)節(jié)見(jiàn)表1。
年節(jié)電費(fèi)：456 192 - 273 715.2 - 182 476.8元。加上改造后對(duì)設(shè)備損耗和維護(hù)強(qiáng)度的降低以及設(shè)備使用壽命增加，綜合效益更加明顯。
2、改造方案
根據(jù)風(fēng)機(jī)原理和改造要求，風(fēng)機(jī)改造由一臺(tái)變頻器對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制。根據(jù)要求，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)開(kāi)環(huán)控制，可利用模擬給定量進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。操作人員根據(jù)需要，調(diào)節(jié)模擬給定量進(jìn)行需要控制。同時(shí)系統(tǒng)保留原有降壓?jiǎn)?dòng)裝置并與原有的控制線路進(jìn)行互鎖，作為應(yīng)急及維護(hù)時(shí)備用（見(jiàn)圖3）。
2.1控制系統(tǒng)
配電柜為雙回路供電，負(fù)載為兩臺(tái)132 kW的電機(jī)拖動(dòng)風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)為一用一備，兩臺(tái)共用一臺(tái)變頻器。當(dāng)使用風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，手動(dòng)切換到備用風(fēng)機(jī)上；當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，可自動(dòng)投到原系統(tǒng)，并不影響原系統(tǒng)的工作。本設(shè)備具有報(bào)警功能，與原系統(tǒng)有互鎖作用。
2.2操作步驟
a．首先選擇電源回路，然后合上空氣斷路器。
b．選擇1號(hào)、2號(hào)風(fēng)機(jī)。
c．選擇變頻啟動(dòng)，給PLC信號(hào)。
d．PLC接收到變頻啟動(dòng)的信號(hào)，根據(jù)選擇的1號(hào)或2號(hào)風(fēng)機(jī)，設(shè)備就會(huì)進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。
e．設(shè)備進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)后，如出現(xiàn)變頻器故障報(bào)警，同時(shí)給PLC輸入信號(hào)，設(shè)備會(huì)自動(dòng)切換到原工頻系統(tǒng)運(yùn)行，（還是變頻自動(dòng)運(yùn)行的風(fēng)機(jī)），同時(shí)給予報(bào)警。如切換到工頻系統(tǒng)仍不能正常運(yùn)行，值班人員就需查看變頻器故障信息；確認(rèn)報(bào)警發(fā)生時(shí)的各種數(shù)據(jù)，如非變頻器可判斷的運(yùn)行的風(fēng)機(jī)有故障，可將變頻器進(jìn)行復(fù)位后，撥動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)，選擇另一臺(tái)風(fēng)機(jī)重新啟動(dòng)。
f．風(fēng)壓的調(diào)節(jié)，可通過(guò)變頻器的面板鍵調(diào)整電機(jī)功率達(dá)到風(fēng)壓的調(diào)整。
g．風(fēng)機(jī)的變頻自動(dòng)運(yùn)行與原系統(tǒng)的工頻運(yùn)行，為誰(shuí)先開(kāi)誰(shuí)優(yōu)先。
3、變頻改造后所能解決的問(wèn)題
a．由于變頻器帶到電機(jī)的頻率是緩慢上升，對(duì)電機(jī)的沖擊是零，有效的保護(hù)了電機(jī)因起動(dòng)時(shí)的過(guò)大電流電壓對(duì)電機(jī)造成的損壞；
b．消除了工頻起動(dòng)時(shí)電機(jī)的強(qiáng)烈機(jī)械運(yùn)動(dòng)；
c．極大降低了電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的機(jī)械噪音；
d．操作方便、可靠；最大限度的降低能耗。
三門峽富通新能源銷售風(fēng)機(jī)、離心風(fēng)機(jī)、顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)等機(jī)械設(shè)備。
